[实用新型]一种深层土壤湿度实时测控系统

摘要

一种深层土壤湿度实时测控系统，属于土壤湿度测量技术领域。本系统包括地面部分和井下部分；地面部分包括有供电设备、主控计算机和四芯电缆，四芯电缆中两根为供电线，两根为数据线，供电设备通过四芯电缆给井下部分供电，主控计算机通过四芯电缆对井下部分进行实时控制，实现钻孔内深层土壤层湿度的远程实时测量；井下部分即井下测控装置，其外形结构是空心圆柱体，内部从上到下分为四层；测控装置通过RS485通讯接收来自计算机的控制命令，并将土壤湿度数据和装置的状态信息传送至主控计算机，降低了深层土壤湿度测量的复杂度，提高了测量的灵活性，用户能够在任何直径大于170mm的钻孔中测量各土壤层的湿度参数。

主权项

一种深层土壤湿度实时测控系统，包括地面部分和井下部分；其特征在于：地面部分包括有供电设备（1）、主控计算机（2）和四芯电缆（3），四芯电缆（3）中两根为供电线，两根为数据线，供电设备（1）通过四芯电缆（3）给井下部分供电，主控计算机（2）通过四芯电缆（3）对井下部分进行实时控制，实现钻孔内深层土壤层（11）湿度的远程实时测量；井下部分即井下测控装置（10），其外形结构是空心圆柱体，内部从上到下分为四层；其中顶部为电源模块（9），与四芯电缆（3）相连，将其中的220V交流电转换为直流电，给装置内各层设备供电；第二层为嵌入式测控系统（4），包括CPU中央处理器、湿度信号处理电路、温度采集电路、步进电机驱动电路、电动推杆驱动电路、接近开关及其电压转换电路、电源管理电路、485通讯电路、状态显示电路和键盘，CPU中央处理器用于接收主控计算机（2）发来的控制命令及各电路送出的信号，产生控制信号，并经485通讯电路将实时测量数据和状态信息通过四芯电缆（3）传送至主控计算机（2）；第三层为步进电机（5）和土壤湿度传感器FDS120（8），步进电机固定在装置内部，并通过丝杆传动的方式与土壤湿度传感器相连，步进电机带动土壤湿度传感器在土壤中运动；第四层为两个电动推杆（6）和两个固定部件（7），两电动推杆固定在装置内部，可移动部分分别与两个固定部件（7）相连；嵌入式测控系统（4）中的信号处理电路由高精度电阻、二极管、电容与CPU连接组成；温度采集电路由数字式温度传感器DS18B20与CPU连接组成；步进电机驱动电路由控制芯片L297、驱动芯片L298与CPU连接组成；电动推杆驱动电路由光电耦合器TLP521‑4、驱动芯片L298N与CPU连接组成；接近开关及其电压转换电路由PNP型接近开关TL‑Q5MB1经NPN型三极管与CPU连接组成；电源管理电路包括电源监测电路和掉电保护电路，电源监测电路由电源监测芯片TPS3823与CPU连接组成，掉电保护电路由RC回路与CPU连接组成；485通讯电路由RS485接口芯片与CPU连接组成；信号处理电路用于将土壤湿度传感器输出的标准电流信号转换为电压信号，其输出的电压信号交由CPU计算处理得 到土壤层的湿度值，并传送至主控计算机；温度采集电路用于实现装置内的温度测量，温度采集频率及精度受CPU控制；步进电机驱动电路用于接受CPU输出的脉冲和方向信号，完成对步进电机的实时控制；电动推杆驱动电路用于接受CPU输出的脉冲信号，完成对电动推杆的实时控制；接近开关及其电压转换电路中接近开关分别安装在电动推杆最外侧和湿度传感器出口内侧，对固定部件和湿度传感器的直线进给位移进行限定，其输出电平信号经电压转换电路处理后交由CPU处理，实现对步进电机和电动推杆的自动控制；电源管理电路用于避免CPU出现上电死机现象并实现嵌入式测控系统运行过程中各设备的状态数据在掉电时的保存；485通讯电路用于将主控计算机（2）经过四芯电缆（3）发来的控制命令传给CPU，并将井下测控装置的状态信息和测得的湿度数据通过四芯电缆（3）上传至主控计算机（2），其数据的接受和发送过程受CPU控制。