專利名稱：基于gps/gprs/gsm的新型便攜式土壤水分監(jiān)測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤墑情監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及土壤容積含水量的遠程、自動、便攜監(jiān)測及監(jiān)測位置、時間等信息的獲取。
背景技術(shù)：
中國糧食生產(chǎn)基地旱澇災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重制約了糧食安全。土壤的水分含量、耕作特性等對農(nóng)作物的產(chǎn)量影響很大，因此在每年的春播、秋種時節(jié)要及時、準(zhǔn)確地獲得土壤墑情，以便合理安排灌溉。傳統(tǒng)的方法是人工測量土壤墑情，由于耕作范圍大，不僅要耗費大量的人力、物力，而且時效性較差，往往耽誤農(nóng)時。土壤含水量是土壤墑情的重要指標(biāo)。土壤含水量的實時、在線監(jiān)測是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的課題，既要求對土壤濕度的準(zhǔn)確性、均勻性、波動性進行客觀的計量監(jiān)測，同時又有快速、方便、規(guī)范化等要求。對土壤濕度的測量經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，早期采用機械式濕度記錄儀，其體積龐大，精度低，響應(yīng)時間長，檢測誤差為5%，數(shù)據(jù)由人工記錄，不僅費時費力，而且容易出現(xiàn)故障；之后出現(xiàn)的巡檢儀、無紙記錄儀也因體積大、成本高、需外接電源，未能大量使用；后期采用高分子濕敏電容或濕敏電阻作為濕度傳感器，雖然提高了測量的精度，但是測量電路很復(fù)雜，給應(yīng)用帶來了諸多不便。目前，國內(nèi)外都致力于研究精度更高、體積更小、功耗更低、功能更齊全的智能型土壤濕度檢測儀。例如，北京盟創(chuàng)偉業(yè)的SU-LA手持土壤水分測試儀、錦州陽光的土壤水分檢測儀、浙江托普的土壤水分測量儀等等，可以實現(xiàn)基本的測量功能，但是在適用場所、測量精度、智能化等方面還不能完全滿足要求；美國、澳大利亞、巴西等國家研制出一些先進的儀器，像梅特勤-托利多(METZER TOLEDO)公司的水分測試儀、麥斯特(MoistTech) 土壤水分檢測儀等，但是價格昂貴，對于科研院所和精確測量實驗室等還可以接受，不能廣泛推廣到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中?？偟膩碚f，目前使用的便攜式土壤含水量測量儀器主要有下列缺點
(1)現(xiàn)有的土壤水分測量儀器的便攜式與無線發(fā)送不能兼?zhèn)?，要是便攜式的就不帶無線發(fā)送功能，有無線發(fā)送數(shù)據(jù)功能就不是便攜式儀器；
(2)測量數(shù)據(jù)先保存在存儲器或SD卡中，測量結(jié)束后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機進行后續(xù)處理，不僅易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，而且測量數(shù)據(jù)不能及時應(yīng)用；
(3)缺乏測量位置、實時時間等輔助信息的自動獲取，測量時由人工記錄測量位置，根據(jù)人工或測量儀器時鐘獲得測量時間，容易引起數(shù)據(jù)錯亂和誤差。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于土壤墑情監(jiān)測的需求和現(xiàn)有便攜式土壤含水量測量儀器存在的主要問題，本發(fā)明研制一種基于GPS/GPRS/GSM的新型便攜式土壤水分監(jiān)測儀，實現(xiàn)土壤容積含水量的遠程、自動監(jiān)測及監(jiān)測位置、時間的準(zhǔn)確獲取、無線發(fā)送，具有精度高、實時高效、多功能、使用方便的特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提供能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確、自動化、智能化提供墑情的基于GPS/GPRS/GSM的新型便攜式土壤水分監(jiān)測儀。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
基于GPS/GPRS/GSM的便攜式土壤水分監(jiān)測儀，包括信息采集模塊、處理控制模塊、顯示模塊、電源模塊，所述信息采集模塊包括GPS模塊和土壤水分傳感器；所述處理控制模塊是單片機，所述單片機中包括A/D轉(zhuǎn)換器、串行口 1、串行口 2;所述GPS模塊、土壤水分傳感器、顯示模塊均與單片機相連接，其特征在于所述土壤水分監(jiān)測儀還包括有遠程傳輸模塊，所述遠程傳輸模塊包括有GPRS/GSM模塊、按鍵選擇模塊，所述GPRS/GSM模塊與單片機連接，所述電源模塊能輸出多路直流電壓，各電壓輸出端分別與GPS模塊、土壤水分傳感器、單片機、顯示模塊、GPRS/GSM模塊連接；所述GPS模塊監(jiān)測到的信息通過串行口 2傳輸?shù)斤@示模塊，所述土壤水分傳感器監(jiān)測到的信息通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后通過串行口 2傳輸?shù)斤@示模塊、通過串行口 1傳輸?shù)紾PRS/GSM模塊，通過按鍵選擇模塊的選擇，GPRS/GSM模塊把得到的信息發(fā)送至中心站或手機。所述的一種基于GPS/GPRS/GSM的便攜式土壤水分監(jiān)測儀，其特征在于所述顯示模塊是IXD顯示器。所述的一種基于GPS/GPRS/GSM的便攜式土壤水分監(jiān)測儀，其特征在于所述電源模塊可采用干電池或可充電電池供電，所述電源模塊的輸入電壓范圍為4. 5V-8V ；
輸出電壓端與單片機之間連接有升壓模塊、穩(wěn)壓模塊； 輸出電壓端與土壤水分傳感器、GPS模塊、GPRS/GSM模塊之間連接有升壓模塊； 輸出電壓端直接與顯示器連接；所述輸出電壓端的輸出電壓為5V、7. 3V和9V直流電壓，其中7. 3V電流不小于1A。所述的一種基于GPS/GPRS/GSM的新型便攜式土壤水分監(jiān)測儀，其特征在于所述遠程傳輸模塊，通過按鍵選擇信息發(fā)送模式，以GPRS和數(shù)據(jù)幀模式將土壤容積含水量、經(jīng)度、緯度和時間發(fā)送至中心站，或者以GSM和短信模式發(fā)送給手機。所述的一種基于GPS/GPRS/GSM的新型便攜式土壤水分監(jiān)測儀，其特征在于所述中心站或手機上安裝有接收軟件。信息采集模塊用于采集土壤容積含水量和經(jīng)度、緯度、時間信息； 處理控制模塊用于控制采集土壤容積含水量、顯示和發(fā)送；
顯示模塊用于實時顯示土壤容積含水量數(shù)據(jù)和經(jīng)度、緯度、時間信息； 遠程傳輸模塊用于將土壤容積含水量、經(jīng)度、緯度和時間發(fā)送至中心站或手機； 電源模塊用于提供多路可靠的直流電壓。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明實現(xiàn)了土壤含水量遠程自動監(jiān)測，給土壤墑情監(jiān)測、管理和決策系統(tǒng)提供實時、 準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源，提高墑情監(jiān)測、決策的自動化和智能化，節(jié)省人力和財力，提高水資源利用率，促進糧食高產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明的信息采集模塊、處理控制模塊、顯示模塊、遠程傳輸模塊的結(jié)構(gòu)及連接圖。
圖3為電源模塊原理圖及供電連接圖。圖4為本發(fā)明的應(yīng)用示意圖
具體實施例方式
本發(fā)明將土壤容積含水量的測量、采集位置和采集時間信息獲取、本機實時顯示、GPRS 模式傳輸、GSM模式傳輸和便攜式電源設(shè)計融為一體，實現(xiàn)土壤含水量的遠程自動監(jiān)測。
具體實施方式
如下
如圖1-4所示，基于GPS/GPRS/GSM的便攜式土壤水分監(jiān)測儀，包括信息采集模塊、處理控制模塊、顯示模塊、電源模塊，所述信息采集模塊包括GPS模塊和土壤水分傳感器；所述處理控制模塊是單片機，所述單片機中包括A/D轉(zhuǎn)換器、串行口 1、串行口 2 ；所述GPS模塊、 土壤水分傳感器、顯示模塊均與單片機相連接，其特征在于所述土壤水分監(jiān)測儀還包括有遠程傳輸模塊，所述遠程傳輸模塊包括有GPRS/GSM模塊、按鍵選擇模塊，所述GPRS/GSM 模塊與單片機連接，所述電源模塊能輸出多路直流電壓，各電壓輸出端分別與GPS模塊、土壤水分傳感器、單片機、顯示模塊、GPRS/GSM模塊連接；所述GPS模塊監(jiān)測到的信息通過串行口 2傳輸?shù)斤@示模塊，所述土壤水分傳感器監(jiān)測到的信息通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后通過串行口 2傳輸?shù)斤@示模塊、通過串行口 1傳輸?shù)紾PRS/GSM模塊，通過按鍵選擇模塊的選擇， GPRS/GSM模塊把得到的信息發(fā)送至中心站或手機。所述的一種基于GPS/GPRS/GSM的便攜式土壤水分監(jiān)測儀，其特征在于所述顯示模塊是IXD顯示器。所述電源模塊可采用干電池或可充電電池供電，所述電源模塊的輸入電壓范圍為 4. 5V-8V ；
輸出電壓端與單片機之間連接有升壓模塊、穩(wěn)壓模塊； 輸出電壓端與土壤水分傳感器、GPS模塊、GPRS/GSM模塊之間連接有升壓模塊； 輸出電壓端直接與顯示器連接；所述輸出電壓端的輸出電壓為5V、7. 3V和9V直流電壓，其中7. 3V電流不小于1A。所述遠程傳輸模塊，通過按鍵選擇信息發(fā)送模式，以GPRS和數(shù)據(jù)幀模式將土壤容積含水量、經(jīng)度、緯度和時間發(fā)送至中心站，或者以GSM和短信模式發(fā)送給手機。所述中心站或手機上安裝有接收軟件。如圖2所示，為信息采集模塊、處理控制模塊、顯示模塊、遠程傳輸模塊的結(jié)構(gòu)及連接圖。土壤水分傳感器用于獲取土壤中的水分含量，采用FDS100 土壤水分傳感器， 該傳感器是基于介電理論并運用頻域測量技術(shù)(FDR)。FDS100 土壤水分傳感器需要提供 5-12V直流電壓，啟動時間小于2秒，誤差小于2%，輸出電流信號。采用電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成0-5V的電壓信號。GPS模塊用于獲取經(jīng)度、緯度、時間信息，通過串口 2發(fā)送給處理控制模塊，串口的波特率設(shè)置為9600bps。采用QE-GSM/GPRS/GPS —體化模塊，供電電壓5-9V。處理控制模塊用于采集、處理、顯示和遠程傳輸?shù)目刂?。采用STC12C5A60S2單片機為處理器，通過內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器將土壤水分傳感器送來模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；通過串口 2讀取GPS模塊的經(jīng)度、緯度和時間信息；將含水量、經(jīng)度、緯度和時間信息在 LCD上顯示；通過按鍵選擇信息發(fā)送模式，并通過串口 1將含水量、經(jīng)度、緯度和時間信息以 GPRS或GSM模式遠程傳輸。
顯示模塊用于在本機顯示含水量、經(jīng)度、緯度和時間信息。采用通用的12864IXD 液晶屏，內(nèi)置驅(qū)動和漢字字模，為了減少單片機I/O端口，選用串行方式。遠程無線通信模塊用于將含水量、經(jīng)度、緯度和時間信息及時傳送給中心站或用戶手機。采用QE-GSM/GPRS/GPS —體化模塊，主芯片是sim300，支持AT指令模式。使用 GPRS通信模式時，通過AT指令給該模塊發(fā)送目的地主機IP地址、端口號和數(shù)據(jù)信息；使用 GSM發(fā)送模式時，通過AT指令給該模塊發(fā)送目的地手機號和數(shù)據(jù)信息。如圖3所示，為電源模塊原理圖及供電連接圖。電源模塊是便攜式采集儀的核心之一，需要綜合考慮功耗、效率、重量/體積和成本。本發(fā)明需要3路不同的電壓和帶載能力，其中土壤水分傳感器需要5-12V供電，單片機和IXD需要5V供壓，QE-GSM/GPRS/GPS 一體化模塊需要5-9V供電，且電流較大，在發(fā)送數(shù)據(jù)時大于1A。為了便于使用，采用4節(jié)干電池或可充電電池供電，輸入電壓范圍較寬，達到 4. 5-8V。設(shè)計兩路電源模式，一路通過LM2577升壓作為QE-GSM/GPRS/GPS —體化模塊的電源，可獲得較大電流，降低功耗；另一路采用LM2577升壓和LM1117穩(wěn)壓的模式，其中水分傳感器直接由LM2577升壓后供電，而單片機/IXD再經(jīng)過LM1117穩(wěn)壓后供電。LM2577效率高，外圍器件較少，使用方便。如圖4所示，為本發(fā)明的應(yīng)用示意圖，具體來說
本發(fā)明的土壤水分監(jiān)測儀是便攜式、遠程監(jiān)測設(shè)備，農(nóng)技人員或科研人員可攜帶本設(shè)備在任何地方進行土壤含水量測量。傳入傳感器后，土壤含水量、經(jīng)度、緯度和時間信息同時顯示在監(jiān)測儀面板上。根據(jù)任務(wù)的需要，按鍵選擇信息傳輸模式(土壤含水量一般不需要不間斷采集和記錄)，遠端用戶可及時獲取測量數(shù)據(jù)。通過GPRS模式可將所有信息傳輸給中心站，中心站應(yīng)用軟件通過IP連接Internet，進行數(shù)據(jù)讀取、解析、滾動顯示、存儲和處理； 通過GSM模式可將所有信息發(fā)送給特定的手機，便于用戶及時了解動態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于GPS/GPRS/GSM的便攜式土壤水分監(jiān)測儀，包括信息采集模塊、處理控制模塊、顯示模塊、電源模塊，所述信息采集模塊包括GPS模塊和土壤水分傳感器；所述處理控制模塊是單片機，所述單片機中包括A/D轉(zhuǎn)換器、串行口 1、串行口 2 ；所述GPS模塊、土壤水分傳感器、顯示模塊均與單片機相連接，其特征在于所述土壤水分監(jiān)測儀還包括有遠程傳輸模塊，所述遠程傳輸模塊包括有GPRS/GSM模塊、按鍵選擇模塊，所述GPRS/GSM模塊與單片機連接，所述電源模塊能輸出多路直流電壓，各電壓輸出端分別與GPS模塊、土壤水分傳感器、單片機、顯示模塊、GPRS/GSM模塊連接；所述GPS模塊監(jiān)測到的信息通過串行口 2傳輸?shù)斤@示模塊，所述土壤水分傳感器監(jiān)測到的信息通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后通過串行口 2傳輸?shù)斤@示模塊、通過串行口 1傳輸?shù)紾PRS/GSM模塊，通過按鍵選擇模塊的選擇，GPRS/GSM模塊把得到的信息發(fā)送至中心站或手機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPS/GPRS/GSM的便攜式土壤水分監(jiān)測儀，其特征在于所述顯示模塊是IXD顯示器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPS/GPRS/GSM的便攜式土壤水分監(jiān)測儀，其特征在于所述電源模塊可采用干電池或可充電電池供電，所述電源模塊的輸入電壓范圍為 4. 5V-8V ；輸出電壓端與單片機之間連接有升壓模塊、穩(wěn)壓模塊；輸出電壓端與土壤水分傳感器、GPS模塊、GPRS/GSM模塊之間連接有升壓模塊；輸出電壓端直接與顯示器連接；所述輸出電壓端的輸出電壓為5V、7. 3V和9V直流電壓，其中7. 3V電流不小于1A。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPS/GPRS/GSM的新型便攜式土壤水分監(jiān)測儀，其特征在于所述遠程傳輸模塊，通過按鍵選擇信息發(fā)送模式，以GPRS和數(shù)據(jù)幀模式將土壤容積含水量、經(jīng)度、緯度和時間發(fā)送至中心站，或者以GSM和短信模式發(fā)送給手機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPS/GPRS/GSM的新型便攜式土壤水分監(jiān)測儀，其特征在于所述中心站或手機上安裝有接收軟件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于GPS/GPRS/GSM的新型便攜式土壤水分監(jiān)測儀，包括有信息采集模塊，用于采集土壤容積含水量和經(jīng)度、緯度、時間信息；處理控制模塊，用于控制采集土壤含水量并顯示和發(fā)送；顯示模塊，用于實時顯示土壤含水量數(shù)據(jù)和經(jīng)度、緯度、時間信息；遠程傳輸模塊包括有GPRS/GSM模塊、按鍵選擇模塊，用于將土壤容積含水量、經(jīng)度、緯度和時間發(fā)送至中心站或手機；電源模塊，用于提供多路可靠的直流電壓。本發(fā)明集土壤容積含水量測量、本地顯示、遠程傳輸和地理定位于一體，具有測量精度高、多功能、便攜的優(yōu)點，解決了現(xiàn)有土壤墑情監(jiān)測中存在的問題。
文檔編號G08C17/02GK102507907SQ201110364200
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者支孝勤, 檀春節(jié), 江朝暉, 馬中文, 馬友華 申請人:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)