保护性耕作融冻期土壤环境测量装置研究

发布时间：2020-05-08 09:17

【摘要】：保护性耕作是保护环境、提高土壤质量的现代化耕作模式,而土壤环境各指标测量对指导农作物种植和农业生产具有重大意义。目前,土壤环境参数测量的方法和装置有很多,但是针对保护性耕作农用地的土壤环境参数测量装置较少。而适用于保护性耕作在融冻期的土壤环境参数的测量装置就更奇缺了。本文针对上述问题,设计了一套可用于保护性耕作融冻期的土壤环境参数测量装置。该装置综合运用传感器技术、无线通信技术和嵌入式测控技术等多种技术,在硬件开发设计中构建了冻土厚度监测、土壤温度监测和土壤湿度监测等模块实现了保护性耕作土壤环境参数的实时监测。本文的主要研究内容和取得的成果如下:(1)在综合分析土壤参数测量装置国内外研究现状的基础上,确定了保护性耕作土壤参数测量装置总体设计方案,并对装置的相关关键性技术进行了研究。(2)本文对装置的软硬件进行了合理设计。装置以嵌入式芯片STM32作为土壤参数采集终端核心处理器,根据空气、水、冰以及固态土壤的电导率存在差异来实现冻土厚度信息的实时采集,运用土壤水分传感器、地温测量传感器实现了土壤含水率和土壤温度等参数的测量。该装置设计中,以GPRS DTU模块作为土壤环境参数采集终端和远程服务器的无线通信连接设备,实现了土壤环境基本参数的远程传输、远程监测以及远程存储等功能。(3)基于VB和Access技术开发了一套远程监测管理系统——保护性耕作土壤环境参数监测系统。该系统采用DAO(Data Access Objects)技术访问Access数据库,运用TCP/IP协议来实现数据网络传输,具有多个功能界面,可以实现土壤参数远程实时监测、历史存储数据查询与分析、数据报表生成等多种功能。(4)分别开展了等效电阻传感器测量试验、系统通信测试试验以及田间测试试验。试验结果表明,本文设计利用等效电阻测量法测量冻土厚度方法比热电偶温度计测量法、冻深管测量法具有更高的测量精度和准确率;本文设计的装置运行性能稳定,远程通信质量安全、可靠,远程监测管理系统能够实时监测土壤参数信息,并对其储存分析,所用传感器完全可以满足数据测量的精度要求,装置可以满足远程监测的具体要求,具有很高的实用价值。
【图文】：

框图,系统总体结构,框图,土壤环境

第二章融冻土壤的环境监测装置总体方案设计方案设计科学技术的进步，越来越多的土壤环境检测系统被广大学者、工厂、研究员用，为现代化农业的发展带来了新的模式，但针对保护性耕作农用地的土壤装置较少，而适用于保护性耕地在融冻期的土壤参数测量装置就更奇缺了下本文提出了一种适用于保护性耕地在融冻期的土壤环境参数测量装置。题研究的保护性耕作土壤环境测量装置，包括土壤参数采集终端和远程服务两大部分，如图 2.1 所示。

曲线,导电特性,曲线

如欧洲科学家发明的激光测冰层厚度传感器，，在度可达 0.1mm。人工测量法是指人为的在冻土上凿出一个纵厚度。该方法测量较为直接，测量精度较高，但存在劳动力强点测量。基于介质物理特性差异测量法，是根据空气、固态土来实现冻土厚度测量，如崔丽琴、秦建敏等人应用同平面多电度检测[48]。效电阻传感器用来测量保护性耕作融冻期的冻土厚度，该测量及固态土壤的电导率存在差异来实现测量的。研究表明，自等）均含有导电离子，在常温下是导电的，且随着温度降低，升高，一般其电阻值在几十欧姆到几百 K 之间变化。在零下很大，以致于不少学者将其视为绝缘体处理。但相关学者研究（0～-20℃）依然存在导电能力，由于相对于水表现较为微弱 2.2 试验所得的冰导电特性曲线。该图表明在一定温度范围内而升高[49-50]。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP274;S152

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