本申請屬于傳感器領域，尤(you)其涉及(ji)一種測量土壤水分和地表積水的(de)傳感器系統(tong)，以及(ji)測量方(fang)法。

背景技術：

1、在農業、環境生態和氣象研(yan)究等領(ling)域中(zhong)，測量(liang)土(tu)壤(rang)(rang)水(shui)分參(can)數的傳感(gan)器(qi)起(qi)著不可或缺的重要(yao)作用。現(xian)有(you)(you)的測量(liang)土(tu)壤(rang)(rang)水(shui)分參(can)數的傳感(gan)器(qi)只能測量(liang)土(tu)壤(rang)(rang)水(shui)分數據、電導率數據和溫度數據，在更多研(yan)究中(zhong)，例如(ru)水(shui)文研(yan)究中(zhong)，不僅需(xu)要(yao)以上(shang)測量(liang)數據，還需(xu)要(yao)測量(liang)地表積(ji)水(shui)的情況，然后現(xian)有(you)(you)技術中(zhong)傳感(gan)器(qi)只能夠實現(xian)單(dan)一功(gong)能，無法滿足上(shang)述需(xu)求。

技術實現思路

1、本(ben)申(shen)請(qing)旨在至少解決現有(you)技(ji)術中存在的(de)技(ji)術問題之一(yi)。為此，本(ben)申(shen)請(qing)提出(chu)一(yi)種測量(liang)土壤水(shui)分(fen)和地表積水(shui)的(de)傳(chuan)感器(qi)系統，以及測量(liang)方法，以便(bian)于(yu)能夠更好地滿(man)足水(shui)文研究中降雨產流過程的(de)同步(bu)測量(liang)需求。

2、第一(yi)方面(mian)，本申(shen)請提供了一(yi)種測量土(tu)壤水(shui)分和地表積水(shui)的傳感器系統，包括：

3、微處理器；

4、土(tu)壤(rang)水分(fen)測量電(dian)(dian)路，上(shang)述土(tu)壤(rang)水分(fen)測量電(dian)(dian)路的第(di)一端與微處理器的第(di)一信(xin)號(hao)端口電(dian)(dian)連接，上(shang)述土(tu)壤(rang)水分(fen)測量電(dian)(dian)路的第(di)二(er)端與土(tu)壤(rang)水分(fen)測量電(dian)(dian)極電(dian)(dian)連接，上(shang)述土(tu)壤(rang)水分(fen)測量電(dian)(dian)極為金(jin)屬探針；

5、地表(biao)(biao)積水測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電路(lu)，上(shang)述地表(biao)(biao)積水測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電路(lu)的第一端與(yu)微處理器的第二信(xin)號端口電連接，上(shang)所述地表(biao)(biao)積水測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電路(lu)的第二端與(yu)積水測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電極(ji)電連接，上(shang)述積水測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電極(ji)為環形金屬導體；

6、上述微處理(li)器(qi)包括內(nei)部喚(huan)(huan)醒(xing)模塊(kuai)，和(he)/或，喚(huan)(huan)醒(xing)信號(hao)接收端口，上述微處理(li)器(qi)在獲得內(nei)部喚(huan)(huan)醒(xing)模塊(kuai)的周期性喚(huan)(huan)醒(xing)信號(hao)后，或者，在從喚(huan)(huan)醒(xing)信號(hao)接收端口接收到外部喚(huan)(huan)醒(xing)信號(hao)后，分別控制(zhi)上述土(tu)壤水分測量電(dian)路進(jin)(jin)行(xing)土(tu)壤水分測量，以及控制(zhi)上述地表(biao)積水測量電(dian)路進(jin)(jin)行(xing)地表(biao)積水測量，以獲得土(tu)壤水分測量結(jie)果和(he)地表(biao)積水測量結(jie)果。

7、在一些實(shi)施例中，上述(shu)內部(bu)喚醒(xing)模(mo)塊包括(kuo)時鐘(zhong)模(mo)塊，上述(shu)內部(bu)喚醒(xing)模(mo)塊基(ji)于該時鐘(zhong)模(mo)塊的時鐘(zhong)信號周(zhou)期性喚醒(xing)微(wei)處理(li)器；或(huo)者，

8、上述傳(chuan)感器系統，還包括(kuo)：

9、外部(bu)喚(huan)醒(xing)模塊，與上(shang)述(shu)微處(chu)理器的(de)喚(huan)醒(xing)信號接(jie)(jie)收端口(kou)(kou)電(dian)連接(jie)(jie)，用于在接(jie)(jie)收到外部(bu)喚(huan)醒(xing)指示(shi)后，向微處(chu)理器的(de)喚(huan)醒(xing)信號接(jie)(jie)收端口(kou)(kou)發(fa)送(song)外部(bu)喚(huan)醒(xing)信號，上(shang)述(shu)外部(bu)喚(huan)醒(xing)模塊為nfc通信模塊。

10、在一些(xie)實施例中(zhong)，上(shang)述的傳感器系統還包(bao)括如(ru)下至少一個：

11、土(tu)壤(rang)電(dian)(dian)導(dao)率(lv)(lv)測(ce)量電(dian)(dian)路，其(qi)第(di)(di)一端與(yu)(yu)微處理器的第(di)(di)三信號(hao)端口電(dian)(dian)連(lian)接，其(qi)第(di)(di)二端與(yu)(yu)土(tu)壤(rang)電(dian)(dian)導(dao)率(lv)(lv)測(ce)量電(dian)(dian)極(ji)電(dian)(dian)連(lian)接，上述土(tu)壤(rang)電(dian)(dian)導(dao)率(lv)(lv)測(ce)量電(dian)(dian)極(ji)為金屬探(tan)針(zhen)；

12、土(tu)壤(rang)溫(wen)(wen)度(du)(du)測(ce)(ce)量電(dian)路，其第(di)一端與微處理器(qi)的第(di)四信號端口電(dian)連接(jie)，其第(di)二端與土(tu)壤(rang)溫(wen)(wen)度(du)(du)測(ce)(ce)量電(dian)極電(dian)連接(jie)，上述土(tu)壤(rang)溫(wen)(wen)度(du)(du)測(ce)(ce)量電(dian)極為(wei)空(kong)心探(tan)針，該空(kong)心探(tan)針內置熱敏電(dian)阻；

13、上(shang)述(shu)微處(chu)理器還(huan)用于控制上(shang)述(shu)土壤(rang)(rang)電導(dao)率(lv)測(ce)量(liang)電路進行土壤(rang)(rang)電導(dao)率(lv)測(ce)量(liang)，以(yi)及控制上(shang)述(shu)土壤(rang)(rang)溫度測(ce)量(liang)電路進行土壤(rang)(rang)溫度測(ce)量(liang)，以(yi)獲(huo)得土壤(rang)(rang)電導(dao)率(lv)測(ce)量(liang)結(jie)果和土壤(rang)(rang)溫度測(ce)量(liang)結(jie)果。

14、在一些實施例中，上述的傳感器(qi)系統還包括：

15、無(wu)線通(tong)(tong)信(xin)模塊(kuai)，與(yu)微處(chu)(chu)理器的(de)通(tong)(tong)信(xin)端(duan)口電連接，用于將(jiang)微處(chu)(chu)理器獲得的(de)土(tu)壤(rang)水分測(ce)量(liang)結(jie)(jie)果、地表積(ji)水測(ce)量(liang)測(ce)量(liang)結(jie)(jie)果、土(tu)壤(rang)電導(dao)率測(ce)量(liang)結(jie)(jie)果和土(tu)壤(rang)溫度測(ce)量(liang)結(jie)(jie)果中的(de)至少一個(ge)進(jin)行(xing)上報，上述無(wu)線通(tong)(tong)信(xin)模塊(kuai)為lora通(tong)(tong)信(xin)模塊(kuai)、wifi通(tong)(tong)信(xin)模塊(kuai)和藍牙通(tong)(tong)信(xin)模塊(kuai)中的(de)至少一個(ge)。

16、在一(yi)些(xie)實施例中，上述(shu)無線(xian)通信(xin)模塊還用于(yu)接收配(pei)置(zhi)參數，將上述(shu)配(pei)置(zhi)參數上傳給微(wei)處(chu)理器，由微(wei)處(chu)理器根據配(pei)置(zhi)參數執行如(ru)下至少(shao)一(yi)個：

17、控(kong)制上述土(tu)壤水(shui)分(fen)測量電路進(jin)行土(tu)壤水(shui)分(fen)測量；

18、控制上述地表(biao)積水(shui)測(ce)量(liang)(liang)電路進行地表(biao)積水(shui)測(ce)量(liang)(liang)；

19、控制上述土壤電(dian)(dian)導(dao)率測量電(dian)(dian)路進行土壤電(dian)(dian)導(dao)率測量；

20、控制(zhi)上述(shu)土(tu)壤溫(wen)度測量電路進(jin)行土(tu)壤溫(wen)度測量。

21、在一(yi)些實施例中，上述(shu)微處(chu)理器(qi)、地(di)表(biao)積水測量電(dian)路(lu)、土(tu)(tu)壤水分測量電(dian)路(lu)、土(tu)(tu)壤溫度

22、第二方(fang)面，本申請(qing)提供了(le)一種傳感器系統的測(ce)量方(fang)法，用于同時測(ce)量土(tu)壤水分和地表積水，該方(fang)法包括(kuo)：

23、上述微(wei)處理器獲得周期性的(de)內部(bu)喚醒信號后(hou)(hou)，或者，接收(shou)到(dao)外部(bu)喚醒信號后(hou)(hou)，退出休(xiu)眠模(mo)式(shi)；

24、上述微處(chu)理(li)器控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)土壤(rang)水(shui)分測量(liang)電路進行土壤(rang)水(shui)分測量(liang)，以及控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)地表(biao)積(ji)水(shui)測量(liang)電路進行地表(biao)積(ji)水(shui)測量(liang)；

25、上述微處理器接(jie)收(shou)土壤水(shui)(shui)分測(ce)量電(dian)路(lu)反饋的(de)土壤水(shui)(shui)分測(ce)量參數，以(yi)及(ji)接(jie)收(shou)地表(biao)積(ji)水(shui)(shui)測(ce)量電(dian)路(lu)反饋的(de)地表(biao)積(ji)水(shui)(shui)測(ce)量參數；

26、上述微處理(li)器根據(ju)所述土(tu)壤(rang)水(shui)分測量參數獲得土(tu)壤(rang)水(shui)分測量結果，并根據(ju)所述地(di)(di)表(biao)積(ji)水(shui)測量參數獲得地(di)(di)表(biao)積(ji)水(shui)測量結果。

27、在(zai)一(yi)些(xie)實施例中，上述(shu)土(tu)壤水(shui)分(fen)測量參數為土(tu)壤介電常數，上述(shu)微處(chu)理(li)器(qi)根(gen)據該(gai)土(tu)壤水(shui)分(fen)測量參數獲得土(tu)壤水(shui)分(fen)測量結果(guo)，包括：

28、上(shang)述(shu)微處理器根據上(shang)述(shu)土壤(rang)介電(dian)常數獲得土壤(rang)水分(fen)測量結果；

29、上述地(di)(di)(di)表積水(shui)測(ce)量(liang)(liang)參(can)數(shu)為積水(shui)測(ce)量(liang)(liang)電極的電容，上述微處理器根(gen)據地(di)(di)(di)表積水(shui)測(ce)量(liang)(liang)參(can)數(shu)獲得地(di)(di)(di)表積水(shui)測(ce)量(liang)(liang)結果，包(bao)括：

30、上述微處理(li)器根據積水(shui)(shui)測量電(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)容(rong)與預(yu)設的(de)閾值電(dian)(dian)容(rong)的(de)大(da)小進行比較，以獲得地(di)表(biao)積水(shui)(shui)測量結果。

31、在一些實施例(li)中，上述傳感器系統的測量方法還(huan)包括：

32、微處理(li)器(qi)控制(zhi)上(shang)述土(tu)壤(rang)電(dian)(dian)導率(lv)測(ce)(ce)量(liang)電(dian)(dian)路(lu)進行土(tu)壤(rang)電(dian)(dian)導率(lv)測(ce)(ce)量(liang)，以及控制(zhi)上(shang)述土(tu)壤(rang)溫度(du)測(ce)(ce)量(liang)電(dian)(dian)路(lu)進行土(tu)壤(rang)溫度(du)測(ce)(ce)量(liang)，以分別獲(huo)得土(tu)壤(rang)電(dian)(dian)導率(lv)測(ce)(ce)量(liang)結果和土(tu)壤(rang)溫度(du)測(ce)(ce)量(liang)結果。

33、在一(yi)些實施例(li)中(zhong)，上述傳感器系統的測(ce)量方法還包括：

34、上(shang)述微處理器開啟無線通信模塊；

35、上(shang)述微處理(li)器通過(guo)該無(wu)線通信(xin)模塊上(shang)報土(tu)壤水分(fen)測(ce)量(liang)結(jie)果、地表積水測(ce)量(liang)結(jie)果、土(tu)壤電(dian)導率測(ce)量(liang)結(jie)果和土(tu)壤溫度測(ce)量(liang)結(jie)果中至少(shao)一個(ge)。

36、本申請實(shi)施(shi)(shi)例提供(gong)的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)土(tu)壤(rang)水(shui)分(fen)(fen)和地(di)表積(ji)(ji)(ji)水(shui)的(de)(de)傳(chuan)感(gan)器系(xi)統(tong)，以及測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)方法，在傳(chuan)統(tong)的(de)(de)土(tu)壤(rang)水(shui)分(fen)(fen)傳(chuan)感(gan)器系(xi)統(tong)只能測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)土(tu)壤(rang)水(shui)分(fen)(fen)、土(tu)壤(rang)溫度和土(tu)壤(rang)電導率中(zhong)的(de)(de)一個(ge)(ge)或多個(ge)(ge)的(de)(de)基礎上，增(zeng)加了(le)積(ji)(ji)(ji)水(shui)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)電極與地(di)表積(ji)(ji)(ji)水(shui)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)電路(lu)，用(yong)于測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)土(tu)壤(rang)表面的(de)(de)積(ji)(ji)(ji)水(shui)情(qing)況，傳(chuan)感(gan)器系(xi)統(tong)中(zhong)的(de)(de)微處(chu)理器與該積(ji)(ji)(ji)水(shui)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)電路(lu)電連接，從(cong)而控制(zhi)積(ji)(ji)(ji)水(shui)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)電路(lu)的(de)(de)工作狀態。本申請實(shi)施(shi)(shi)例提供(gong)的(de)(de)傳(chuan)感(gan)器系(xi)統(tong)，以及測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)方法，很好地(di)解決了(le)現有的(de)(de)傳(chuan)感(gan)器只能實(shi)現單一測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)效果的(de)(de)弊端，實(shi)現了(le)既可以測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)土(tu)壤(rang)水(shui)分(fen)(fen)又可以測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)地(di)表積(ji)(ji)(ji)水(shui)的(de)(de)功能，更(geng)好地(di)滿(man)足了(le)水(shui)文(wen)研究(jiu)中(zhong)降雨產(chan)流過程的(de)(de)研究(jiu)。

37、進(jin)(jin)一步的(de)，在微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)上還(huan)設置(zhi)了內部(bu)(bu)喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)模(mo)塊(kuai)和/或喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)信號接收端(duan)口，當(dang)微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)上設置(zhi)內部(bu)(bu)喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)模(mo)塊(kuai)時(shi)，可以(yi)根據(ju)微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)內部(bu)(bu)提前設定(ding)的(de)時(shi)鐘信號對(dui)微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)進(jin)(jin)行周期喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)；當(dang)微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)上設置(zhi)喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)信號接收端(duan)口時(shi)，此時(shi)設置(zhi)的(de)外(wai)部(bu)(bu)喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)模(mo)塊(kuai)在接受(shou)外(wai)部(bu)(bu)喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)信號后(hou)，會(hui)向微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)的(de)喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)信號端(duan)口發送(song)喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)信號，以(yi)達到喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)的(de)目的(de)。在微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)上設置(zhi)內部(bu)(bu)喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)模(mo)塊(kuai)和/或喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)信號接收端(duan)口可以(yi)使微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)在不需要采集(ji)數(shu)據(ju)時(shi)進(jin)(jin)入(ru)休眠狀(zhuang)態，降低微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)的(de)耗(hao)電(dian)(dian)量(liang)(liang)，以(yi)延(yan)長傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)系(xi)統的(de)使用(yong)壽(shou)命。微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)被喚(huan)醒(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)后(hou)將(jiang)控制(zhi)上述測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)路(lu)進(jin)(jin)行測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)工作，在測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)結束后(hou)接收各測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)路(lu)反(fan)饋(kui)的(de)參數(shu)并進(jin)(jin)行處(chu)(chu)理(li)(li)，此過程更好地(di)實現了對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)系(xi)統測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)模(mo)塊(kuai)的(de)同步控制(zhi)，保證了測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)土壤水(shui)分數(shu)據(ju)和地(di)表(biao)積水(shui)情況的(de)同步性。

38、本(ben)申請(qing)的附加方面和優點將(jiang)在下(xia)面的描(miao)(miao)述(shu)中(zhong)部分(fen)給出(chu)，部分(fen)將(jiang)從下(xia)面的描(miao)(miao)述(shu)中(zhong)變得明顯，或通(tong)過(guo)本(ben)申請(qing)的實踐了解到。

技術特征：

1.一種測(ce)量(liang)土壤水(shui)分和地表積水(shui)的傳(chuan)感器系統，其特征在于，包(bao)括(kuo)：

2.根(gen)據(ju)權利(li)要求1所(suo)述的傳感(gan)器(qi)系(xi)統(tong)，其特(te)征在于，所(suo)述內部(bu)喚醒模塊包(bao)括時(shi)鐘(zhong)模塊，所(suo)述內部(bu)喚醒模塊基于所(suo)述時(shi)鐘(zhong)模塊的時(shi)鐘(zhong)信號周期性喚醒所(suo)述微處理(li)器(qi)；或者，

3.根據權(quan)利要求1所述的傳感器系統(tong)，其特征在(zai)于，還(huan)包括如下(xia)至少一個：

4.根(gen)據權利要求1-3任一所述的傳感器系統，其(qi)特征(zheng)在于，還包括：

5.根據(ju)權利要求4所(suo)述(shu)(shu)的(de)傳(chuan)感(gan)器系統，其特(te)征在于，所(suo)述(shu)(shu)無線通信模塊(kuai)還(huan)用于接收(shou)配(pei)置參(can)數(shu)，將(jiang)所(suo)述(shu)(shu)配(pei)置參(can)數(shu)上傳(chuan)給所(suo)述(shu)(shu)微處(chu)理(li)器，由所(suo)述(shu)(shu)微處(chu)理(li)器根據(ju)所(suo)述(shu)(shu)配(pei)置參(can)數(shu)執行如下至少一個：

6.根據權(quan)利要求5所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)的傳(chuan)感器系統，其(qi)特征(zheng)在(zai)于，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)微處(chu)理器、所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)地表積水測(ce)(ce)量(liang)電(dian)路、所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)土壤水分測(ce)(ce)量(liang)電(dian)路、所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)土壤溫度(du)測(ce)(ce)量(liang)電(dian)路、所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)土壤電(dian)導率測(ce)(ce)量(liang)電(dian)路、所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)喚醒模塊(kuai)和所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)無線(xian)通(tong)信模塊(kuai)均封(feng)(feng)裝于一個密封(feng)(feng)殼體中。

7.一(yi)種基于(yu)(yu)權利要求1-6任(ren)一(yi)所述(shu)的傳感器(qi)系統的測量方法，用于(yu)(yu)同時測量土壤水分和地表積水，其特征在于(yu)(yu)，包括(kuo)：

8.根據權利要求7所述(shu)的方法，其特(te)征在于，所述(shu)土壤(rang)(rang)水分測(ce)量參數(shu)為(wei)土壤(rang)(rang)介電常(chang)數(shu)，所述(shu)微處理(li)器根據所述(shu)土壤(rang)(rang)水分測(ce)量參數(shu)獲得(de)土壤(rang)(rang)水分測(ce)量結果，包括(kuo)：

9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于(yu)，還包括：

10.根據權利(li)要求9所述的(de)方(fang)法，其(qi)特征在于，還包(bao)括(kuo)：

技術總結
本申請公開了一種測量土壤水分和地表積水的傳感器系統，以及測量方法，屬于傳感器技術領域。其中，測量土壤水分和地表積水的傳感器系統包括：微處理器；土壤水分測量電路，第一端與微處理器電連接，第二端與土壤水分測量電極電連接；地表積水測量電路，第一端與微處理器電連接，第二端與積水測量電極電連接；上述微處理器包括內部喚醒模塊，和/或，喚醒信號接收端口，在收到喚醒信號后，分別控制上述測量電路進行對應測量。本申請實施例提供的技術方案能夠實現同步測量表層土壤濕度和地表積水情況，以及實現傳感器系統的低功耗運行。

技術研發人員：耶楠,田富強
受保護的技術使用者：清華大學
技術研發日：
技術公布日：2024/9/23