基于近红外技术的土壤成分含量检测系统的研究

摘要

精准施肥作为现代精准农业的一个重要组成部分，要求能根据不同地区、不同土壤类型以及土壤中各种养分的盈亏情况和作物类别，将氮、磷、钾和多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配方，从而做到有目的地科学施肥。而精确施肥的前提是对土壤成分含量的准确测定。 土壤的常规分析在化学实验室进行，分析周期长、成本高，并且很多分析仪器由于体积大而不便移动。近红外光谱技术具有多组分同时分析、分析速度快和无需化学处理等突出特点，可以实现土壤成分含量的快速测量。本文设计了一种基于近红外技术的土壤成分快速检测系统，以实现土壤中全氮和有机质含量的田间快速准确的测量。 研究内容主要包括： (1)研究采用近红外光谱技术实现土壤成分含量田间快速测量的可行性。 (2)在实验的基础上，建立近红外光谱预测土壤中有机质和全氮含量的校正模型，用此模型实现近红外光谱技术测量土壤中有机质和全氮的含量。 (3)对土壤成分含量检测系统进行硬件设计。硬件设计包括光路与电路两部分。系统的光路采用光栅分光的单光路结构，系统的电路通过微弱信号检测技术实现光谱数据的采集。 (4)对检测系统进行整体的软件设计。其中包括对系统零点校正、步进电机的驱动、数据采集、数据的平滑和导数处理等。

目录

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第1章绪论

1.1课题背景

1.2国内外精准农业发展概况

1.3国内外研究历史及现状

1.4论文的主要内容和结构安排

第2章土壤近红外测定的基本原理

2.1近红外吸收光谱的产生

2.2近红外分析的化学基础

2.3近红外分析的物理基础

2.4近红外光谱分析技术

2.4.1近红外透射光谱技术

2.4.2近红外反射光谱技术

2.5近红外光谱技术的特点

2.6本章小结

第3章校正模型的建立

3.1近红外光谱分析的流程

3.2土壤样品的采集与处理

3.3土壤的吸收光谱及预处理

3.3.1土壤中全氮的近红外光谱分析

3.3.2土壤中有机质的近红外光谱分析

3.4误差分析

3.5本章小结

第4章系统的硬件设计

4.1系统总体设计思路

4.2光路设计

4.2.1光源

4.2.2光源的驱动电路

4.2.3分光系统

4.2.4波长控制驱动设计

4.3测量放大电路

4.3.1前置放大器的设计

4.3.2锁定放大器

4.4显示单元

4.5电源

4.6微控制器处理单元

4.7本章小结

第5章系统的软件设计

5.1概述

5.2 MSP430集成开发环境简介

5.2.1 C-SPY硬件仿真调试

5.2.2 C-SPY软件模拟调试

5.3软件实现功能

5.4系统主程序

5.5部分子程序流程图

5.5.1数据采集子程序

5.5.2波长驱动控制子程序

5.5.3数据处理子程序

5.6显示子程序

5.7本章小结

第6章实验分析

6.1系统光谱数据测量

6.2系统误差分析

6.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介