本實用新型屬于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)交叉領(lǐng)域，是物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的結(jié)合，特別涉及一種物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化蒸滲儀測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水肥一體化技術(shù)是現(xiàn)代集約化灌溉農(nóng)業(yè)的一個關(guān)鍵因素，尤其在中國這樣一個農(nóng)業(yè)大國，一方面是農(nóng)業(yè)用水量的巨大和水資源不足的矛盾要求發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，測量作物的水分蒸發(fā)，研究水分消耗，用以改善農(nóng)業(yè)上對水資源的利用程度，對節(jié)約用水的意義重大；另一方面是我國作為化肥消耗大國，土地單位面積施肥量居世界前列，對于化肥的過度使用和生產(chǎn)造成的生態(tài)環(huán)境惡化，需要實用新型高效的肥料，結(jié)合上述兩點，水肥一體化的研究對于促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

蒸滲儀一般是研究作物耗水規(guī)律的重要儀器。將蒸滲儀埋設(shè)于自然的土壤中，并對其水分進(jìn)行調(diào)控來有效的模擬實際的蒸散過程，在通過稱重量的變化，就可得到蒸散量。這種方法在農(nóng)田蒸散研究中是最為有效和經(jīng)濟(jì)的實測方法?，F(xiàn)有的蒸滲儀設(shè)備和方法中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好，測試的精度不高，不能很好的反映當(dāng)?shù)氐闹参锏暮乃?guī)律；在目前的技術(shù)方案中很少有將蒸滲儀和水肥一體化研究結(jié)合在一起，所以需要研究一種新型的蒸滲儀系統(tǒng)，集高精度傳感器、高精度 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)和通訊技術(shù)于一體，運(yùn)用到蒸滲儀測控系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)的測試精度，使之能穩(wěn)定可靠的工作，并且能夠方便研究水肥消耗情況，以滿足當(dāng)前的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型提供了一種物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化蒸滲儀測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對國內(nèi)現(xiàn)有精度低、穩(wěn)定性差的問題，在傳統(tǒng)蒸滲儀測量方法基礎(chǔ)上，融入了現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，著力于研究一種新型高精度電子稱重式蒸滲儀，測試精度、穩(wěn)定性得到改進(jìn)，以便更好地滿足用戶的需要，實現(xiàn)了可遠(yuǎn)程獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)；利用分層傳感器獲取影響作物生長不同土壤深度的環(huán)境信息，獲取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠；將獲取的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，方便后續(xù)數(shù)據(jù)的分析；能夠定期測量作物不同深度根系的肥料消耗量，方便水肥研究。

本實用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：

一種物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化蒸滲儀測量系統(tǒng)，包括機(jī)械組成部分、物聯(lián)網(wǎng)核心模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)檢測模塊和遠(yuǎn)程上位機(jī)模塊；

所述的機(jī)械組成部分包括主缸體，主缸體上端設(shè)有水閥，下端設(shè)有缸體壓力傳感器，在主缸體的側(cè)壁上沿主缸體從上到下設(shè)有至少三個與主缸體連通的伸出管，伸出管的下端設(shè)有容器，容器的下端設(shè)有容器壓力傳感器；在主缸體內(nèi)插設(shè)有對應(yīng)的傳感器安裝支架，傳感器安裝支架上附有傳感器；傳感器安裝支架的個數(shù)與伸出管的個數(shù)對應(yīng)，且傳感器支架的距離主缸體的深度與伸出管距離主缸體的深度相同；

主缸體內(nèi)壁上設(shè)有內(nèi)凹的圓環(huán)，內(nèi)凹圓環(huán)的個數(shù)與伸縮管個數(shù)對應(yīng)，每個伸縮管對應(yīng)的內(nèi)凹圓環(huán)，在每個內(nèi)凹圓環(huán)上對應(yīng)設(shè)有內(nèi)圈環(huán)，內(nèi)圈環(huán)為彈性材料，且具有斷口，內(nèi)圓環(huán)的外側(cè)設(shè)有一個外凸的環(huán)形腔，環(huán)形腔的高度低于內(nèi)圈環(huán)，且環(huán)形腔的厚度小于內(nèi)凹圓環(huán)的厚度，環(huán)形腔的外壁上設(shè)有一個供與伸出管對應(yīng)的流出孔；

缸體壓力傳感器主要負(fù)責(zé)測量主缸體重量的變化；容器負(fù)責(zé)定期接受由伸出管流出的水肥，容器壓力傳感器負(fù)責(zé)測量容器盛放的重量；傳感器安裝支架負(fù)責(zé)不同深度各自傳感器的布設(shè)；傳感器安裝支架上設(shè)有土壤溫度檢測傳感器、土壤張力檢測傳感器；

所述的物聯(lián)網(wǎng)核心模塊包括中央處理器，與中央處理器連接有電源模塊、時鐘電路、復(fù)位電路、信號轉(zhuǎn)換電路和屏幕顯示單元；物聯(lián)網(wǎng)核心模塊一方面負(fù)責(zé)對上位機(jī)送來的指令進(jìn)行解析，根據(jù)指令要求采集數(shù)據(jù)和按照約定的協(xié)議向上位機(jī)傳送采集到的數(shù)據(jù)信息，另一方面負(fù)責(zé)通過屏幕顯示單元完成和用戶的交互，環(huán)境參數(shù)信息均可顯示在屏幕上，亦可通過手動控制屏幕實時獲取現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)信息和輸入作物水肥消耗量；

所述的數(shù)據(jù)檢測模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、土壤溫度檢測傳感器、土壤張力檢測傳感器、缸體重量檢測傳感器；

所述的數(shù)據(jù)采集單元包括A/D轉(zhuǎn)換電路和信號調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路主要負(fù)責(zé)將傳感器模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；信號調(diào)理電路主要負(fù)責(zé)信號的濾波和轉(zhuǎn)換，將RS485信號轉(zhuǎn)換為TTL信號，保證信號的穩(wěn)定準(zhǔn)確。

所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊包括GPRS DTU，主要負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)核心模塊和上位機(jī)模塊之間的通信；所述的遠(yuǎn)程上位機(jī)模塊包括數(shù)據(jù)處理上位機(jī)軟件、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析展示平臺，負(fù)責(zé)采集指令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的存儲顯示；當(dāng)數(shù)據(jù)處理上位機(jī)軟件發(fā)送采集指令后，數(shù)據(jù)采集模塊在物聯(lián)網(wǎng)核心模塊的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，之后物聯(lián)網(wǎng)核心模塊將采集到的數(shù)據(jù)封裝上傳；數(shù)據(jù)處理上位機(jī)軟件在接收到數(shù)據(jù)后存儲至數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)分析展示平臺在數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)展示。

優(yōu)選的，所述的伸出管設(shè)有三個，設(shè)有的傳感器安裝支架設(shè)有三個。

物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化蒸滲儀建模以及測量方法：

建模：

A、選擇底部不帶有透孔的主缸體，在主缸體外壁底部下端設(shè)有一個壓力傳感器；

B、在主缸體的側(cè)壁上開設(shè)至少三個通孔，三個通孔上下設(shè)置，每個通孔上連接有一個對應(yīng)的伸出管并使得伸出管的端部向下；

C、在主缸體的內(nèi)壁的內(nèi)凹圓環(huán)上嵌入彈性內(nèi)圓圈，并使環(huán)形腔對應(yīng)到內(nèi)凹圓環(huán)的凹槽內(nèi)；以及將內(nèi)圓圈的流出孔對應(yīng)主缸體的通孔；

D、在主缸體內(nèi)埋裝培養(yǎng)土；

E、在伸出管的對應(yīng)位置處設(shè)有一個傳感器支架，并在傳感器支架內(nèi)插設(shè)有傳感器；

F、在伸出管的下端設(shè)有一個容器，容器承接伸出管內(nèi)流出的液體，并在容器內(nèi)設(shè)有一個容器壓力傳感器；

G、在主缸體的上方設(shè)置一個水閥。

測量：

A、打開水閥，向主容器內(nèi)注水肥；

B、主容器內(nèi)下方的缸體壓力傳感器記錄壓力的變化，從而根據(jù)壓力的變化換算到注水肥的質(zhì)量；并實時記錄壓力的變化，并通過物聯(lián)網(wǎng)上傳記錄；

C、過多的水肥通過伸出管流出，容器壓力傳感器記錄流入量，并通過物聯(lián)網(wǎng)上傳記錄；得出滲入時間，滲入量；

D、容器壓力傳感器不在變化之后，繼續(xù)記錄缸體壓力傳感器的變化，通過變化可以計算流出水肥蒸量；

A、通過設(shè)置傳感器支架內(nèi)的傳感器發(fā)送信號，并通過物聯(lián)網(wǎng)傳遞信號。

本實用新型的有益效果表現(xiàn)在：

（1）本實用新型可有效提高水肥一體化研究效率，方便定期測量作物水分和肥料消耗情況，可以測量作物根系不同深度的水肥消耗量。

（2）本實用新型相對于傳統(tǒng)的蒸滲儀設(shè)備，具有精度高，自動化采集上傳數(shù)據(jù)、穩(wěn)定等特點，利用GPRS模塊的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)的功能，同時將數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程服務(wù)器儲存到數(shù)據(jù)庫，節(jié)省人力，減少了人為誤差，提高了系統(tǒng)精度，同時數(shù)據(jù)存儲至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。

（3）本實用新型具有土壤墑情檢測模塊，土壤壓力檢測模塊，土壤溫度檢測模塊，檢測了多個影響作物生長的環(huán)境因素，將所測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析后，對分析作物長勢或者產(chǎn)量和生長環(huán)境的影響提供數(shù)據(jù)支持。

附圖說明：

圖1為一種物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化蒸滲儀測量系統(tǒng)機(jī)械組成框圖；

圖2為物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化蒸滲儀測量系統(tǒng)原理框圖；

圖3為內(nèi)圓環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為內(nèi)圓環(huán)的局部剖面圖。

具體實施方式

下述未述及的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容均可采用或借鑒現(xiàn)有技術(shù)。

如圖1所示，1，缸體壓力傳感器；2，容器壓力傳感器；3，主缸體；4，容器；5，40cm伸出管;6，60cm伸出管；7,80cm伸出管；8，水閥；9，40cm傳感器安裝支架；10,60cm傳感器支架；11,80cm傳感器支架。

一種物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化蒸滲儀測量系統(tǒng)，包括機(jī)械組成部分、物聯(lián)網(wǎng)核心模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)檢測模塊和遠(yuǎn)程上位機(jī)模塊。

其中：

所述的機(jī)械組成部分包括主缸體3，主缸體上端設(shè)有水閥8，下端設(shè)有缸體壓力傳感器1，在主缸體3的側(cè)壁上沿主缸體從上到下設(shè)有至少三個與主缸體連通的伸出管，本實施例的伸出管設(shè)有三個：40cm伸出管5，60cm伸出管6；80cm伸出管7；

伸出管的下端設(shè)有容器4，容器4的下端設(shè)有容器壓力傳感器2；在主缸體內(nèi)插設(shè)有對應(yīng)的傳感器安裝支架，本實施例的傳感器安裝支架設(shè)有三個：40cm傳感器安裝支架9；60cm傳感器支架10；80cm傳感器支架11。

傳感器安裝支架上附有傳感器；傳感器安裝支架的個數(shù)與伸出管的個數(shù)對應(yīng)，且傳感器支架的距離主缸體的深度與伸出管距離主缸體的深度相同。

主缸體內(nèi)壁內(nèi)壁上設(shè)有內(nèi)凹的圓環(huán)，內(nèi)凹圓環(huán)的個數(shù)與伸縮管個數(shù)對應(yīng)，每個伸縮管對應(yīng)的內(nèi)凹圓環(huán)，在每個內(nèi)凹圓環(huán)上對應(yīng)設(shè)有內(nèi)圈環(huán)12，內(nèi)圈環(huán)12為彈性材料，且具有斷口，內(nèi)圓環(huán)的外側(cè)設(shè)有一個外凸的環(huán)形腔，環(huán)形腔的高度低于內(nèi)圈環(huán)，且環(huán)形腔的厚度小于內(nèi)凹圓環(huán)的厚度，環(huán)形腔的外壁上設(shè)有一個供與伸出管對應(yīng)的流出孔；

缸體壓力傳感器主要負(fù)責(zé)測量主缸體重量的變化；容器負(fù)責(zé)定期接受由Xcm伸出管流出的水肥，容器壓力傳感器負(fù)責(zé)測量容器盛放的重量；Xcm傳感器安裝支架負(fù)責(zé)不同深度各自傳感器的布設(shè)。

使用時，主缸體重量變化由數(shù)據(jù)檢測模塊實時測量傳輸；系統(tǒng)定期提醒用戶打開水閥定時接收Xcm伸出管流出的水肥，用戶通過交互屏幕獲取容器內(nèi)重量值；用戶可以測量容器內(nèi)肥料的含量以計算作物根系不同深度肥料的吸收量，然后通過交互屏幕輸入到系統(tǒng)內(nèi)。

如圖2所示，一種物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化蒸滲儀測量系統(tǒng)，包括物聯(lián)網(wǎng)核心模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)檢測模塊和遠(yuǎn)程上位機(jī)模塊。

所述的物聯(lián)網(wǎng)核心模塊包括中央處理器，與中央處理器連接的電源模塊，時鐘電路，復(fù)位電路，信號轉(zhuǎn)換電路和屏幕顯示單元。物聯(lián)網(wǎng)核心模塊一方面負(fù)責(zé)對上位機(jī)送來的指令進(jìn)行解析，根據(jù)指令要求采集數(shù)據(jù)和按照約定的協(xié)議向上位機(jī)傳送采集到的數(shù)據(jù)信息，另一方面負(fù)責(zé)通過屏幕顯示單元完成和用戶的交互，環(huán)境參數(shù)信息均可顯示在屏幕上，亦可通過手動控制屏幕實時獲取現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)信息；中央處理器板采用處理器MSP430F5438A，內(nèi)含flash存儲器，時鐘電路，定時器模塊電路等外圍模塊。中央處理器與數(shù)據(jù)傳輸模塊相連，當(dāng)信號傳輸模塊收到遠(yuǎn)程上位機(jī)發(fā)來的命令信號時，將此命令信號通過信號轉(zhuǎn)換模塊分別傳送給中央處理器，中央處理器根據(jù)命令的具體內(nèi)容做出響應(yīng)。屏幕顯示單元采用金鵬C系列彩屏，通過中斷通訊方式與中央處理器進(jìn)行信息交互，實現(xiàn)實時顯示采集的土壤溫度、土壤濕度、土壤壓力。本單元與中央微處理器相連，此類型彩屏具有操作簡單，功能強(qiáng)大，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，速度快等優(yōu)點。

如圖3所示的數(shù)據(jù)檢測模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、土壤溫度檢測傳感器、土壤張力檢測傳感器、缸體重量檢測傳感器。所述的數(shù)據(jù)采集單元包括A/D轉(zhuǎn)換電路和信號調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路主要負(fù)責(zé)將傳感器模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；信號調(diào)理電路如圖4所示，主要負(fù)責(zé)信號的濾波和轉(zhuǎn)換，將RS485信號轉(zhuǎn)換為TTL信號，保證信號的穩(wěn)定準(zhǔn)確；

為提高系統(tǒng)采集精度，A/D轉(zhuǎn)換電路采用FS511模塊，系統(tǒng)選用 12V 電源給傳感器供電，由于傳感器滿量程時信號輸出為 2mV/V，則傳感器輸出信號范圍為 0～24mV，這比 A/D 的參考電壓小很多，為了提高轉(zhuǎn)換精度，應(yīng)通過運(yùn)算放大器對信號進(jìn)行放大，使其電壓與 A/D 的參考電壓接近（ Vref=VRH-VRL）。

遠(yuǎn)程上位機(jī)模塊包括數(shù)據(jù)處理上位機(jī)軟件、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析展示平臺，負(fù)責(zé)采集指令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的存儲顯示。當(dāng)數(shù)據(jù)處理上位機(jī)軟件發(fā)送采集指令后，數(shù)據(jù)采集模塊在物聯(lián)網(wǎng)核心模塊的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，之后物聯(lián)網(wǎng)核心模塊將采集到的數(shù)據(jù)封裝上傳；數(shù)據(jù)處理上位機(jī)軟件在接收到數(shù)據(jù)后存儲至數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)分析展示平臺在數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)展示。

上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本實用新型的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本實用新型設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本實用新型的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本實用新型的保護(hù)范圍，本實用新型請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。