[发明专利]一种土壤湿度传感器智能校准系统及其校准方法

权利要求书

1.一种土壤湿度传感器智能校准系统的校准方法，所述土壤湿度传感器智能校准系统包括电源模块(1)、控制单元(2)、驱动单元(3)、继电器(4)、调理单元(5)和探针单元(6)，上述各个部分的连接方式是：电源模块(1)分别连接控制单元(2)、驱动单元(3)、继电器(4)、调理单元(5)和探针单元(6)，并为该五个部分供电；控制单元(2)连接驱动单元(3)；驱动单元(3)又分别连接继电器(4)和调理单元(5)；继电器(4)又分别连接调理单元(5)和探针单元(6)；其特征在于该系统的校准方法具体操作如下：在该系统的控制单元(2)内预先编写好土壤湿度传感器智能校准系统的校准方法的计算机程序，使用控制单元(2)的STC89C52的定时器设定定时校准时间为四天，系统一启动，先进行控制单元(2)的初始化，然后控制单元(2)向驱动单元(3)发送校准指令或测量指令，当控制单元(2)发出校准指令，驱动单元(3)根据控制单元(2)发出的校准指令切换调理单元(5)中的继电器(4)的电磁阀开关部分到开关Ⅱ位置，进入校准模式，具体地说是驱动单元(3)根据控制单元(2)发出不同的指令切换调理单元(5)中所包含的继电器(4)的电磁阀开关部分的开关Ⅱ的十二个不同的开关的位置，即依次分别切换连接到调理单元(5)内置的调理电容8所包含的十二个电容，该十二个电容大小分别是2pf、4pf、5pf、7pf、9pf、10pf、12pf、14pf、15pf、17pf、20pf、22pf的电容，电容接通之后，会进行充电和放电，由于电容充电和放电，土壤湿度传感器采集到读数，控制单元(2)根据不同电容值通过多项式插值的方法绘制出电容值与土壤湿度的关系曲线，标准电压-电容曲线是系统内置无误差、无故障时的电压-电容曲线，实测电压-电容曲线是系统在使用过程中测得的电压-电容曲线，将实测电压-电容曲线和标准电压-电容曲线相减，依此绘制出校准曲线；

当控制单元(2)发出测量指令，驱动单元(3)根据控制单元(2)发出的测量指令切换调理单元(5)中的继电器(4)的电磁阀开关部分到开关Ⅰ，进入测量模式，在切换到测量模式时，如果数据发生漂移，根据校准模式中生成的校准曲线，对采集到的数据经在终端采用嵌入式二元回归分析法进行处理，得到补偿校准效果曲线，从而实现数据校准，具体操作为：首先进行实验标定，即根据大量的实验获得可靠的实验数据，再利用MATLAB软件编程处理得到的这些实验数据，计算出的二元回归方程系数，将计算出的系数代回设定的二元回归方程后，即得到表示存在探头腐蚀影响的土壤湿度传感器的输入-输出关系，最后根据该输入-输出关系进行数据校准，得到探头未经使用的无偏状态下准确的湿度值；在测量模式下，即在实际测量土壤湿度时，调理单元(5)中的继电器(4)的电磁阀开关部分被到切换开关Ⅰ，使继电器(4)的电磁阀开关连接到探针单元(6)，由探针单元(6)采集土壤湿度信息，采集到的土壤湿度信息数据通过控制单元(2)的STC89C52的IO口传入控制单元(2)，控制单元(2)根据在校准模式下生成的校准曲线进行数据漂移校准，校准曲线是误差值与电压之间的函数关系，依据此校准曲线对采集到的土壤湿度数据进行数据补偿，完成土壤湿度传感器校准；实际操作中，用户只要通过控制单元(2)中的STC89C52的定时器设定定时校准时间长度为四天，设定好定时校准时间后，该土壤湿度传感器智能校准系统会定时进入校准模式，生成校准曲线后，土壤湿度传感器智能校准系统又会自动进入测量模式，在测量模式下，土壤湿度传感器智能校准系统根据校准曲线对采集到的数据进行补偿校准，得到的校准曲线是误差值-电压的关系，采集到的数据是电压-时间的关系，电压-时间关系中的电压值对应误差值-电压的误差值为补偿值，采集到的电压加上补偿值就是校准后的值，再经过AD转换得到准确的土壤湿度数据，完成土壤湿度传感器校准，最终适时获得被测土壤的湿度；当数据发生漂移时，根据校准模式中生成的校准曲线，对采集到的数据经在终端采用嵌入式二元回归分析法进行处理，得到补偿校准效果曲线，从而实现数据校准，具体操作为：首先进行实验标定，即根据大量的实验获得可靠的实验数据，再利用MATLAB软件编程处理得到的这些实验数据，计算出的二元回归方程系数，将计算出的系数代回设定的二元回归方程后，即得到表示存在探头腐蚀影响的土壤湿度传感器的输入-输出关系，最后根据该输入-输出关系进行数据校准，得到探头未经使用的无偏状态下准确的湿度值；当控制单元(2)发出测量指令，驱动单元(3)根据控制单元(2)发出的测量指令切换调理单元(5)中的继电器(4)的电磁阀开关部分到开关Ⅰ，进入测量模式，在测量模式下，即在实际测量土壤湿度时，调理单元(5)中的继电器(4)的电磁阀开关部分被到切换开关Ⅰ，使继电器(4)的电磁阀开关连接到探针单元(6)，由探针单元(6)采集土壤湿度信息，采集到的土壤湿度信息数据通过控制单元(2)的STC89C52的IO口传入控制单元(2)，控制单元(2)根据在校准模式下生成的校准曲线进行数据漂移校准，校准曲线是误差值与电压之间的函数关系，依据此校准曲线对采集到的土壤湿度数据进行数据补偿，完成土壤湿度传感器校准，在测量模式下，土壤湿度传感器智能校准系统根据校准曲线对采集到的数据进行补偿校准，得到的校准曲线是误差值-电压的关系，采集到的数据是电压-时间的关系，电压-时间关系中的电压值对应误差值-电压的误差值为补偿值，采集到的电压加上补偿值就是校准后的值，再经过AD转换得到准确的土壤湿度数据，完成土壤湿度传感器校准，最终适时获得被测土壤的湿度；实际操作中，用户只要通过控制单元(2)中的STC89C52的定时器设定定时校准时间长度为四天，设定好定时校准时间后，该土壤湿度传感器智能校准系统会定时进入校准模式，生成校准曲线后，土壤湿度传感器智能校准系统又会自动进入测量模式，完成土壤湿度传感器的校准；

上述土壤湿度传感器智能校准系统的校准方法的计算机程序是：开始→初始化系统→初始化AD采样→实测电压-电容曲线和标准电压-电容曲线均初始化为0→发出测量指令→测量土壤湿度，测得的数值加对应的校准曲线数值为准确湿度数值→是否发出校准指令→否，返回发出测量指令；是，切换继电器(4)的开关到Ⅱ→测得十二个电容对应的读数，更新实测电压-电容曲线→与内置标准电压-电容曲线对比，更新校准曲线→返回实测电压-电容曲线和标准电压-电容曲线均初始化为0或结束。