表层土壤水分与紧实度复合测量系统研发
发布时间：2023-08-06 12:32
农田土壤的水分和紧实度是农作物生长过程中的两个重要参数,而表层(0～5cm)土壤水分和紧实度是影响雨水入渗、种子发芽、破土率的重要因素。当前土壤水分和紧实度传感器采用插入式测量探针结构,只能测量一定深度以下的土壤水分和紧实度。该研究针对表层土壤测量中水分和紧实度的测量需要,研制了表层土壤水分与紧实度复合测量系统,包括传感器研制和数据采集显示平台设计,最终实现表层土壤容积含水率、质量含水率、容重三个参数测量。该文的研究内容及创新点如下:该研究根据土壤介电理论,采用FD(Frequency Domain)定频阻抗测量法,设计表贴式平行电极探针以及土壤水分测量传感器,完成对表层土壤容积含水率的测量。通过一系列的土壤水分标定、灵敏度试验,传感器输出和容积含水率之间的线性拟合确定系数R2达到0.9337,均方根误差RMSE为0.028。从土壤紧实度定义入手,采用平板下压法,设计土壤紧实度传感器,获取表层土壤紧实度信息。建立出表层土壤机械阻力、土壤水分、容重之间的耦合模型,根据测量数据,得到模型参数,解析出表层土壤质量含水率和土壤容重数据。经过试验验证,该研究的复合测量系统对土壤质量含水率预测决定...
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
1.1. 研究背景及意义
1.2. 土壤水分与紧实度测量的研究现状
1.2.1. 国内外土壤水分测量的研究现状
1.2.2. 国内外土壤紧实度测量的研究现状
1.2.3. 国内外复合测量的研究现状
1.3. 研究目标与内容
1.3.1. 研究目标
1.3.2. 研究内容
2. 表层土壤水分与紧实度复合测量理论基础
2.1. 土壤水分相关概念
2.1.1. 土壤水分形态分类
2.1.2. 土壤含水率分类
2.2. 表层土壤水分测量方法
2.2.1. 土壤介电理论
2.2.2. 土壤—探针等效阻抗模型
2.2.3. 土壤—探针等效阻抗变换
2.3. 土壤紧实度描述指标
2.4. 表层土壤紧实度测量方法
2.4.1. 土壤力学性质
2.4.2. 土壤含水量对土壤紧实度的影响
2.5. 表层土壤水分与紧实度复合测量理论分析
2.6. 本章小结
3. 复合测量系统传感器设计
3.1. 传感器硬件及机械结构设计方案
3.1.1. 硬件设计方案
3.1.2. 机械结构设计方案
3.2. 表层土壤水分传感器电路
3.2.1. 振荡及检波电路
3.2.2. 放大调理电路
3.3. 表层土壤紧实度传感器电路
3.3.1. 压力传感器电路
3.3.2. 容栅位移传感器电路
3.4. 微处理器控制及外围模块电路
3.4.1. 最小系统电路
3.4.2. 供电及电源电路
3.4.3. 参考电压电路
3.4.4. 日历定时电路
3.4.5. 存储芯片电路
3.4.6. 蓝牙通信电路
3.5. 本章小结
4. 复合测量系统软件设计
4.1. 传感器控制软件设计
4.1.1. 传感器主程序设计
4.1.2. 通讯协议软件设计
4.1.3. AD数据采集软件设计
4.1.4. 各工作模式软件设计
4.2. PC端数据采集显示平台软件设计
4.2.1. 实时曲线显示界面
4.2.2. 采集功能界面
4.3. Android端数据采集显示平台软件设计
4.3.1. 实时曲线显示界面
4.3.2. 采集功能界面
4.4. 本章小结
5. 表层土壤水分与紧实度复合测量试验设计与结果分析
5.1. 土壤水分传感器试验
5.1.1. 灵敏度试验
5.1.2. 标定试验
5.2. 土壤紧实度传感器试验
5.3. 表层土壤水分与紧实度复合测量试验
5.3.1. 复合测量按压试验
5.3.2. 复合测量结果分析
5.4. 本章小结
6. 总结与展望
6.1. 总结
6.2. 展望
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录
致谢
本文编号：3839430
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
1.1. 研究背景及意义
1.2. 土壤水分与紧实度测量的研究现状
1.2.1. 国内外土壤水分测量的研究现状
1.2.2. 国内外土壤紧实度测量的研究现状
1.2.3. 国内外复合测量的研究现状
1.3. 研究目标与内容
1.3.1. 研究目标
1.3.2. 研究内容
2. 表层土壤水分与紧实度复合测量理论基础
2.1. 土壤水分相关概念
2.1.1. 土壤水分形态分类
2.1.2. 土壤含水率分类
2.2. 表层土壤水分测量方法
2.2.1. 土壤介电理论
2.2.2. 土壤—探针等效阻抗模型
2.2.3. 土壤—探针等效阻抗变换
2.3. 土壤紧实度描述指标
2.4. 表层土壤紧实度测量方法
2.4.1. 土壤力学性质
2.4.2. 土壤含水量对土壤紧实度的影响
2.5. 表层土壤水分与紧实度复合测量理论分析
2.6. 本章小结
3. 复合测量系统传感器设计
3.1. 传感器硬件及机械结构设计方案
3.1.1. 硬件设计方案
3.1.2. 机械结构设计方案
3.2. 表层土壤水分传感器电路
3.2.1. 振荡及检波电路
3.2.2. 放大调理电路
3.3. 表层土壤紧实度传感器电路
3.3.1. 压力传感器电路
3.3.2. 容栅位移传感器电路
3.4. 微处理器控制及外围模块电路
3.4.1. 最小系统电路
3.4.2. 供电及电源电路
3.4.3. 参考电压电路
3.4.4. 日历定时电路
3.4.5. 存储芯片电路
3.4.6. 蓝牙通信电路
3.5. 本章小结
4. 复合测量系统软件设计
4.1. 传感器控制软件设计
4.1.1. 传感器主程序设计
4.1.2. 通讯协议软件设计
4.1.3. AD数据采集软件设计
4.1.4. 各工作模式软件设计
4.2. PC端数据采集显示平台软件设计
4.2.1. 实时曲线显示界面
4.2.2. 采集功能界面
4.3. Android端数据采集显示平台软件设计
4.3.1. 实时曲线显示界面
4.3.2. 采集功能界面
4.4. 本章小结
5. 表层土壤水分与紧实度复合测量试验设计与结果分析
5.1. 土壤水分传感器试验
5.1.1. 灵敏度试验
5.1.2. 标定试验
5.2. 土壤紧实度传感器试验
5.3. 表层土壤水分与紧实度复合测量试验
5.3.1. 复合测量按压试验
5.3.2. 复合测量结果分析
5.4. 本章小结
6. 总结与展望
6.1. 总结
6.2. 展望
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录
致谢
本文编号：3839430
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