基于Arduino的开源土壤墒情监测系统及方法与相关技术

本技术公开了一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统及方法，系统包括终端、数据线、Arduino开发板、抗干扰电路板、若干个水分传感器；所述终端、Arduino开发板、抗干扰电路板、水分传感器通过数据线连接；所述抗干扰电路板包括电源、电阻、三极管、水分传感器、数模转换器，其电源正极、电源负极、模拟信号端分别与Arduino开发板和水分传感器的的正极、负极、模拟信号端连接；其数字信号端与Arduino开发板的数字信号端连接。

本系统工作电压低(35V)、成本低、开发简单，对于指导用户进行科学灌溉、智能灌溉具有实际意义，成果可转化为具体的经济效益。

技术要求
1.一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统，其特征在于，包括终端(1)、数据线(2)、Arduino开发板(3)、抗干扰电路板(4)、若干个水分传感器(5)；所述终端(1)、Arduino开发板(3)、抗干扰电路板(4)、水分传感器(5)通过数据线(2)连接；所述抗干扰电路板(4)包括电源、电阻、三极管、水分传感器、模拟信号端和数字信号端，其电源正极、电源负极、模拟信号端分别与Arduino开发板(3)和水分传感器(5)的的正极、负极、模拟信号端连接；其数字信号端与Arduino开发板(3)的数字信号端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统，其特征在于，所述终端(1)为树莓派。

3.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统，其特征在于，所述抗干扰电路板(4)包括至少两个NPN型BC547型三极管。

4.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统，其特征在于，所述抗干扰电路板(4)的电阻为300Ω。

5.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统，其特征在于，所述水分传感器(5)为电容式水分传感器。

6.一种基于Arduino的开源土壤墒情监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对各水分传感器探头连接导线，对水分传感器、水分传感器与导线接线处进行防水处理；
(2)单片机开发板设计：采用Arduino开发板用于水分传感器工作控制；
(3)抗干扰电路板设计：通过抗干扰电路板将多路水分传感器与单片机开发板相连；
(4)连接电脑：Arduino开发板与电脑相连，用于程序开发、数据采集和蓝牙传输；
(5)程序开发：用于进行多路水分传感器监测控制和数据采集、处理与传输；
(6)水分传感器率定：采用称重法，对各水分传感器输出信号和实际土壤含水率进行率定，绘制各传感器虑定曲线；
(7)土壤含水率定位、连续测定：水分传感器埋设于土壤中，监测输出信号，并与各水分传感器率定曲线进行对照，得到实际土壤含水率。

技术说明书
一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统及方法
技术领域
本技术属于农业水利工程技术领域，具体涉及一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统及方法。

背景技术
土壤墒情是影响农业生产的一个关键因子，墒情监测对于提高灌溉的科学性和自动化管理水平具有重要意义。

目前常用的墒情测定方法有烘干法、中子法、时域反射仪法等，烘干法作为一种基本方法，常用来检验其他方法的测量精度，但是测定过程需要破坏土样，不能进行连续、实时监测。

中子法、时域反射仪法等存在仪器设备昂贵，一次性投人的问题。

这些因素极大地限制了田间墒情监测系统的大面积应用。

迫切需要开发低成本、耐腐蚀的定位检测设备。

技术内容
技术目的：本技术提供一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统，能进行长期、实时、定位、精确的土壤水分监测与采集。

技术方案：本技术所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统：包括终端、数据线、Arduino开发板、抗干扰电路板、若干个水分传感器；所述终端、Arduino开发板、抗干扰电路板、水分传感器通过数据线连接；所述抗干扰电路板包括电源、电阻、三极管、水分传感器、模拟信号端和数字信号端，其电源正极、电源负极、模拟信号端分别与Arduino开发板和水分传感器的的正极、负极、模拟信号端连接；其数字信号端与Arduino开发板的数字信号端连接。

进一步地，所述终端为树莓派。

进一步地，所述抗干扰电路板包括至少两个NPN型BC547型三极管。

进一步地，所述抗干扰电路板中的电阻为300Ω。

进一步地，所述水分传感器为电容式水分传感器。

本技术所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测方法，包括以下步骤：
(1)对各水分传感器探头连接导线，对水分传感器、水分传感器与导线接线处进行防水处理；
(2)单片机开发板设计：采用Arduino开发板用于水分传感器工作控制；
(3)抗干扰电路板设计：通过抗干扰电路板将多路水分传感器与单片机开发板相连；
(4)连接电脑：Arduino开发板与电脑相连，用于程序开发、数据采集和蓝牙传输；
(5)程序开发：用于进行多路水分传感器监测控制和数据采集、处理与传输；
(6)水分传感器率定：采用称重法，对各水分传感器输出信号和实际土壤含水率进行率定，绘制各传感器虑定曲线；
(7)土壤含水率定位、连续测定：水分传感器埋设于土壤中，监测输出信号，并与各水分传感器率定曲线进行对照，得到实际土壤含水率。

有益效果：与现有技术相比，本技术的有益效果：1、本技术通过提供一种基于Arduino开发平台的开源土壤墒情监测系统，水分传感器长期埋于土壤中不会腐蚀,可以结合数据存储及蓝牙传输技术，进行长期、实时、连续、定位、精确的土壤水分监测与采集；2、Arduino开发环境源代码开源，开发简单，可以根据用户需要进行修改；3、与多数商业传感器相比，本系统工作电压低(3-5V)，成本低；4、成果可用于土壤含水率田间测定，对于指导科学灌溉、智能灌溉具有实际意义。

附图说明
图1为本技术系统的结构图；
图2为抗干扰电路板电路图。

具体实施方式
下面结合附图对本技术作进一步详细描述。

如图1所示，本技术所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测系统包括终端1、数据线2、Arduino开发板3、抗干扰电路板4、和水分传感器5组成。

终端1、数据线2、Arduino开发板3、抗干扰电路板4、和水分传感器5通过数据线连2接接，其中连接Arduino开发板3和抗干扰电路板4的数据线2为为四芯数据线，连接分别Arduino开发板3和抗干扰电路板5的数据线2为三芯数据线。

四芯数据线分别连接Arduino开发板3和抗干扰电路板4的正极、负极、模拟信号端和数字信号端，三芯数据线分别连接抗干扰电路板4和水分传感器5的正极、负极和模拟信号端。

如图2所示，抗干扰电路板4包括电源正极、电源负极、电阻、三极管、水分传感器、模拟信号端和数字信号端组成。

所述电源正极、电源负极、模拟信号端和数字信号端分别与Arduino开发板3的正极、负极、模拟信号端和数字信号端连接。

三极管采用NPN型BC547型三极管，电阻采用300Ω电阻。

通过两个三极管，实现每个水分传感器单独测定，避免水分传感器间相互干扰，影响测定结果。

本技术所述的一种基于Arduino的开源土壤墒情监测方法包括以下步骤：
(1)对各水分传感器探头连接导线，选用三线导线，对水分传感器、水分传感器与导线接线处进行防水处理；
(2)单片机开发板设计：采用Arduino开发板用于水分传感器工作控制；
(3)抗干扰电路板设计：通过抗干扰电路板将多路土壤水分传感器与单片机开发板相连；
(4)连接电脑：Arduino开发板与电脑相连，用于程序开发、数据采集和蓝牙传输；
(5)程序开发：用于进行多路水分传感器监测控制和数据采集、处理与传输；在这里采用ArduinoIDE进行程序开发；
(6)水分传感器率定：采用称重法，对各水分传感器输出信号和实际土壤含水率进行率定，绘制各传感器虑定曲线；
(7)土壤含水率定位、连续测定：水分传感器埋设于土壤中，监测输出信号，并与各水分传感器率定曲线进行对照，得到实际土壤含水率。

以上描述了本技术的基本原理和主要特征，本行业的技术人员应该了解，本技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本技术的原理，在不脱离本技术精神和范围的前提下，本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本技术范围内，本技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。