一种新型的土壤电导率远程实时监测系统设计与制作

《一种新型的土壤电导率远程实时监测系统设计与制作 》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、一种新型的土壤电导率远程实时监测系统设计与制作刘成齐锦西北大学陕西西安710127【文章】本文设计并制作了一种可以实时在线监测土壤电导率的无线传感器系统，传感器可以长期埋藏于被监测区域的土壤中，监测土壤的电导率，反映土壤中含水量和可溶盐的多少，能够广泛的应用于农业生产、文物保护、环境监测等领域。实验结果，该装置能够在户外的应用环境下长期稳定的工作，具有精度高、响应快、功耗低、无线数字收发、不扰动原有土壤等优点。【关键词】土壤电导率；实时；无线【Abstract】Inthispaper,aade,onitoroilelectricalconductivityintheeandonl

2、ine.Sensoronitoringregionofthesoil,monitorssoilelectricalconductivityandreflectsthetrendsofsolublesaltandmoisturecontent.Thissystemcanbeentalmonitoringandsoon.Theexperimentalresultsthatthissystementofoutdoorlong-termandstability.Thissystemhastheadvantagesofhighprecision,fastresponse,loption,8

3、pt0pt"class=Pa2>【KeyARGIN:0cm8pt0pt"class=Pa2>Soilelectricalconductivity;realtime.ARGIN:11pt0cm0pt"class=Pa3>0引言土壤学的研究结果表明土壤电导率能不同程度地反映土壤中的盐分、水分、有机质含量、土壤质地结构和孔隙率等参数的大小，而这些因素恰好对农作物的生长、品质和最终的产量等起决定性作用，实时在线监测土壤电导率的大小，采取针对性的措施补充土壤中的水分、肥料、改善土壤质地结构等，对于提升作物品质、提高最终产量有较大的指导意义。目前，测量土壤电导率的方法主要有：土壤溶液的实验室

4、测量方法、利用充满盐溶液的多孔陶瓷测量土壤溶液的电导率、时域反射法、频域传输法、原位四电极法等。土壤溶液的实验室测量方法具有较高精度，但每次测量都需要人工提取土壤溶液，测试时间较长，测试成本也高，并且会多次破坏土壤结构，无法快速准确地在线检测土壤电导率的变化。KemperARGIN:11pt0cm0pt"class=Pa3>1原位四电极法测量土壤电导率原理、N、K分别为四个电极，它们之间不直接相连，将这四个电极埋入土壤后，四个电极被土壤连接导通，I为通过回路的恒定电流，只要J、K之间的电阻满足在一定的范围之内，电流就维持一个很定值，是电压采集电极，满足，根据电极结构与测量点的不同

5、，四电极法测土壤电导率可分为ARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>图1ARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa5align=center>图2Polar-dipole组态1）=NK=MN=a时：（1）2）Schlumberger组态，当JM=NK=a-b/2，JK=2a，MN=b时：（2）3）Polar-dipole组态，当四电极排列如图2时：（3）其中为土壤电导率（单位：S/m），a，b，c，d为各个电极之间的距离，恒流源电流为一很定值，通过测量M、N之间的电压差即可获得土壤电导率值。2土壤电导率远程实时监测系统2.1系统整体工作原理该系统主要包括图3所示

6、的7个模块：1）信号采集前，主要端负责采集土壤电导率信息；2）信号调理电路，四电极将土壤电导率转换成微弱的电压信号，该信号幅度小、噪声大，需要进行方法滤波处理；3）A/D转换电路，为了单片机能够识别和编码土壤电导率信号，A/D转换电路主要完成将0~3.3V之间的模拟电压转换成12位的数字信号；4）电源管理电路，受单片机控制，在需要采集信息的时候，电源管理模块接通电池与整个电路，在不采集信号时，电源管理模块断开电池与这个电路的链接，已达到节省能量的目的；5）单片机控制器，单片机负责链接无线通信模块与信号采集电路，一方面完成数字信号的编码压缩，另一方面对整个系统的电源进行管理，尽可能

7、的降低系统功耗，延长续航时间；6）无线通信模块，主要负037实验研究ExperimentalResearch电子制作责给单片机发送数据采集指令，并将来自单片机的数据传回上位机；7）上位机，对数据包进行数据解析，还原出原始的电压值大小，根据式（1）~（3）将电压值转换成电导率值，单位：S/m。图3土壤电导率无线远程监控系统整体框图2.2信号采集前端与系统工作原理图图4显示了信号采集前端的结构示意图，其中1为绝缘的塑钢材料，作为探针的主要支撑结构；3为激励电机，即在3的两端加入恒流源