土壤多参数复合传感器的研究与系统开发

发布时间：2017-04-05 09:03

  本文关键词：土壤多参数复合传感器的研究与系统开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土壤因具有肥力、能够生长绿色植物而成为农业生产的基础。土壤中的含水率、温度以及电导率是土壤的3个重要参数,直接影响着农作物的生长发育和产量。现有的传感器或者仪器对于上述3个参数大多是单一测量。由于土壤这个3个参数之间有较大的耦合作用,并且土壤存在空间异性,单一测量会存在较大偏差。论文设计了一种土壤多参数复合传感器,可以同时测量土壤的含水率、温度以及电导率3个参数。经过试验得出,土壤多参数复合传感器的性能可以与市面上常用仪器相媲美,可将本传感器应用于精细农林业中。论文从土壤含水率、温度以及电导率的测量原理出发。首先,分别介绍了传统的土壤含水率、温度以及电导率的测量方法。在众多的测量方法中,根据测量精度、测量时间、是否对人体有害、实现容易程度等多个因素,选择出最合适的测量方法。然后,本文根据已经选择好的测量方法,分别对土壤含水率、温度以及电导率传感器进行硬件设计。在完成3个部分的硬件设计以后,将所有的硬件集成起来并完成整个板子的硬件兼容以及结构兼容设计,最终完成整个土壤多参数复合传感器硬件设计。此外还设计了传感器数据采集板以及整个传感器配套的软件。最后,开展了一系列试验用于检测复合传感器的性能,包括标定试验、动态响应试验、稳定性试验、对比性试验等。试验结果表明复合传感器三输出的含水率、温度以及电导率与各自对应的真值二次线性拟合相关系数大于0.9。复合传感器对于含水率以及电导率的动态响应时间都小于1S,由于铠装铂电阻的导热问题温度响应时间约为10S；复合传感器含水率测量精度与对比仪器相比误差在±2%以内,温度测量精度与对比仪器相比误差±0.3℃以内,电导率测量精度与对比仪器相比误差3%以内；试验室内长期试验得出复合传感器可以感测到人为浇水的变化,传感器电导率与含水率的电压输出值变化趋势相反。综上所述,本文设计土壤多参数复合传感器具有良好的测量精度、稳定性,能够测量土壤中的含水率、温度以及电导率,为精细农林业提供一种可靠、实用的传感器。
【关键词】：土壤 多参数 传感器 含水率 温度 电导率
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1. 绪论7-12
• 1.1. 研究背景和意义7-10
• 1.1.1. 土壤含水率检测的国内外现状8-9
• 1.1.2. 土壤温度检测的国内外现状9-10
• 1.1.3. 土壤电导率检测的国内外现状10
• 1.2. 研究目标与研究内容10-12
• 2. 土壤多参数复合传感器的测量原理12-34
• 2.1. 土壤含水率测量原理12-25
• 2.1.1. 土壤含水率12-13
• 2.1.2. 土壤的介电常数13-14
• 2.1.3. 土壤含水率的测量方法14-24
• 2.1.4. 土壤含水率传感器频率的确定24-25
• 2.2. 土壤温度测量原理25-27
• 2.2.1. 土壤温度25
• 2.2.2. 土壤温度的测量方法25-27
• 2.3. 土壤电导率测量原理27-33
• 2.3.1. 土壤电导率27-29
• 2.3.2. 土壤电导率的测量方法29-33
• 2.4. 本章小结33-34
• 3. 土壤多参数复合传感器设计34-63
• 3.1. 土壤多参数复合传感器硬件设计34-58
• 3.1.1. 土壤含水率传感器硬件设计34-40
• 3.1.2. 土壤温度传感器硬件设计40-42
• 3.1.3. 土壤电导率传感器硬件设计42-51
• 3.1.4. 复合传感器硬件设计51-58
• 3.2. 土壤多参数复合传感器软件设计58-62
• 3.2.1. 传感器数据采集与存储58-60
• 3.2.2. 传感器与外部通讯60-62
• 3.3. 本章小结62-63
• 4. 土壤多参数复合传感器试验设计与结果分析63-77
• 4.1. 复合传感器标定试验63-66
• 4.1.1. 复合传感器含水率标定试验63-64
• 4.1.2. 复合传感器温度标定试验64-65
• 4.1.3. 复合传感器电导率标定试验65-66
• 4.2. 复合传感器动态响应试验66-68
• 4.2.1. 复合传感器含水率动态响应试验66-67
• 4.2.2. 复合传感器温度动态响应试验67
• 4.2.3. 复合传感器电导率动态响应试验67-68
• 4.3. 复合传感器稳定性试验68-69
• 4.4. 复合传感器对比实验69-72
• 4.4.1. 复合传感器含水率对比试验69-70
• 4.4.2. 复合传感器温度对比试验70-71
• 4.4.3. 复合传感器电导率对比试验71-72
• 4.5. 复合传感器室内试验72-76
• 4.5.1. 土壤多参数复合传感器采集器设计72-74
• 4.5.2. 复合传感器室内试验运行效果74-76
• 4.6. 本章小结76-77
• 5. 总结与展望77-79
• 5.1. 总结77-78
• 5.2. 展望78-79
• 参考文献79-84
• 个人简介84-85
• 导师简介85-86
• 获得成果目录86-87
• 致谢87

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