基于CC1010的土壤水分无线监测系统的设计

针对传统土壤水分监测难以布线、抗干扰性能差等缺点,基于CC1010结构简单、易于扩展、功耗低、成本低的优点,设计了基于CC1010的土壤水分无线监测系统,阐述了系统的软硬件设计。该系统结构简单、易于扩充、稳定性高,为短距离无线数据通信提供了一种实用的方案。     

土壤水分监测与灌溉预报系统设计

土壤水分监测与灌溉预报是实现作物适时适量灌溉的基础。提出了一种新的土壤水分监测与灌溉预报系统,依据实时采集的数据信息,判断作物用水情况,采用智能方法,建立高准确度土壤墒情与灌溉预报的模型,实现作物用水信息实时管理。     

土壤水分运动参数的确定及其灵敏性能分析

土壤水分运动参数是利用Darcy—Richards方程定量研究土壤水分运动的基础。本文对主要土壤水分运动参数之一的水分特征曲线的拟合提出了一整套计算速度快、收敛性能好的联合计算方法和计算程序;并对土壤水分特征曲线以及由其推导出的土壤导水率的灵敏性能进行了大量的理论分析,对其精度也结合试验进行了分析研究。     

管式土壤水分传感器探头的研制

设计了一种基于电场边缘效应的管式土壤水分传感器。为了研究圆环电极几何结构对水分传感器灵敏度及有效测量范围的影响,采用有限元分析软件Maxwell分析了不同参数组合下探头的电场分布和电容变化,得到了传感器探头最优结构参数组合。试验表明:优化后的土壤水分自制传感器测量值与传统烘干法测量值对比,两者决定系数R2=0.997 6,最大绝对误差为1.60%,提高了传感器的测量精度,可应用于农业生产实践中。     

管式土壤水分传感器的性能测试

为了测量同一位置不同深度剖面的土壤水分,设计了一种基于驻波原理(SWR)的管式土壤剖面水分传感器,详细介绍了土壤水分传感器的工作原理和传感器的组成结构,并对传感器技术特性进行了深入的试验研究。在实验室用称重拌土法制作系列标准土柱,将传感器的测量值与称量计算的标准值进行比较,试验结果表明,SWR原理的管式土壤水分传感器在表层10cm以下测量时具有较高的测量精度,误差极限小于±2%(cm3/cm3);具有很好的重复性,重复性误差小于1%(cm3/cm3);验证了传感器测量的体积范围在围绕探头的直径150mm的圆柱体内。     

基于太阳能的无线土壤水分传感器的研制

为实现土壤水分的自动检测与无线传输,采用电场法检测土壤质量含水率,利用Zigbee技术构建无线传感网络实现数据传送。利用太阳能电池收集太阳能并存储于锂电池中,实现对系统供电。通过合理的充放电管理,能有效地延长锂电池寿命。试验结果表明,该传感器能够实现0～30%间的土壤质量含水率的测量,相对误差小于10%。利用Zigbee模块及MiWi(TM)协议栈构建星形网络能实现数据无线传输。当节点发射功率为1 mW时,在无阻挡条件下可靠传输距离为30 m,在有农作物遮挡时,可靠传输距离为10 m左右。在1 h采集发送     

基于电容法的非接触式土壤水分传感器设计与性能分析

针对接触式土壤水分传感器存在对土体破坏大及使用安装、更换困难等问题,设计了一种基于电容法的非接触式土壤水分传感器。借助网络矢量分析仪对传感器环形探头在不同介电常数的有机溶液中进行测量,确定了传感器环形探头电容变化范围为7.08~22.75 p F。选取11种不同电容值高频瓷片分别与102 n H的绕线电感进行并联谐振试验,得到的测试结果与仿真结果的决定系数达到了0.98,检测电路的测量精度能够满足传感器的设计要求。以北京地区粘壤土作为测试样本,对传感器输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数达到了0.995 9,系统的稳态与动态性能均能满足土壤水分的检测要求。通过试验分析了温度对传感器输出的影响,将传感器输出结果与温度进行线性拟合,决定系数达到了0.987 9。进一步提出了能量指数Ka,通过试验的方式确定了传感器的纵向影响范围为10 cm,横向影响范围为5 cm。最后对比试验表明,所设计的土壤非接触式水分传感器与国外同类产品性能相当,能够满足土壤非接触式测量的要求,但具有更高的性价比,为同类产品的国产化奠定了基础。     

基于GSM的土壤水分监测与决策支持系统

提出了一种基于GSM的土壤水分监测与决策支持系统解决方案.系统采用FLASHFLEX51系列单片机、TC35I无线传输模块和传感器等组成数据采集终端.所采集数据经GSM网络传至监控中心,并经决策支持系统(DSS)将决策结果以SMS短信形式发送到用户手机上.系统为实现大范围和多测点无人值守农田的灌溉科学决策提供了一种行之有效的方法.     

一种土壤水分传感器性能测试的方法及应用

针对目前土壤水分传感器室内标定时很难得到含水率均匀的土样,设计了一种试验装置和测试方法。通过一系列室内试验,对3种土壤水分传感器进行了测试和标定。结果证明,这种方法对于短探针土壤水分传感器的标定切实可用,同一种传感器在不同质地土壤中标定曲线不同,给出了3种传感器在砂土、壤土、粘土中的标定曲线,并分别从线性度、敏感度、稳定性等方面对3种土壤水分传感器进行了分析比较。     

基于LoRa的花生土壤水分监测系统设计与试验

花生的需水量根据不同生长阶段和环境条件而不同,开花期和结荚期需水量较多,而土壤水分含量会直接影响花生生长的水分供给,从而影响花生产量和品质.为了及时监测大田花生生长土壤水分状况,减小恶劣天气造成的影响,设计了一套基于LoRa的花生土壤水分监测系统.测试结果表明:在终端节点与网关相距800m远时,通信成功率可达94％以上...     

尿素对土壤水分传感器测量精度的影响

土壤水分的精准测量对节水灌溉、墒情监测、水肥一体化等领域具有重要意义,土壤氮含量会影响水分传感器的测量。为了消除这种影响,设计了不同尿素质量对不同水分含量土壤样本的监测实验,采用高灵敏度水分传感器并对尿素干扰下的输出电压进行监测,通过称重法监测土壤样本的含水率,使用LCR电桥测试仪监测土壤样本的电容和电阻。为了研究氮含量影响水分测量的机理,根据实验数据建立了三元三次多项式、BP神经网络、深度学习3种预测模型,并对预测结果进行误差分析。结果表明,相同土壤含水率条件下,尿素质量与土壤水分传感器输出值呈周期性的振荡关系。3种预测模型的平均绝对误差分别为0.77%、0.64%、0.75%,BP神经网络模型有98%误差集中在0~2%区间,误差峰值仅为2.07%,确立BP神经网络模型为最佳抗尿素干扰水分预测模型。     

基于GSM模块的土壤水分远程监测系统设计

介绍了一种利用GSM网络对土壤水分含量数据进行传输和监测的系统。利用GSM无线通信模块可以实时动态地采集数据,将其以SMS方式快速准确地传递至监测中心,并进行相应的数据处理和反馈,同时用户终端还可通过GSM模块的SMS功能对上述数据进行查询和控制。该系统还结合TDR技术,能够快速、准确地测定土壤水分含量。经系统模拟运行,达到了预期目标,可以在相关的试验和研究中得到使用和推广。     

基于红边参数的枸杞土壤水分反演模型研究

为了快速准确地诊断枸杞水分需求,利用地物光谱仪实测枸杞关键生育期不同灌溉水平的叶片反射高光谱数据,应用光谱一阶微分方程,获取枸杞微分光谱680～760 nm波段的红边参数,分析红边位置λre、红边面积Sdre、红边振幅Dλre、红边偏度Dλre和红边峰度Kλre在不同处理下的变化,探讨了不同生育期内土壤水分与红边参数的相关性.结果表明,同一生育期内红边位置不会随着灌溉水平变化而发生偏移,各处理同一生育期内红边位置基本相同;土壤水分在枸杞休眠期和开花期与红边偏度相关性最好,在新梢开花期与红边峰度的相关性最好,展叶期与红边面积的相关性最好,选择各生育期与土壤水分相关性最好的红边参数建立水分估算反演模型,反演方程分别为休眠期:Y=151.581 X-261.325 X2-3.169;开花期:Y=e(1.748-0.016/X);新梢开花期:Y=e(-28.786-44.35/X);展叶期:Y=82.116 X-116.648 X2+13.037.     

EC-5土壤水分传感器温度影响机理及补偿方法研究

针对EC-5传感器温度实验中出现的两种截然不同现象,根据温度对土壤介电常数和电导率影响的机理分析,建立土壤水分传感器测试结果随温度变化的理论模型。通过对模型的仿真分析发现,EC-5传感器测得的土壤水分含量随温度变化的趋势与土壤电导率密切相关。利用最小二乘支持向量机对传感器的温度实验数据建立补偿函数并提出相应补偿算法,有效地抵消了温度变化造成的传感器测试误差。     

基于迁移学习的FDR土壤水分传感器自动标定模型研究

针对频域反射技术(FDR)传感器人工标定数据拟合误差大的问题,引入其他地区数据作为辅助数据,建立了基于迁移学习的自动标定模型。该模型将FDR目标使用地点采集的数据作为源域数据,结合辅助数据与少量源域数据,使用TrAdaBoost算法即可得到准确的FDR传感器标定模型。将面向分类问题的TrAdaBoost算法改进为适用于本文面向回归的TrAdaBoost算法,将TrAdaBoost算法的基学习器由AdaBoost改为XGBoost,改进了更新权重误差率的计算方法。首先使用XGBoost对辅助数据进行训练,得到初始标定模型;然后在目标地点采集少量数据,使用改进后的TrAdaBoost算法对初始标定模型进行校准,即可得到准确的FDR标定模型。将10个不同地区站点数据作为辅助数据,训练得到初始标定模型,将沈阳地区6个站点分别作为目标使用地点,取80%数据作为源域数据,进行模型校正,其余20%数据用于测试。测试结果的平均准确率为99. 1%,说明基于迁移学习的自动标定模型是有效和准确的。     

灌溉水质对FDR土壤水分传感器的性能影响研究

为探究在灌溉控制系统中灌水水质对土壤水分传感器性能的影响效应,选择了3种国内外常用的基于介电原理(FDR)的土壤水分传感器(5TE、CSF13、FDS100)对其精准性、一致性等关键性能进行评价分析,结果表明:在测量精度方面,5TE和FDS100传感器精度较好,土壤含水量测试值与实际值的R2达到0.892与0.914;...     

基于相位检测的高盐碱与高有机土壤水分传感器研究

为解决高盐碱土壤与高有机土壤水分实时检测难题,研究了一种基于相位检测的时域传输(TDT)型土壤水分检测方法,并对传感器的探头结构、测量频率进行了分析。通过试验分析可知:当探针直径为2 mm、两针间距为10 mm、针长120 mm、测量频率为100 MHz时,在砂壤土、粘壤土、盐碱土、高有机土中的测量误差分别为±0.87%、±0.95%、±2.20%、±1.94%,动态响应时间约为4ms左右,测量性能较好,满足实际测量需要。通过与国外设备TRIME(TDR)及国产设备BD-Ⅲ型土壤水分传感器的对比研究,得出测量频率100 MHz时的TDT型土壤水分传感器能够满足高盐碱土壤、高有机土壤水分实时检测的要求,具有良好的动态性能和稳定性,且技术难度较小、成本低,有着很好的研究和应用前景。