一種基于sdi-12協議的手持式土壤多參數測量儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及農業生產設備技術領域，具體涉及一種基于SD1-12協議的手持式土壤多參數測量儀。
【背景技術】
[0002]精細農業是當前農業發展的一個新趨勢，它是指通過對土壤參數、作物長勢等田間信息的監測及對產量的測量等方法來獲取數據以了解整個田塊的作物生長環境的空間變異特性，從而實現對農業各生產要素的最優控制，以達到農業生產效益最大化的目的。精細農業的研宄在我國處于一個剛剛開始的起步階段。目前在我國發展精細農業過程中最為薄弱一個環節是農田信息的采集技術。尤其對于土壤這個農業生產的重要影響因素，現有的各種信息采集技術還很難達到精細農業生產的要求。這主要是由于土壤本身的特性-空間變異性極大且各參數之間的相互影響較為緊密所造成的。因此，尋求土壤多參數信息的同時獲取成為當前土壤信息采集技術研宄一個前沿方向。
[0003]含水率、電導率及表層溫度等土壤墑情信息是進行農牧業精確灌溉作業的基礎。市場上單一測量土壤含水率或電導率的傳感器已經較為普及，所用原理也各不相同，但大多接口復雜，無法提供標準輸出信號，且功耗大，成本高。因此，如何在一個傳感器上同時采集土壤多個參數并降低系統功耗，簡化電路設計實為本實用新型所欲解決的問題。
【實用新型內容】
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種基于SD1-12協議的手持式土壤多參數測量儀。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型的技術方案如下:
[0006]本實用新型提供一種基于SD1-12協議的手持式土壤多參數測量儀，由硬件和電路兩部分組成。硬件部分包括土壤傳感器、絕緣塑料電纜和手持式數據采集顯示器；土壤傳感器通過絕緣塑料電纜和手持式數據采集顯示器連接，絕緣塑料電纜和手持式數據采集顯示器連接所用接頭為3.5mm立體聲插頭，手持式數據采集顯示器面板上設置有OLED顯示屏和操作按鍵，一臺手持式數據采集顯示器配有5個接口，可同時檢測交替顯示5路傳感信號；電路部分包括電源模塊、電壓轉換電路、復位電路、按鍵控制電路、主控制電路、接口轉換電路、數據存儲電路、程序下載電路和顯示電路；電源模塊直接輸出5VDC給土壤傳感器和程序下載電路供電，并通過電壓轉換電路輸出3.3VDC給主控制電路和顯示電路供電；土壤傳感器將采集到的信號經接口轉換電路轉換格式后輸入主控制電路，主控制電路將采集到的數字信號進行數據處理后實時存儲于數據存儲電路中，然后在按鍵控制電路控制下通過顯示電路顯示相應傳感數據。
[0007]所述的土壤傳感器選用美國DECAGON公司的5TE三合一傳感器，可以同時測量土壤水分，電導率(EC)和溫度，激發電壓范圍為3-15V DC，采用SD1-12協議輸出信號。
[0008]所述的絕緣塑料電纜采用三線制，包括電源線、數據線和地線，電纜長度在15m內可保證信號無衰減。
[0009]所述的電源模塊采用5V可充電聚合物鋰電池，電池容量2200mAh ;電壓轉換電路采用正向低壓降穩壓芯片ASM1117-3.3，穩壓輸出3.3V直流電壓；主控制電路采用增強型51單片機STC12LE5A60S2，內部下載控制程序，以實現數據采集顯示等功能；數據存儲電路采用美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM產品AT24C16，存儲容量為16K，數據斷電不丟失。
[0010]本實用新型的有益效果是:由于采用5TE三合一傳感器，可以同時測量土壤水分，電導率(EC)和溫度，提高了土壤參數測量的效率和精度，有利于對土壤進行全面綜合分析，能更好地指導農業生產；同時本傳感器數據傳輸使用的是近年來歐美國家在水利水文、環境監測和氣象監測系統中廣泛應用的SD1-12接口協議，因此，只要通過一根三芯電纜，就可以把一臺數據采集器與多個現場傳感器聯系起來，而且具有遠距離傳送，全天候防護和低成本、微功耗等優點。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0012]圖2為本實用新型測量系統框圖。
[0013]圖3-圖5為本實用新型電路原理圖。
[0014]圖6為SD1-12通信協議時序圖。
[0015]圖7為SD1-12通信協議軟件流程圖。
[0016]其中，1.土壤傳感器，2.絕緣塑料電纜，3.手持式數據采集顯示器，4.電源模塊，5.電壓轉換電路，6.復位電路，7.按鍵控制電路，8.主控制電路，9.接口轉換電路，10.數據存儲電路，11.程序下載電路，12.顯示電路。
【具體實施方式】
[0017]本實用新型下面結合實施例并參照附圖作進一步詳述:參見圖1和圖2，本基于SD1-12協議的手持式土壤多參數測量儀，由硬件和電路兩部分組成；硬件部分包括土壤傳感器1、絕緣塑料電纜2和手持式數據采集顯示器3，土壤傳感器I通過絕緣塑料電纜2和手持式數據采集顯示器3連接，絕緣塑料電纜2和手持式數據采集顯示器3連接所用接頭為3.5mm立體聲插頭，手持式數據采集顯示器3面板上設置有OLED顯示屏和操作按鍵，一臺手持式數據采集顯示器3配有5個接口，可同時檢測交替顯示5路傳感信號；電路部分包括電源模塊4、電壓轉換電路5、復位電路6、按鍵控制電路7、主控制電路8、接口轉換電路9、數據存儲電路10、程序下載電路11和顯示電路12 ;電源模塊4直接輸出5VDC給土壤傳感器I和程序下載電路11供電，并通過電壓轉換電路5輸出3.3VDC給主控制電路8和顯示電路12供電；土壤傳感器I將采集到的信號經接口轉換電路9轉換格式后輸入主控制電路8，主控制電路8將采集到的數字信號進行數據處理后實時存儲于數據存儲電路10中，然后在按鍵控制電路7控制下通過顯示電路12顯示相應傳感數據。
[0018]參見圖1，土壤傳感器I選用的是美國DECAGON公司的5TE三合一傳感器，可以同時測量土壤水分，電導率(EC)和溫度，激發電壓范圍為3-15V DC，采用SD1-12協議輸出信號。該傳感器使用70MHz振蕩器測量土壤的介電常數，確定水分含量。與傳感器熱力接觸的熱敏電阻測量溫度，同時傳感器表面的金絲組成了四點陣列來測量電導度。其工作原理如下:測量土壤含水率時，傳感器向傳感器分枝提供70MHz的振蕩波，傳感器分枝按照材料的電介質充電。存儲的電荷與土壤電介質和土壤容積水分含量成比例。5TE微處理器測量傳感器的電荷并輸出一個值，這個值與水分含量相關；測量電導率(EC)時給2個外部電極施加交變電流，測量2個內部電極之間的電壓來得到電導率(EC)。這個電壓和電流都用在計算導度上。電壓和導度與單元常數(電極的距離與它們的面積的比)相乘得到電導率。5TE使用Wenner矩陣來測量EC。Wenner矩陣分布在2個5TE分枝的四條金帶上。5TE在傳感器表面安裝了熱敏電阻來獲取溫度讀數，熱敏電阻與傳感器的一個分枝熱力接觸，讀取分枝表面的平均溫度。
[0019]參見圖3，電源模塊4采用5V可充電聚合物鋰電池