测量土壤水分和地表积水的传感器系统，以及测量方法

本申请属于传感器领域，尤其涉及一种测量土壤水分和地表积水的传感器系统，以及测量方法。

背景技术：

1、在农业、环境生态和气象研究等领域中，测量土壤水分参数的传感器起着不可或缺的重要作用。现有的测量土壤水分参数的传感器只能测量土壤水分数据、电导率数据和温度数据，在更多研究中，例如水文研究中，不仅需要以上测量数据，还需要测量地表积水的情况，然后现有技术中传感器只能够实现单一功能，无法满足上述需求。

技术实现思路

1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种测量土壤水分和地表积水的传感器系统，以及测量方法，以便于能够更好地满足水文研究中降雨产流过程的同步测量需求。

2、第一方面，本申请提供了一种测量土壤水分和地表积水的传感器系统，包括：

3、微处理器；

4、土壤水分测量电路，上述土壤水分测量电路的第一端与微处理器的第一信号端口电连接，上述土壤水分测量电路的第二端与土壤水分测量电极电连接，上述土壤水分测量电极为金属探针；

5、地表积水测量电路，上述地表积水测量电路的第一端与微处理器的第二信号端口电连接，上所述地表积水测量电路的第二端与积水测量电极电连接，上述积水测量电极为环形金属导体；

6、上述微处理器包括内部唤醒模块，和/或，唤醒信号接收端口，上述微处理器在获得内部唤醒模块的周期性唤醒信号后，或者，在从唤醒信号接收端口接收到外部唤醒信号后，分别控制上述土壤水分测量电路进行土壤水分测量，以及控制上述地表积水测量电路进行地表积水测量，以获得土壤水分测量结果和地表积水测量结果。

7、在一些实施例中，上述内部唤醒模块包括时钟模块，上述内部唤醒模块基于该时钟模块的时钟信号周期性唤醒微处理器；或者，

8、上述传感器系统，还包括：

9、外部唤醒模块，与上述微处理器的唤醒信号接收端口电连接，用于在接收到外部唤醒指示后，向微处理器的唤醒信号接收端口发送外部唤醒信号，上述外部唤醒模块为nfc通信模块。

10、在一些实施例中，上述的传感器系统还包括如下至少一个：

11、土壤电导率测量电路，其第一端与微处理器的第三信号端口电连接，其第二端与土壤电导率测量电极电连接，上述土壤电导率测量电极为金属探针；

12、土壤温度测量电路，其第一端与微处理器的第四信号端口电连接，其第二端与土壤温度测量电极电连接，上述土壤温度测量电极为空心探针，该空心探针内置热敏电阻；

13、上述微处理器还用于控制上述土壤电导率测量电路进行土壤电导率测量，以及控制上述土壤温度测量电路进行土壤温度测量，以获得土壤电导率测量结果和土壤温度测量结果。

14、在一些实施例中，上述的传感器系统还包括：

15、无线通信模块，与微处理器的通信端口电连接，用于将微处理器获得的土壤水分测量结果、地表积水测量测量结果、土壤电导率测量结果和土壤温度测量结果中的至少一个进行上报，上述无线通信模块为lora通信模块、wifi通信模块和蓝牙通信模块中的至少一个。

16、在一些实施例中，上述无线通信模块还用于接收配置参数，将上述配置参数上传给微处理器，由微处理器根据配置参数执行如下至少一个：

17、控制上述土壤水分测量电路进行土壤水分测量；

18、控制上述地表积水测量电路进行地表积水测量；

19、控制上述土壤电导率测量电路进行土壤电导率测量；

20、控制上述土壤温度测量电路进行土壤温度测量。

21、在一些实施例中，上述微处理器、地表积水测量电路、土壤水分测量电路、土壤温度

22、第二方面，本申请提供了一种传感器系统的测量方法，用于同时测量土壤水分和地表积水，该方法包括：

23、上述微处理器获得周期性的内部唤醒信号后，或者，接收到外部唤醒信号后，退出休眠模式；

24、上述微处理器控制土壤水分测量电路进行土壤水分测量，以及控制地表积水测量电路进行地表积水测量；

25、上述微处理器接收土壤水分测量电路反馈的土壤水分测量参数，以及接收地表积水测量电路反馈的地表积水测量参数；

26、上述微处理器根据所述土壤水分测量参数获得土壤水分测量结果，并根据所述地表积水测量参数获得地表积水测量结果。

27、在一些实施例中，上述土壤水分测量参数为土壤介电常数，上述微处理器根据该土壤水分测量参数获得土壤水分测量结果，包括：

28、上述微处理器根据上述土壤介电常数获得土壤水分测量结果；

29、上述地表积水测量参数为积水测量电极的电容，上述微处理器根据地表积水测量参数获得地表积水测量结果，包括：

30、上述微处理器根据积水测量电极的电容与预设的阈值电容的大小进行比较，以获得地表积水测量结果。

31、在一些实施例中，上述传感器系统的测量方法还包括：

32、微处理器控制上述土壤电导率测量电路进行土壤电导率测量，以及控制上述土壤温度测量电路进行土壤温度测量，以分别获得土壤电导率测量结果和土壤温度测量结果。

33、在一些实施例中，上述传感器系统的测量方法还包括：

34、上述微处理器开启无线通信模块；

35、上述微处理器通过该无线通信模块上报土壤水分测量结果、地表积水测量结果、土壤电导率测量结果和土壤温度测量结果中至少一个。

36、本申请实施例提供的测量土壤水分和地表积水的传感器系统，以及测量方法，在传统的土壤水分传感器系统只能测量土壤水分、土壤温度和土壤电导率中的一个或多个的基础上，增加了积水测量电极与地表积水测量电路，用于测量土壤表面的积水情况，传感器系统中的微处理器与该积水测量电路电连接，从而控制积水测量电路的工作状态。本申请实施例提供的传感器系统，以及测量方法，很好地解决了现有的传感器只能实现单一测量效果的弊端，实现了既可以测量土壤水分又可以测量地表积水的功能，更好地满足了水文研究中降雨产流过程的研究。

37、进一步的，在微处理器上还设置了内部唤醒模块和/或唤醒信号接收端口，当微处理器上设置内部唤醒模块时，可以根据微处理器内部提前设定的时钟信号对微处理器进行周期唤醒；当微处理器上设置唤醒信号接收端口时，此时设置的外部唤醒模块在接受外部唤醒信号后，会向微处理器的唤醒信号端口发送唤醒信号，以达到唤醒微处理器的目的。在微处理器上设置内部唤醒模块和/或唤醒信号接收端口可以使微处理器在不需要采集数据时进入休眠状态，降低微处理器的耗电量，以延长传感器系统的使用寿命。微处理器被唤醒后将控制上述测量电路进行测量工作，在测量结束后接收各测量电路反馈的参数并进行处理，此过程更好地实现了对传感器系统测量模块的同步控制，保证了测量土壤水分数据和地表积水情况的同步性。

38、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种测量土壤水分和地表积水的传感器系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，所述内部唤醒模块包括时钟模块，所述内部唤醒模块基于所述时钟模块的时钟信号周期性唤醒所述微处理器；或者，

3.根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，还包括如下至少一个：

4.根据权利要求1-3任一所述的传感器系统，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的传感器系统，其特征在于，所述无线通信模块还用于接收配置参数，将所述配置参数上传给所述微处理器，由所述微处理器根据所述配置参数执行如下至少一个：

6.根据权利要求5所述的传感器系统，其特征在于，所述微处理器、所述地表积水测量电路、所述土壤水分测量电路、所述土壤温度测量电路、所述土壤电导率测量电路、所述唤醒模块和所述无线通信模块均封装于一个密封壳体中。

7.一种基于权利要求1-6任一所述的传感器系统的测量方法，用于同时测量土壤水分和地表积水，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述土壤水分测量参数为土壤介电常数，所述微处理器根据所述土壤水分测量参数获得土壤水分测量结果，包括：

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本申请公开了一种测量土壤水分和地表积水的传感器系统，以及测量方法，属于传感器技术领域。其中，测量土壤水分和地表积水的传感器系统包括：微处理器；土壤水分测量电路，第一端与微处理器电连接，第二端与土壤水分测量电极电连接；地表积水测量电路，第一端与微处理器电连接，第二端与积水测量电极电连接；上述微处理器包括内部唤醒模块，和/或，唤醒信号接收端口，在收到唤醒信号后，分别控制上述测量电路进行对应测量。本申请实施例提供的技术方案能够实现同步测量表层土壤湿度和地表积水情况，以及实现传感器系统的低功耗运行。

技术研发人员：耶楠,田富强
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23