播种行土壤实度测量系统的开发

摘要

土壤紧实度，又叫土壤硬度或者土壤穿透阻力，是土壤抵抗外力的压实和破碎的能力。普遍采用贯入法进行测定，将测量针匀速地压入土壤，用测量针压入土壤时的压强表示（单位为Pa）。紧实度是土壤重要的物理特性，它通过影响土壤的通气性、透水性、养分的形态及其转化，直接或间接地决定土壤中的孔隙、肥、水、热、气等状况，对作物根系对土壤中养分和水分的吸收利用造成影响，关系着农作物的生长发育乃至最终的产量。因此，土壤紧度的测量及其应用一直是相关学术领域的关注重点。长期以来，人们对土壤紧实度的研究做了不少的工作，但是土壤紧实度与土壤其它理化性状的关系并没有完全搞清，各种作物生长的最适宜土壤紧实度范围是很模糊的。可以说在此基础上所采取的一些耕作措施，在一定程度上是盲目的。因此，探讨土壤紧实度问题，对于合理安排耕作栽培措施，达到省工、省时、高产、高效的目的有着十分重要的意义。而国内外生产的土壤紧实度计都是单针的、手动操作的，不便于研究播种行紧实度的分布;国外研究的车载式多探针微贯入土壤紧实度测量系统，未结合播种行的轮廓进行分析，并且与手动操作的测量装置相同的是，采用液压系统控制，将测量针压入土壤的速度并不能保持匀速。本文旨在开发一套测量播种行截面上土壤紧实度分布的系统，采用电机控制，既能精确测量播种行的轮廓，又能测量该轮廓的土壤紧实度的分布，以便于相关领域的学者对播种行土壤紧实度分布对作物生产的影响进行研究和评价。
　　论文主要研究内容包括:
　　1、分析了国内外对土壤紧实度测量的研究情况，掌握了土壤紧实度分布测量研究方法，讲述了土壤紧实度分布的重要性及意义;
　　2、通过对国内外土壤紧实度测量方法的深入分析，制定了结合播种行轮廓研究土壤紧实度分布的总体设计方案;
　　3、完成播种行轮廓测量模块和播种行土壤紧实度分布测量模块的方案设计，对于控制模块，用PLC作为控制器并进行二次开发，在上位机编写了基于C＃的人机交互界面，实现对传感器数据的采集、处理和存储以及与下位机的PLC通信以控制系统运转;
　　4、利用播种行土壤紧实度测量系统在室内进行测试实验，结合测量的土壤紧实度和播种行轮廓完成土壤紧实度分布的绘制，并将经过处理的数据保存到指定文件中，长期存储。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 技术路线

1．4 论文研究内容

1．5 本章小结

第二章 播种行土壤紧实度测量系统方案设计

2．1 测量原理

2．1．1 播种行轮廓测量原理

2．1．2 播种行土壤紧实度测量原理

2．2 播种行土壤紧实度测量系统主要组件的确定

2．2．1 测距传感器

2．2．2 压力传感器

2．2．3 A／D转换器

2．2．4 控制器

2．2．5 步进电机驱动器

2．3 播种行土壤紧实度测量系统总体方案设计

2．4 本章小结

第三章 播种行土壤紧实度测量系统硬件设计

3．1 系统硬件设计分析

3．2 PLC控制器I／O口分配

3．3 PLC与上位机通信

3．4 电源模块设计

3．5 本章小结

第四章 播种行土壤紧实度测量系统软件设计

4．1 上位机软件设计

4．1．1 人机交互界面的设计

4．1．2 串口通信的设计

4．1．3 数据处理

4．2 PLC软件设计

4．2．1 系统软件开发环境

4．2．2 PLC与上位机自由通信设计

4．2．3 限位开关触发程序设计

4．3 本章小结

第五章 系统实验研究

5．1 传感器校准

5．1．1 激光测距传感器校准

5．1．2 压力传感器校准

5．2 大田实验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表学术论文