多功能無線土壤環境監測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多功能無線土壤環境監測儀，監測儀上設置有測量開關按鈕、透光窗、可旋轉發射天線、插入腳和SD卡端口，監測儀內具有溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、SD卡、信號處理和無線通信電路。本監測儀能實現農業土壤環境的多種參數的實時監測、多點無線測量等功能，以提高農業生產效率。同時能對各測量信息進行無線信號通信和SD卡儲存，適合于農業土壤環境的測量與教學實驗。
【專利說明】多功能無線土壤環境監測儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種多功能無線土壤環境監測儀，屬于電子技術和農業技術應用的領域。
【背景技術】
[0002]在農業生產過程中，溫度和濕度等變化是農業作物生長中的重要生長環境參數，溫度與濕度等各種環境參數直接影響農作物的生長。但由于土壤環境中的各種參數變化迅速，用戶常常不能隨時監測，并做出有效的判斷，導致農業生產效率低下。
[0003]傳統的土壤溫度和濕度等環境參數的測量大多采用人工測量的方式，相對于自動測量來說比較繁瑣、效率也低。同時如使用固定式的溫濕度等記錄儀只能放置在特定的區域，而有些情況受到被測環境、狀況和試驗區域等方面限制，需要應用便攜式的且可對多個試驗區域進行記錄的測量方式。為了保證能有正確的農業土壤環境測量數據，同時也考慮操作的方便性，需要開發一種能對土壤環境的各種參數進行監測測量的儀器。
[0004]針對傳統土壤環境監測系統中傳感器放置不靈活、走線多和監測效率低等問題，提出了基于無線通信構建的多功能土壤環境監測儀，將無線通信技術應用于土壤的溫度與濕度等環境參數的監測，并可將數據通過無線遠程傳輸到用戶的接收機或計算機上，讓用戶可實時掌握農田土壤的環境變化，并據此做出合理的判斷與響應，從而能有效地提高農作物的質量與產量。
[0005]同時相比傳統固定式單一參數的監測方式，本實用新型除通過多種傳感器能實現農業土壤環境的多種參數的實時監測外，采用了無線通信技術，還能靈活地進行多點的測量，更能綜合反映農田土壤的環境參數變化。
實用新型內容
[0006]針對現有的測量儀器的不足，本實用新型采用無線單片機CC2430構成信號處理和無線通信電路，并且結合新型數字式溫濕度傳感器SHT75等作為傳感元件連接到無線發射端，并放置于需要測量的土壤環境里，可將各傳感信號發射給遠距離的無線接收端。同時監測儀能將測量數據保存在SD卡中，方便了數據的使用。
[0007]本多功能無線土壤環境監測儀，監測儀上設置有測量開關按鈕、透光窗、可旋轉發射天線、插入腳和SD卡端口，監測儀內具有溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、SD卡、信號處理和無線通信電路。
[0008]本實用新型使用了多種傳感器，用以得到土壤環境的各種參數，從低成本、低功耗、高精度和簡化靈活性等方面綜合考慮，各種傳感器選型如下:空氣溫濕度傳感器選用SHT75、光照傳感器選用TSL2550、二氧化碳傳感器選用B-530。
[0009]本實用新型的信號處理和無線通信電路的核心器件是CC2430芯片，CC2430是TI公司的一顆系統芯片。它能夠提高性能并滿足無線2.4GHz ISM波段應用，及對低成本，低功耗的要求。它結合一個高性能2.4GHz射頻收發器核心和一顆工業級小巧高效的8051控制器，并結合了 8Kbyte的RAM及強大的外圍模塊。
[0010]CC2430芯片還包含模擬數字轉換器、4個定時器、AES128協同處理器、看門狗定時器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉電檢測電路，以及21個可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18μπι CMOS工藝生產；在接收和發射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430只需少量的外圍元器件配合就能實現信號的收發及處理功能。
[0011]本實用新型的溫濕度采集電路的核心器件是SHT75芯片，它是瑞士 Sensirion推出的一種單芯片傳感器，基于領先世界的CMOSois?數字傳感技術，具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性，含有已校準的數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。其內部包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個14位的A/D轉換器以及串行接口電路集成在同一芯片上，它可與單片機直接相連，此外，該傳感器還具有響應速度快、抗干擾能力強、性價比高等優點。且輸出為數字信號，抗干擾性優于同類芯片。測量濕度范圍為O?100%RH，溫度范圍為-40?120°C。
[0012]光照傳感器TSL2550為數字傳感器，也掛接在I2C總線上。它具有兩個光電探測器，其中一個測得可見光和紅外光，另外一個測得紅外光。將這兩個所測讀數相減并數字化，就可得到與人眼所感覺相似的光強度結果。TSL2550內部集成了模數轉換器，可以直接將檢測的結果轉換成串行數字信號輸出，簡化了硬件設計。
[0013]二氧化碳傳感器B-530是一款很小、很輕的NDIR技術CO2傳感器模塊，使用壽命達到了 10年，測量范圍為O?lOOOOppm。
[0014]本實用新型的SD卡端口上具有遮片，可防止塵土和雨水等進入監測儀，其SD卡采用micro SD卡格式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是監測儀外觀圖，其中的I是測量開關按鈕，2是透光窗、3是可旋轉發射天線，4是插入腳，5是SD卡端口。
[0016]圖2是傳感器采集接口電路圖。
[0017]圖3是溫濕度采集電路圖。
【具體實施方式】
[0018]結合附圖，下面具體說明多功能無線土壤環境監測儀的工作和電路情況。
[0019]本實用新型的設計考慮了低成本、低功耗、微型化和穩定可靠等因素。監測儀系統主要由傳感器模塊、數據處理模塊、無線通信模塊和供電模塊組成。各種傳感器模塊負責對土壤環境數據的信息采集，并提供給數據處理單元；由無線通信模塊負責進行無線通信，交換信息和存儲數據。
[0020]在傳感器采集接口電路中，SDA為數據線，SCK為時鐘線，它們是通過接口 P0.2和P0.3與CC2430進行通信。
[0021]在溫濕度采集電路中，芯片供電電壓3.3V，在電源引腳和地之間安裝一個IOOnF的電容C42，起到去耦濾波的作用。串行接口是兩線式的結構，串行時鐘輸入SCK與CC2430的P0.3相連，用于CC2430與SHT75之間的通訊同步；串行數據DATA是一個三態門結構，與CC2430的P0.2相連，用于數據的讀取。DATA在SCK時鐘下降沿改變狀態，并僅在SCK上升沿有效。數據傳輸期間，在SCK時鐘高電平時，DATA需要保持穩定，為了避免信號沖突，在安裝一個IOkQ上拉電阻R47，使P0.2輸出低電平。
[0022]B-530為模擬傳感器，可通過CC2430的P0.5 口內部的ADC輸入通道完成模數轉
換，無需外置A/D轉換器。
[0023]本監測儀可將得到的測量信息用于無線通信的同時也存儲于SD卡中，以方便數據的備份、使用和讀取。
[0024]本實用新型能夠實時采集包括溫度、濕度、二氧化碳濃度和光照強度等土壤環境參數。完成對農田的實時無線監測、多點無線測量等功能，在農業領域的應用會有很好的發展前景。同時監測儀能對測量信息進行SD卡存儲和無線信號發射，適合于農業土壤環境的測量與教學實驗。
【權利要求】
1.一種多功能無線土壤環境監測儀，其特征是:監測儀上設置有測量開關按鈕(I)、透光窗(2)、可旋轉發射天線(3)、插入腳(4)和SD卡端口(5);監測儀內具有溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、SD卡、信號處理和無線通信電路。
2.根據權利要求1所述的多功能無線土壤環境監測儀，其特征是:其監測儀內的信號處理和無線通信電路的主芯片采用CC2430。
3.根據權利要求1所述的多功能無線土壤環境監測儀，其特征是:其監測儀上的SD卡端口上具有遮片，其SD卡采用micro SD卡格式。
【文檔編號】G01K7/00GK203405284SQ201320513750
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】汪建 申請人:四川農業大學, 汪建