太阳能土壤水分监测仪的研制

【摘要】：我国水资源紧缺,人均水资源占有率低,同时我国又是农业大国,农业用水占全国用水的70%,农田灌溉耗水占农业用水90%,所以国家必须大力提倡合理灌溉和精量灌溉,这样不但有利于节约水资源,同时又能够提高农作物的产量和品质,改善生态环境。要节约水资源,首先要对农田的土壤水分状态实时监测。开发一种节能,低碳环保,灵敏度高,性能稳定,适用性广的土壤水分实时监测仪,是实现合理灌溉,精量灌溉的基础和技术保证。本论文主要开展的工作如下： (1)通过查阅大量文献,对国内外土壤水分测量方法的优缺点进行了比较分析,利用高频电场理论设计制作了土壤水分传感器,并对土壤水分传感器的最佳工作频率进行了研究,最后选用50MHz高频信号作为该监测系统的信号源,该信号源的工作电压为5V。 (2)设计制作了信号采集,调理以及显示电路。被测土壤水分数据通过液晶显示,同时系统可以实时存储监测到的土壤水分数据。 (3)用重庆地区的黄壤和紫色土,分别对系统进行标定。不同含水率条件下,系统测得的电压值与含水率呈线性关系,通过MATLAB拟合出黄壤与紫色土含水率的数学模型,将其代入MPLAB中烧写于单片机内。该系统可用于监测重庆地区黄壤与紫色土的土壤水分变化。 (4)系统采用太阳能电池间接供电。通过太阳能电池管理电路给锂电池充电,并利用高效的升压或降压模块达到系统所需要的5V稳定直流电压。系统能实现对锂电池电压进行监控,当供电锂电池电压值低于阈值,切换另一块电池进行供电,并对该电池充电,以确保充分利用太阳能。 (5)利用该监测仪在室内和野外环境下,对系统的测量误差,稳定性,可靠性进行了实验研究,实验结果表明该系统对黄壤土壤水分测量的最大相对误差9.8%,对紫色土的土壤水分测量的最大相对误差为9.7%,通过对系统稳定性测定表明该系统测试数据稳定可靠,满足测量要求。系统具有轻便,便于携带,低成本,低功耗的特点,达到设计目的。 【关键词】：土壤含水率 太阳能 高频电场 实时监测
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S152.7
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第1章 文献综述9-13
• 1.1 土壤含水率监测方法的研究进程9-12
• 1.1.1 烘干法9
• 1.1.2 张力计法9-10
• 1.1.3 中子仪法10
• 1.1.4 介电法10-12
• 1.2 小结12-13
• 第2章 绪论13-15
• 2.1 研究的背景及意义13
• 2.2 主要内容13-14
• 2.3 技术路线14-15
• 第3章 理论基础15-19
• 3.1 土壤的介电特性15-16
• 3.2 最佳测试频率选择16
• 3.3 探针结构的数学模型及其等效电路16-18
• 3.4 小结18-19
• 第4章 系统设计19-35
• 4.1 系统整体设计和技术参数19
• 4.1.1 系统整体设计19
• 4.1.2 系统技术参数19
• 4.2 硬件结构设计19-31
• 4.2.1 监测仪探头结构20-21
• 4.2.2 信号发生电路与整流电路21-22
• 4.2.3 AD转换与微处理系统电路22-25
• 4.2.4 液晶显示模块25
• 4.2.5 太阳能供电系统25-31
• 4.3 软件设计31-34
• 4.3.1 主程序流程框图31-32
• 4.3.2 AD转换程序流程图32-33
• 4.3.3 数据处理子程序33-34
• 4.3.4 太阳能供电模块程序34
• 4.4 小结34-35
• 第5章 太阳能土壤水分监测仪的标定与土壤水分测量35-43
• 5.1 系统标定试验35-36
• 5.2 电压值与含水率的数学模型建立36-38
• 5.2.1 测试结果处理36
• 5.2.2 最小二乘法原理36-38
• 5.3 系统土壤水分测量及其误差分析38-41
• 5.3.1 室内测量试验38-39
• 5.3.2 野外测量实验39-40
• 5.3.3 稳定性试验分析40-41
• 5.4 电源管理41-42
• 5.4.1 锂电池供电性能测试41-42
• 5.4.2 锂电池充电性能分析42
• 5.5 小结42-43
• 第6章 结论与展望43-45
• 6.1 结论43
• 6.2 展望43-45
• 参考文献45-47
• 附录47-57
• 致谢57-59
• 攻读学位期间公开发表的论文59

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

节水灌溉中土壤湿度传感器的应用    迟天阳;杨方;果莉;

土壤水分剖面实时测量传感器试验研究    孙宇瑞;马道坤;何权;赵燕东;

土壤水资源的内涵及评价指标体系    王浩;杨贵羽;贾仰文;王建华;

土壤水分快速测量方法及其应用技术研究    赵燕东

基于驻波率原理的土壤水分测量方法的研究    张志勇

农业节水灌溉    张肇鲲,谷立中,单明彻

有机电致发光薄膜的电流输运机理的分析    范希智,陈君,刘旭,顾培夫,唐晋发

冬春季青藏高原北麓河多年冻土活动层中气体CO_2浓度分布特征    赵拥华;赵林;武天云;唐素然;

纳米氧化铟锡掺杂的有机玻璃电导率及复介电常数的研究    崔升,沈晓冬,蔡永明,黄杏芳,江国栋

土壤水分传感器实用性能对比研究    赵燕东;白陈祥;匡秋明;张军;Paul Wolfgang;

密云水库上游油松等林分调节水分效应的研究    王国胜，洪惜英，王礼先

下地面对冰雹的影响机理    刘引鸽

电流变体作用机理的研究    许素娟,王彪

国外透波材料高温电性能研究进展    李金刚,曹茂盛,张永,林海波

智能砼压阻特性研究    张奔牛;张开洪;

测量土壤水分含量的方法    肖武;李小昱;王为;张军;梁丹;

保水剂在新疆葡萄、大枣上的应用与经济效益分析    杜建军;崔英德;尹国强;贾振宇;黎新明;廖列文;朱才毅;张斌;再娜甫·艾买提;孟新光;

核子秤中电离电流信号采集模块的实现    蔡顺燕;耿正波;石会路;詹鹏;

土壤墒情(旱情)监测与预测预报研究进展    王一鸣;孙凯;杨绍辉;

吸附染料J-聚集体的氯化银微晶光电子特性    李晓苇;张继县;张荣香;张伟;

土壤三参数测量方法研究    赵春江;王成;侯瑞锋;乔晓军;徐志龙;

灌区灌溉技术的虚拟筛选    马理辉;汪有科;吴普特;

节水灌溉与控制排水理论及其农田生态效应研究    彭世彰;徐俊增;丁加丽;缴锡云;

介电式种子分选机理及其设备的研究    米双山

压电晶体扭转效应的研究    吴涧彤

非饱和土壤介电特性测量理论与方法的研究    孙宇瑞

改性铅基复合钙钛矿型弛豫铁电陶瓷的结构与微波介电性能    卢祥军

精密机械仿生热稳定构件研究    杜设亮

碳纤维混凝土与素混凝土的力电机敏性及应用研究    孙明清

掺镧钛酸铋粉体、陶瓷及薄膜的溶胶-凝胶制备技术与性能研究    申林

土壤水分快速测量方法及其应用技术研究    赵燕东

微波介质陶瓷薄膜的研究    董树荣

微波电磁场对磷矿酸解液固反应影响的研究    汤建伟

闸门调控下的灌溉渠道非恒定流数值模拟研究    余国安

潍坊市农业节水的战略研究    李成军

栽针保阔林分土壤水分动态及影响因子分析    刘畅

温室作物水运移机理及需水信息的研究    王蕊

桂西北典型峰丛洼地不同利用方式下的土壤水分动态研究    袁吉有

棉花膜下滴灌灌溉制度的优化模型研究    李彦

地被菊抗旱节水性初步研究    崔娇鹏

入渗条件下，温度对土壤水分运动及参数影响的实验研究    冯宝平

α-C：F薄膜的沉积、结构与介电性质研究    叶超

坡耕地土壤结皮的成因及其作用研究    范文波

节水灌溉计算机监控系统研究    王念启,尹桥良,莫红兵

锂离子动力电池特性研究    王震坡,孙逢春

土壤水分剖面实时测量传感器试验研究    孙宇瑞;马道坤;何权;赵燕东;

基于自建模技术的电容土壤水分传感器研究    胡建东,段铁城,何赛灵

土壤水资源的农业评价    张和平,袁小良

一种基于传输线阻抗变换理论的土壤水分测量仪    孙宇瑞,赵燕东,王一鸣

土壤水分介电测量方法的潜力分析    马孝义,熊运章,朱凤书,贺正中

基于驻波率原理的土壤含水率测量方法    赵燕东,王一鸣

土壤-植物-大气连续体模型中的蒸散发计算    刘昌明,窦清晨

土壤水研究进展与评述    雷志栋,胡和平,杨诗秀

土壤水分快速测量方法及其应用技术研究    赵燕东

基于驻波率原理的土壤水分测量方法的研究    张志勇

四川盆南紫色土水分特征及抗旱性能的研究    魏朝富;

TDR系统在紫色土坡耕地径流小区土壤水分自动监测中的应用    程训强;唐家良;高美荣;朱波;

土壤条件与桤木结瘤固氮的关系    刘国凡,邓廷秀

四川省三种紫色土壤持水性的研究    张卓如;王国英;

土壤地理    

四川紫色土吸附气态水特征及其热力学函数的研究    魏朝富,谢德体,曾觉廷

龙须草对湖南紫色土荒山坡地蓄水性能的影响    马定渭;邹冬生;吴万刚;段文军;

紫色土添加三价铬对莴笋生长的影响    史吉平,牟树森

紫色土坡耕地硝酸盐流失过程与特征研究    汪涛;朱波;罗专溪;张剑;

紫色土磷的形态、有效性及有效磷测定方法的研究    吴德意,青长乐

DZN1自动土壤水分观测仪的维护与维修    朱保美;周清;

DZN3型土壤水分自动站测墒质量分析    舒素芳;张育慧;王平;

黄土高原刺槐林地土壤水分垂直变化数学模型研究    赵忠;李剑;袁志发;胡小宁;曹扬;王迪海;

不同土壤水分对旱地小麦产量的影响    王宏周;孙广建;张玉平;雷铁栓;王哲武;吕丽萍;

基于遥感和区域气候模式的土壤水分预报方法研究    陈怀亮;徐祥德;刘玉洁;厉王昇;邹春辉;翁永辉;

沙坡头地区人工林植物的水分生态位适宜度与种间共存机制分析    李文龙;施维林;王刚;

甘草生产与土壤水分关系模型的初步研究    王季槐;沈海亮;杜茜;雷茜;

灌区土壤水分空间变异及监测方法研究    胡玲;彭世彰;丁加丽;徐俊增;

半干旱黄土丘陵区不同土地利用类型对土壤水分的影响    黄志霖;陈利顶;

基于遗传神经网络的土壤含水率预测    许秀英;甘龙辉;陶冶;黄操军;

玉米苗期管理四注意    记者 陈星 整理

土壤有效水含量判断方法    河北 王美娟

桃树的四个灌水期    陈涛

看黄瓜长相 查问题早防    河北省植保总站 刘光涛 宋立强

我国将布设1500套自动土壤水分观测仪    记者 王建忠

江苏启动土壤水分自动观测网建设    张芳　仲维健

山西引进新型土壤水分观测仪    班胜林

河南土壤水分监测仪通过验收    通讯员 薛龙琴　师丽魁 陈海波

首套自动土壤水分观测仪落户石渠    辜良昌

我市自动土壤水分监测站网初步形成    张华　李航 林泽磊

雨水就地利用及蓄水农用保障性机制    张卫华

土壤水分对稻米品质形成的影响及其机理    蔡一霞

基于ERS散射计数据的青藏高原土壤水分估算方法研究    王建明

黄土高原小流域典型坝地土壤水分和泥沙空间分布特征    赵培培

黄土高原水蚀风蚀交错带小流域植被恢复的水土环境效应研究    佘冬立

水肥一体化灌溉模式下土壤水分养分运移规律研究    宰松梅

黄土高原植被恢复的土壤水分生态环境    胡良军

紫色土坡耕地的降雨产流机制及产流后土壤水分的变化特征    刘刚才

土壤水分快速测量方法及其应用技术研究    赵燕东

黄淮海平原集约种植条件下土壤有机碳动态建模及应用    雷宏军

紫色土表面电荷性质的初步研究    杨兴伦

紫色土土壤养分空间变异性研究    朱益玲

紫色土坡面土壤侵蚀预测模型应用研究    陈晓燕

紫色土丘陵区种植模式生态环境效应研究    唐家良

太阳能土壤水分监测仪的研制    曾庆欣

重庆地区紫色土锗的背景含量及分布特征    木志坚

紫色土荒坡地种植龙须草防治水土流失效应及其机理研究    段文军

紫色土坡耕地不同施肥水平下氮磷流失特征研究    姚军

定位施肥对稻麦产量和紫色土肥力的影响研究    田秀英

两优培九的结实特性及其与温度、土壤水分的关系研究    薛艳凤