一种新型土壤水分传感器的研究

为了满足精确灌溉的需要,一种能快速、准确测量土壤水分的传感器变得越来越重要。介绍了一种根据土壤介电常数和驻波原理研制的土壤水分传感器．并通过从探针结构和土壤种类两个方面对该传感器的工作特性进行试验研究,结果表明该传感器工作稳定、可靠,测量精度高,线性度好,适合大多数土壤类型的测量。     

基于时域传输原理的土壤水分测试仪研究

为利用时域测量技术实时、快速、准确地测量土壤水分,设计了一种低成本的基于时域传输(TDT)原理的土壤水分测试仪。仪器的探头采用末端封闭的回路结构,信号在探头上单程传输,通过测量电磁波在土壤介质中的传输时间测量出土壤的介电常数,再通过土壤标定方程得到土壤水分。时域传输仪由高频脉冲信号源、同轴传输线、U型回路结构探头、以TDC-GP2时间间隔测量芯片为核心的传输时间测量电路和以LPC2132 ARM微控制器为核心的控制电路组成。通过标准溶液测试和土壤测试试验,验证了双U型探头的测量结果好于单U型探头,仪器使用双U型探头测量传输时间的均方根误差为43.9 ps,测量介电常数的均方根误差为0.791,使用TOPP方程测量砂土土壤含水率的均方根误差为0.029 cm~3/cm~3,测量壤土土壤含水率的均方根误差为0.039 cm~3/cm~3。结果表明设计的时域传输土壤水分测试仪可以准确地测量土壤介电常数和土壤体积含水率。     

土壤容重变化与土壤水分状况和土壤水分检测的关系研究

以湖北地区黄棕壤、水稻土、潮土为供试土壤,通过土壤在脱水干燥过程中客重增大和模拟不同容重级别土壤所引起的土壤水分状况变化,研究了土壤容重与体积含水量、土壤水分类型、土壤水分利用、土壤水分运动相伴变化的关系以及土壤容重与土壤水分检测的关系.试验结果表明,随着土壤容重增加,其饱和含水量、重力水含量、有效水含量减小,其凋萎含水量、无效水含量增加;其饱和导水率减小,非饱和导水率增加;同时土壤容重变化影响土壤水分运动参数的表述和土壤水分运动方程的应用以及土壤水分检测及其结果的应用.     

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。     

便携式土壤水分测试仪的设计与实现

介绍了一种基于CC2530的便携式土壤水分测试仪的设计与实现。该系统由CC2530小系统、FDS100水分传感器及GPS定位模块等组成,可完成土壤水分、测试地点经纬度、海拔等参数的采集和存储,用户可通过串口将所存数据转到计算机进行分析和处理。     

基于TDR的土壤水分传感器设计与试验

针对农田环境下观测作物生长所需土壤水分变化的实际需要,研制了一种基于TDR原理的新型土壤水分传感器。运用等效采样原理和窄脉冲激励来构建高速波形重建方法,同时设计开发 PC 上位机软件,通过蓝牙技术将TDR测量设备与上位机软件进行通信,测量结果可实时无线传输。为验证其性能,进行了4种不同质地土壤的标定试验,并与波兰Easy Test 公司的FOM／mts型TDR进行对比。试验结果表明：该传感器在土壤含水量非饱和状态下,测量结果与土壤实际含水量线性相关度达到0．97以上,且几乎不受土壤质地影响,具有一定的推广应用价值。     

FDR型土壤水分仪的温度补偿设计与应用

对FDR (Frequency Domain Reflectometry)型土壤水分仪进行改造,将FDR和半导体测温技术相结合,以提高自动土壤水分观测仪的温度适用性,降低土壤水分观测精度受地温变化的影响。通过集成基于频域反射原理的土壤水分传感器和半导体测温器件,设计可同时测量土壤水分及温度的传感器,并在实验室和郑州农业气象试验观测站进行对比试验、建模验证。结果表明：(1)土壤温度变化对FDR型土壤水分传感器精度有较大影响,传感器测量误差和地温呈负相关关系,且随着土壤深度增加愈加明显;(2)在土壤温度20℃时,对传感器测量精度影响最小,高于20℃时传感器测量的土壤水分值大于实际值,低于20℃时传感器测量的土壤水分值小于实际值。地温变化引起了FDR型土壤水分传感器振荡频率的偏移,利用传感器测量频率的温度修正模型,可有效降低土壤水分观测数据受地温变化的影响,提升观测精度。     

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。     

SMP-O1土壤水分传感器研制

根据传输线理论设计出一种土壤水分传感器，实验率定结果表明，该传感器具有一定的实用价值，为科学研究和农业生产的现代化管理提供了一种科学的手段。     

土壤水分时空分布研究进展

土壤水分是植物生长、植被恢复的主要影响因子,与侵蚀过程关系密切,同时土壤水在空间尺度及时间序列上的分布特征,是土壤水分研究的重要课题之一。对土壤水分时空分布的研究方法、内容及应用等做了综合分析,总结了前人的研究成果,指出目前基于地质统计学的土壤水分时空变异研究在指导灌溉等农业生产上发挥了重要作用,但对于坡地水土资源综合利用和退化生态系统植被恢复这一新的领域,仍需进一步探讨;随着地理信息系统和Matlab、分形理论等数学方法的引进,土壤水分时空分布的研究将更加深入,对于水土资源综合利用和退化生态系统植被恢复具有重要意义。     

基于LVDS传输线延时检测技术的土壤含水率传感器

为实现土壤含水率的快速准确监测,设计了一种基于LVDS差分传输线延时检测技术的土壤含水率传感器。该传感器将高频振荡信号分路为两通道LVDS差分信号,一个通道用于测试土壤含水率,另一个通道用于提供参考信号。由于土壤中水分的变化改变土壤介电常数,从而导致测试通道LVDS差分总线上信号传输延时的变化,则传感器检测该通道信号的传输延时就可以确定土壤含水率。为了获得LVDS总线设计线宽和线间距的最优值,以LVDS总线阻抗值均方误差最小化为目标,构建了线宽和线间距的最优化计算模型,并通过遗传算法求解出了最优线宽为0.178 9 mm和最优线间距为0.223 8 mm。试验表明,根据该参数设计的传感器在50 MHz频率时,对体积含水率8.31%以上的砖红壤土和黄壤土的预测模型为线性模型,决定系数R2为0.964 2,绝对预测误差在2.45%以内。     

基于低压电力载波的灌溉远程监控系统的设计

在我国农业生产中,大田多选用机井灌溉方式,使用人工操作水泵的形式来实现,灌溉人员需要到井房现场进行操作,自动化程度低。由于人工计量计费,操作员通常需要步行于多个井房间进行启停水泵的操作,这造成了水资源和人力资源的大量浪费。为此,采用低压电力载波技术设计开发一种灌溉远程监控系统可根据植物种类、生长时期和土壤状况确定传感器埋设深度和土壤水分阈值,对于解决水资源日益短缺的问题、实现水资源的可持续利用、提高农业生产效率及降低生产成本有着非常重要的意义。     

基于全寿命周期成本的配电网输电线路设计

在经济关系和技术处理中,输电工程相关设计的影响至关重要,对计算工程的全周期成本也起着举足轻重的作用。依据全寿命周期的基本理论,提出输电线路全寿命成本整体经济分析和分级反馈的设计模型,通过设计输电路径的实例,验证全寿命周期成本管理在配电网输电线路设计方面的现实意义和经济效益。     

基于GPS/GSM手持仪的输电线路巡视管理系统

基于GPS/GSM的手持仪,具有体积小、灵敏度好、定位精度高、便于携带的特点。利用GPS接收机采集输电线路信息,编辑短消息通过GSM网络将数据传送回电力部门,完成对输电线路的参数记录,方便了工作人员对线路的管理维护。同时,系统将线路巡视和设备管理维护有机结合,后台数据库配合地理信息系统GIS;故障时,快速查询故障设备参数、位置等信息,及时维修减少损失,对电力系统的管理维护起到积极作用。     

果蔬热风干燥含水率在线测量装置设计与试验

为了实现果蔬热风干燥的智能化控制,综合运用数学模型法与介电常数法,以IAP15W4K58S4型单片机为主控芯片,利用现有的高精度电容传感器AD7746,设计了基于MCU的果蔬热风干燥含水率在线测量装置。以鸡腿菇为研究对象,通过热风干燥试验,建立了可准确预测其热风干燥过程中含水率的数学模型和相对介电常数-含水率计算模型,并用程序语言将模型进行编码及编译并写入系统,实现了双模式测量。验证结果表明:该装置能准确测量鸡腿菇热风干燥过程中的含水率,测量结果相对误差小于3%。     

应用电特性测量大豆含水率的实验研究

对基于电特性的大豆含水率测量方法进行研究,自制圆筒形电容器,利用智能 LCR 测量分析仪对不同含水量的大豆样品进行测试。实验结果表明,在1 kHz 频率下,大豆含水率与其等效电容值之间有显著相关性;利用BP 神经网络对实验数据建模,结果表明, BP 神经网络预测值和实验值非常接近;利用大豆电特性进行含水量检测,可以满足大豆含水率快速无损检测的要求。     

基于介电特性的联合收获机小麦含水率检测装置研究

谷物水分的快速测量对谷物准确测产、粮食快速收储、精准农业实施具有重要意义。针对联合收获机动态作业条件下小麦水分检测稳定性差、测量精度低等问题,基于小麦介电特性原理,设计一种联合收获机水分在线检测装置,提出一种动态连续取样、静态间歇测量的新方法,实现了联合收获机作业条件下,在线快速稳定检测小麦含水率。在线检测装置由机械动态取样部分、电机控制模块、传感器模块、数据采集模块、卫星定位模块和显示终端组成。其中传感器模块包括水分传感器、温度传感器和料位传感器。开展了静态验证试验和田间动态验证试验。试验结果表明,静态条件下,含水率在线检测误差在3%以内;在田间动态变化条件下,建立了基于介电常数和温度因子的水分检测模型,实测值和检测值相关系数达到0.92,在线检测误差小于5%。采用动态连续采样、静态间歇测量的方法显著提高了含水率在线检测的精度,为实现小麦精准生产提供了一种快速测量手段。     

基于MS10的田间无线精准灌溉系统

为解决目前我国农业上主要农作物群体存在的自动化灌溉程度不高问题,研制一款基于土壤墒情传感器MS10的田间无线精准灌溉系统。该系统主要有3个重要的组成部分:上位机监控系统、无线数据传输通道和下位机数据采集器。该系统可根据用户在上位机设置的土壤墒情上、下范围自动控制电磁阀的开闭使土壤墒情值始终保持在一个范围内。该传感器是根据频域反射法(FDR)原理制成,精度高、反应快。该系统总体运行稳定、功耗较低、操作方便简单,对于目前我国农业存在问题的解决针对性强,有较好的实用价值和市场推广价值。     

基于无线传输的蛋鸡体温动态监测装置

为了实时监测蛋鸡的体温变化,减少实验人员与动物的接触次数,设计了蛋鸡翼下体温动态监测装置.采用数字温度传感器DS18B20为感温元件,以ATmega 16单片机和nRF2401无线传输模块为核心进行数据采集传输,使用C#语言编写人机交互界面,实现了蛋鸡体温变化的实时采集、存储、显示以及历史数据查询.试验表明,该装置体温测量误差为0.1％,最大传输距离为100 m,鸡佩戴传感器节点传输距离为50m左右,网络丢包率为0.89％.通过设置不同的采集频率和采取休眠方式可以降低功耗,能够满足测量要求.