[发明专利]一种基于太阳能的无线土壤水分传感器

说明书

技术领域

本发明属于水分传感器技术领域，尤其涉及一种基于太阳能的无线土壤水分传感器。

背景技术

土壤含水率是精准农业中必需检测的一个参数。目前测定土壤水分的方法归纳起来有两大类，一类是变动位置取样测定（如烘干称质量法等），另一类是原位测定（如中子法、γ射线法、时域反射仪法、频域发射仪法、传感器法等）。其中烘干称质量法原理简单、精度高但不能在田间实时连续监测；中子法和γ射线法虽可在室外快速准确监测，但是存在放射性物质危害人体健康。

目前市场上的土壤水分传感器可在野外实现实时测量，但只能实现单点测量或通过总线实现测量结果的传输，若想实现多点实时检测，需要布置大量的通讯电缆。虽然已有学者提出将无线传感器网络用于农田数据采集的思想，但如何有效解决系统供电问题却鲜有研究。如果使用电线供电，势必增加建设成本，且观测点的变更不便，不能实现真正意义上的“无线”传输；如果使用电池供电，必须定期更换电池，大量废旧电池会造成环境污染，且增加维护成本。因此要实现真正意义的“无线”传输必须解决系统供电问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于太阳能的无线土壤水分传感器价格低、效果好、使用舒适，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种基于太阳能的无线土壤水分传感器，包括单片机，单片机连接有高频信号发生电路、整流滤波电路和Zigbee 无线收发模块，高频信号发生电路和整流滤波电路均与探针连接，高频信号发生电路用于产生高频信号，整流滤波电路用于对高频信号的整流滤波，探针用于检测土壤中含水率变化，设置两根，间隔布置，Zigbee 无线收发模块用于构建无线传感网络实现数据传送。

优选的，上述一种基于太阳能的无线土壤水分传感器，还包括充放电管理电路，充放电管理电路连接有太阳能电池板和锂电池。

优选的，上述单片机采用PIC18F14K22。

优选的，上述高频信号发生电路采用专用波形发生芯片AD9850。

优选的，上述探针采用两块不锈钢板制成，尺寸为长200mm，宽27.5mm，厚4mm，探针间距70mm。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明能够实现土壤水分的自动检测，使用电场法测量土壤含水率，采用 Zigbee 无线收发模块实现结果的无线传输，该土壤水分传感器的系统没有电源线及信号传输线，可作为大型无线传感网络中的一个节点，对精细农业的发展有重大的实际意义，并能够实现检测更加精确、快速、稳定和高性价比，采用太阳能为能源让太阳能电池收集太阳能并存储于锂电池中实现对系统供电。

附图说明

图1电场法测量土壤含水率原理示意图；

图2系统总体结构示意图；

图3系统工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例：如图1-图3所示，一种基于太阳能的无线土壤水分传感器，包括单片机，单片机连接有高频信号发生电路、整流滤波电路和Zigbee 无线收发模块，高频信号发生电路和整流滤波电路均与探针连接，高频信号发生电路用于产生高频信号，整流滤波电路用于对高频信号的整流滤波，探针用于检测土壤中含水率变化，设置两根，间隔布置，Zigbee 无线收发模块用于构建无线传感网络实现数据传送。

整流滤波电路将检测到的电压信号进行整流滤波，用A/D转换器实现信号输出的检测，无线收发模块利用Zigbee模块及MiWi(TM)协议栈构建星形网络从而实现数据无线传输，由太阳能电池、锂电池、充放电管理电路构成的供电系统，利用太阳能电池收集太阳能并存储于锂电池中，实现对系统供电。

电场法测量土壤含水率是通过检测土壤中阻抗的变化，实现对土壤含水率的检测，原理示意图如图1所示。探针之间的土壤在高频信号作用下等效于随含水率变化的阻抗，含水率越大，阻抗越小，该阻抗相当于信号源的负载。当负载相对于信号源内阻不能忽略时，信号源输出的幅值将发生变化，通过测量信号源的幅值变化，可以得出土壤含水率。采用电场法来实现土壤水分的检测，该方法能实现0～30%间的土壤质量含水率的检测，具有较好的可重复性。

优选的，上述一种基于太阳能的无线土壤水分传感器，还包括充放电管理电路，充放电管理电路连接有太阳能电池板和锂电池。