便携式土壤电导率测试系统改进设计及性能试验

摘要

土壤学研究表明土壤电导率是土壤的一个非常重要的参量。它与土壤质地、含盐量、有机物水平、阳离子交换能力、排水条件等影响作物产量的特性有着很好的相关性。因此，土壤电导率信息的获取对于确定各种田间参数空间分布的差异具有重大意义。笔者开发了基于电流—电压四端法测量原理的便携式土壤电导率测试系统，能够满足温室和田间的快速测量的需要。 本课题是在现有的便携式土壤电导率传感器的基础上进行改进设计，在原来的基础上，将直流激励信号改进成了交流信号，增加了U盘存储和GPS数据采集功能，并引入了蓝牙无线通讯系统，可以将测试结果以无线通讯方式发送到在PDA(掌上电脑)上并作显示、存储等处理。 该测试系统包括传感器电极、控制电路和基于蓝牙与PDA的无线通讯系统三部分。传感器电极由4个不锈钢探针组成，采用wenner组态，外侧电极用于向土壤中输入交流恒流激励信号，内侧电极用于检测与土壤电导率密切相关的电压降；控制电路采用AT89S52单片机作为主控芯片，将交流电压信号转换成直流信号经整流放大后做AD转换，数据计算，显示电导率，接收GPS数据并用U盘存储数据；无线通讯系统把数据通过蓝牙传给PDA，通过用EVC++软件对PDA进行编程实现PDA接收数据、显示数据、存储为文本文件和实时图形化显示测量结果功能。 通过室内试验及室外试验，标定了传感器的几何系数并推算出土壤电导率公式；检测了稳幅交流电流源的稳定度、传感器的重复性、系统的稳定性与可靠性；揭示了在土壤容积含水率变化不大时，系统所测的土壤电导率可以有效的反映土壤的含盐量。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.1.1精细农业的介绍

1.1.2土壤电导率的介绍

1.2国内外研究现状分析

1.2.1电磁感应法

1.2.2电流—电压四端法

1.2.3基于时域反射仪原理的测量方法

1.3便携式土壤电导率采集系统的介绍

1.3.1系统的硬件设计

1.3.2系统的软件设计

1.3.3系统的优缺点

1.4课题研究的目标和内容

1.4.1课题研究目标

1.4.2课题研究内容

第二章便携式土壤电导率测试系统硬件设计

2.1便携式土壤电导率测试系统硬件总体设计

2.2系统外观设计

2.2.1传感器电极设计

2.2.2系统外形设计

2.3传感器控制电路设计

2.3.1传感器激励源设计

2.3.2传感器输出信号调理电路设计

2.3.3直流电压转换电路

2.3.4 AD转换电路设计

2.3.5控制单元电路设计

2.3.6数码显示电路设计

2.3.7串口电平转换电路设计

2.3.8 U盘存储电路设计

2.4基于蓝牙与PDA的无线通讯系统硬件设计

2.4.1蓝牙的介绍

2.4.2蓝牙模块的介绍

2.4.3 PDA的选用

2.5本章小结

第三章便携式土壤电导率测试系统软件设计

3.1系统软件功能分析

3.2控制单元软件设计

3.2.1主程序设计

3.2.2系统初始化程序设计

3.2.3 AD转换程序设计

3.2.4数据处理程序设计

3.2.5数码显示程序设计

3.2.6 GPS数据接收程序设计

3.2.7 U盘存储文件程序设计

3.2.8中断服务程序设计

3.3本章小结

第四章基于蓝牙与PDA无线通讯系统软件设计

4.1 PDA软件系统功能分析

4.2 PDA编程的软件介绍

4.2.1 PDA的开发环境Windows CE介绍

4.2.2 PDA的开发软件Embeded Visual C++介绍

4.3软件系统总体设计方案

4.4程序分模块设计

4.4.1系统启动界面

4.4.2主程序模块

4.4.3接收数据模块

4.4.4数据库模块

4.4.5绘图模块

4.4.6帮助界面

4.4.7系统版本提示和其它界面

4.5本章小结

第五章系统性能试验与分析

5.1基本概念介绍

5.2试验材料与方法

5.2.1试验仪器与材料

5.2.2电导率检测仪DDB-303A的主要技术性能

5.2.3土壤浸提液分析法

5.3传感器性能试验

5.3.1交流恒流源稳定度试验

5.3.2传感器几何系数的测定

5.3.3传感器的重复性试验

5.4室内试验

5.4.1土壤电导率与含盐量的关系探讨

5.4.2土壤电导率与含水量的关系探讨

5.4.3无线通讯系统测试实验

5.5田间试验

5.5.1土壤电导率推算公式检验

5.5.2电极插入不同深度时土壤电导率与容积含水量的关系探讨

5.5.3土壤电导率与压实程度的关系探讨

5.6本章小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢

作者简介