车载行进式农田土壤压实度实时测量系统

摘要

为实现农田土壤压实度实时测量，本文研制出一种嵌入式土壤压实度传感器并开发出车载行进式农田土壤压实度实时测量系统。 这种新型的土壤压实度传感器基于应变测力原理，将微型压力传感器嵌入锥体前部，物理结构与ASAE(American Society of Agricultural Engineers，美国农业工程师学会)推荐的土壤压实度测量标准极为接近，在行进过程中可直接测量锥头所受阻力。实验室标定试验结果表明，传感器输出电压与标定载荷间具有良好的线性关系，相关系数R<'2>达到了0.9992。 测量系统由嵌入式土壤压实度传感器、数据采集器和PDA组成。数据采集器以超低功耗MSP430单片机为内核，实现了土壤压实度信号的测量以及GPS信号的接收与转换，并可与PDA进行命令和数据的通讯。尤其是采用PDA作为数据处理、显示以及存储的智能终端，使得整个系统性能更加完善、可靠。 田间试验结果表明该传感器可以有效地反映农田土壤压实度的变异情况；测量系统工作性能稳定，土壤压实度测量结果与GPS地理位置信息融合后可用于生成农田土壤压实度属性图，在精细农业技术体系实践中具有市场化应用前景。

目录

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声明

第一章引言

1.1研究目的与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1圆锥指数测量研究现状

1.2.2车载式土壤压实度测量研究现状

1.2.3多变量复合测量研究现状

1.2.4农田数据采集系统研究与应用现状

1.3研究目标与内容

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

第二章土壤压实度测量方法分析与传感器研制

2.1土壤压实度测量原理与方法分析

2.1.1锥头在土壤中的受力分析

2.1.2土壤容重法

2.1.3土壤压实度电测方法

2.2嵌入式土壤压实度传感器原理与设计

2.2.1嵌入式土壤压实度传感器的整体结构设计

2.2.2弹性体及其设计原理

2.2.3应变片工作原理与转换电路

2.3嵌入式土壤压实度传感器的标定试验

2.3.1标定方法概述

2.3.2传感器标定试验设计

2.3.3传感器标定结果与分析

2.4本章小结

第三章数据采集器设计

3.1系统总体设计

3.2微处理器与放大器的选型

3.3数据采集器电路设计

3.3.1电源电路

3.3.2传感器与放大器接口电路

3.3.3通讯接口电路

3.4数据采集器软件设计

3.4.1系统的初始化

3.4.2串口1中断子程序

3.4.3 A/D中断子程序

3.4.4串口0中断子程序

3.4.5通讯协议

3.5本章小结

第四章基于PDA的数据处理软件设计

4.1 PDA的选型

4.2系统及开发平台概述

4.3 PDA的数据处理终端软件实现

4.3.1总体设计

4.3.2数据处理软件设计

4.4本章小结

第五章试验设计与结果分析

5.1数据采集器与PDA性能测试

5.2嵌入式土壤压实度传感器的田间试验

5.2.1试验准备情况

5.2.2试验方法

5.2.3试验结果与分析

5.3车载行进式土壤压实度测量系统田间初步应用

5.4本章小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2展望与建议

参考文献

致谢

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