农田相对土壤湿度检测技术研究
发布时间：2020-08-01 17:22
【摘要】：随着淡水资源的不断紧张和稀缺,合理有效的利用好水资源已成为农业灌溉技术的一个重点话题。在我国,农业灌溉用水占淡水使用量比例很大一部分,且据有关数据显示,节水灌溉技术可以有效节水30%~60%,鉴于此,借助于先进的技术实现使现代农业信息化、自动化、网络化,推行自动化灌溉系统、发展节水灌溉技术势在必行[1]。相对土壤湿度作为农业自动化灌溉技术中的一个关键指标,已成为当前农田领域研究的热点问题。为了快速检测土壤湿度,本文对比了国内外现阶段使用最广泛的频域法、时域法、中子法、电阻法、驻波法等检测方法,并综合分析了这些不同方法的利弊,提出电容值检测土壤湿度的优势和可行性。本文是基于“成都***有限公司”自主开发的“植物生长智能管控系统”中的相对土壤湿度检测与灌溉子系统。本文对田间自动化管控方法进行了比较系统的研究,对田间智能气象系统和ZigBee无线传输作了一定的探讨。在模型选择上,对比了Topp、Jacosen、Malicki、Dobson等著名的经验或理论模型,将通用模型进行改进,使之适用于土壤电特性参数采集和计算。本文以农业灌溉的实际意义为出发点,经过对单频、双频信号源利弊的探讨,选定以双频作为采集土壤参数的信号源,着重研究了相对土壤湿度30%-100%范围内土壤容值与相对土壤湿度的相关性;在原理上,采用电容法作为检测土壤湿度的理论依据;在单元电路设计上,通过对通用改进模型电路的等效处理,推算出高、低频通路单元参数,并对电源转换模块和温度采集模块给予研究和详细的设计分析。在数据拟合上,通过对大量的试验和数据处理,构建了相应的土壤湿度与电容值回归方程,并对线性拟合、多项式拟合和对数拟合的精度和使用范围等进行了客观的分析和探讨,最终选用对数拟合作为湿度转换的回归方程。文章最后将电容湿度检测仪与当前使用非常广泛的频域水分检测仪进行综合性试验对比,分析了电容法在精度上的优缺点,并将综合平均误差控制在3%以内,完全符合农业灌溉对湿度检测仪的技术要求(5%)。本文考虑温度补偿算法对试验结果的影响,符合农作物种植在不同季节温差导致的测量偏差的实际情况,并给出了相对土壤湿度温度补偿算法公式。本文中的在线式土壤检测仪具有实用性高、可移植性强、低成本、高稳定性等,为农业自动化灌溉中的湿度检测提供了一定参考文本。而本设计的不足之处是较低湿度时的绝对误差较大,原因可能是由于低湿度条件下电容量较小,土壤中的电阻参量占主导作用,而电阻率受矿物质含量、金属含量、盐度等影响较大。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S152.71
【图文】：
图 2-2 田间智能气象系统该系统可通过参数设置对植物生长情况进行相应的最佳设置，使相应的植物在最佳生长环境下生长；采集控制可设置采集数据的频率；数据获取相当于中断控制，可手动或机械的对数据进行获取；数据显示可将采集的数据以图像的形式显示在 PC 机或智能气象站系统中；执行设备控制机电控制器实施相应施肥、灌溉、补光等动作；自动报警系统为气象出现紧急情况所产生的报警系统。如图 2-3 所示为农田智能气象系统工作原理，图中，无线传输模块可根据通讯距离分为短距离、中距离、远距离三种无线传输方式，经过考察最后选定ZigBee网络作为无线传输模块。信息采集系统包括雨量测量、风速检测、风向检测、光照采集、气压检测、土壤含水量检测、空气湿度检测、土壤 PH 值检测、空气温度检测、土壤湿度检测以及今后的土壤养分检测和水培含氧量检测等。
112.3 终端控制器手动控制时，当点击控制键，PC 机收到命令后，将发送控制指令，并等待响应，如果此时终端控制器收到数据后，马上响应成功，则 PC 机指示操作成功。这个操作动作速度是不由 PC 机控制的（每点一次操作，PC 机只发一次命令）。如果中断控制器来不急处理，可以不用发应答信息，此时 PC 机将以黄色取待操作键，直到下次轮询时，如果操作成功，则指示操作成功。需要定时控制的设备采用双电源供电，初始由总线管理控制，节点运行后由自身定时控制，有效时间内可以远程控制关闭设备。这样有助于产品绿色节能化，并保证每个设备不会失控。也可以由总线一直供电控制。整个系统采用巡检模式，设备采集控制终端节点理论上是可以无穷数。但实际是需要功率支持，所以一般是小功率控制（1.5A 以下），多条分时控制，每条
图 2-5 总线分配器原理光照传感器，CO2传感器，土壤传感器等检测电路每隔 20s-30s 采集一，并将数据显示在 LED 上。当采集的数值超过或者低于标准规定的植物最佳值，PC 机通过接收到的数据进行相应的处理。例如小麦的生长湿度 75%左右为最佳，当湿度低于 60%不利于小麦的生长，那么当湿度低于，PC 机控制土壤机电控制器，从而进行水补偿；反之，但湿度大于 90%于小麦的生长，水泵停止工作；当湿度大于 95%甚至更高时，发生洪涝，此C 机指挥水泵进行抽水动作以保护小麦的合理生长环境。.5 ZigBee 无线网.5.1 ZigBee 特点ZigBee 协议栈标准采用的是 OSI 的分层结构[44]，Zigbee 技术不仅具有、低功耗、低速率、低复杂度的特点；而且具有可靠性高，组网简单、灵
本文编号：2777767
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S152.71
【图文】：
图 2-2 田间智能气象系统该系统可通过参数设置对植物生长情况进行相应的最佳设置，使相应的植物在最佳生长环境下生长；采集控制可设置采集数据的频率；数据获取相当于中断控制，可手动或机械的对数据进行获取；数据显示可将采集的数据以图像的形式显示在 PC 机或智能气象站系统中；执行设备控制机电控制器实施相应施肥、灌溉、补光等动作；自动报警系统为气象出现紧急情况所产生的报警系统。如图 2-3 所示为农田智能气象系统工作原理，图中，无线传输模块可根据通讯距离分为短距离、中距离、远距离三种无线传输方式，经过考察最后选定ZigBee网络作为无线传输模块。信息采集系统包括雨量测量、风速检测、风向检测、光照采集、气压检测、土壤含水量检测、空气湿度检测、土壤 PH 值检测、空气温度检测、土壤湿度检测以及今后的土壤养分检测和水培含氧量检测等。
112.3 终端控制器手动控制时，当点击控制键，PC 机收到命令后，将发送控制指令，并等待响应，如果此时终端控制器收到数据后，马上响应成功，则 PC 机指示操作成功。这个操作动作速度是不由 PC 机控制的（每点一次操作，PC 机只发一次命令）。如果中断控制器来不急处理，可以不用发应答信息，此时 PC 机将以黄色取待操作键，直到下次轮询时，如果操作成功，则指示操作成功。需要定时控制的设备采用双电源供电，初始由总线管理控制，节点运行后由自身定时控制，有效时间内可以远程控制关闭设备。这样有助于产品绿色节能化，并保证每个设备不会失控。也可以由总线一直供电控制。整个系统采用巡检模式，设备采集控制终端节点理论上是可以无穷数。但实际是需要功率支持，所以一般是小功率控制（1.5A 以下），多条分时控制，每条
图 2-5 总线分配器原理光照传感器，CO2传感器，土壤传感器等检测电路每隔 20s-30s 采集一，并将数据显示在 LED 上。当采集的数值超过或者低于标准规定的植物最佳值，PC 机通过接收到的数据进行相应的处理。例如小麦的生长湿度 75%左右为最佳，当湿度低于 60%不利于小麦的生长，那么当湿度低于，PC 机控制土壤机电控制器，从而进行水补偿；反之，但湿度大于 90%于小麦的生长，水泵停止工作；当湿度大于 95%甚至更高时，发生洪涝，此C 机指挥水泵进行抽水动作以保护小麦的合理生长环境。.5 ZigBee 无线网.5.1 ZigBee 特点ZigBee 协议栈标准采用的是 OSI 的分层结构[44]，Zigbee 技术不仅具有、低功耗、低速率、低复杂度的特点；而且具有可靠性高，组网简单、灵
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 余杨,王穗,余艳玲;土壤表层水分含量测定方法[J];云南农业大学学报;2004年02期
相关硕士学位论文 前1条
1 刘骏;基于WSN信息共享的土壤水分检测方法研究[D];江苏大学;2010年
本文编号：2777767
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