无线多点土壤电阻率测量系统设计与测试.pdf

第29卷第16期
农业工程学报
VOL20 No16
122013年8月
I ransactions of the Chincse Socicty of Agricultural Fnginccring
Aug.2013
无线多点土壤电阻率測量系统设计与测试
卢超
(陕西理工学院物理与电信工程学院,汉中723000
摘要:该文设计了一种无线多点土壤电阻率测量系統,该系统包括一个主机和多个从机,根据电流-电压四端法
原理自制了土壤电阻率测量传感器,以减小对土壤溶质移动的干扰,采用主从式通信建立测量平台,从机完成土
壤电阻率数据的采集、发送功能,从机个数可以根据测量点的要求进行扩展,主机完成土壤电阻率数据接收、处
理、显示及存储功能,主机和从机无线通信,采用nRF24I01无线模块,构成了“一对多”的通信网络。系统有效
地解决多点十壤电阻率实时测量的一致性问题,试验结果表明系统具有良好的稳定性和实用性,室外无线有效传
输距离可以达到95m,室内达到75m,十壤屯阻率与含盐量及加水量呈良好的线性关系(R2=0.9991),与其他测
试仪测量的曲线基本吻合,相对误差在1%以内,具备较好的测量精度
关键词:土壤,传感器、测试,电阻率,单片机
doi:10.39695isn1002-68192013.16.018
中图分类号:S24:IH7
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(2013)-16-0142-09
卢超.无线多点土壤电阻率測量系统设计与測试[U].农业工程学报,2013,29(16):142-150
Lu Chao. Design and test of multi-point soil resistivity measurement system based on wireless. Transactions of the
Chincse Socicty of Agricultural Enginccring (Transactions of the CSAD), 2013, 29(16): 142-150.(in Chincse with
English abstract)
测量一片区域时,需要反复进行测量和记录数据,
会付出很多的人カ和物力,同时这些仪表大多还是
土壤物理学研究表明土壤电阻率本身包含了采用有线方式传输,尤其当被测量点所处恶劣环境
反映上壤品质与物理性质的ギ富信息。日前,上壤时,有线传输模式有明显的局限性。因此,迫切需
电阻率的测量大致可分为实验第测量和现场测量要一种高灵敏度和稳定性、简易、廉价、具有尤线
炳大类,实验室测量首先要制备上壤浸提液,然后方式、而且能够多点测量的上壤电阻率测量系统
利用电极法测量土壤浸提汶的电阻率,利用土壤浸
提液的测量值表征上壞电阻率的变化,这种传统的
系统设计
实验室方法作为标准测量方法具有较高的精度,也
系统包括主机部分和从机部分,系统图如图
是评价上壤电阻率高低的基准,但是测量过程繁所示。从机完成对各测试点土壤电阻率的测量,并
琐,而且耗费较长时间,实时性差,不能满足现代通过无线模块将数据发送给主机,从机的测量部分
精细农业要求在短时间内完成大批量测量的要求。根据电流-电四端法原理自制了一种土壤电阻率
现场测量主要包括两种思路:基于电磁感应原理的传感器,具有针对不同上壤质地白动调整恒流源输
非接触式设计和基于电流-电压四端法的接触式设出电流的功能,其包括带A/D转换的单片机控制电
计,非接触式上壤电阻率传感器价格昂贵,难于普路、无线通信电路、正弦波发生电路、交变恒流源
及;运用电流-电四端法理论,在测量土壤电阻率电路、传感器电枚、差分电路、有效値转換电路、
时可以不取样,不扰动上体,可以保持原态原位连放大电路和数字电位器。山正弦波发生电路产生失
续测量,同时测量值与土壤浸提液电阻率值有省较真度较低的正弦波信号,加载到交变恒流源电路上
好的相关性1?。采川这种方法,日前市场上有一些作为测量电路的激励源,接在传感器电极的两电流
产品,例如MTL7-K-2127B土壤电I率测试仪等,端,当传感器电极接上.激励源后,电枚的炳电压端
与其连接的采集机构多为单点测量,灵活性差,当就会产生电压差,由差分电路得到这个差值,在经
过有效值转换电路得到这个差值的有效值直流信
收稿日期:2013-02-19修订日期:2013-07-11
号,再经过放大电路放大后送入单片机AD转换口
基金项日:陕西省教育厅专项科研项目(2013JK1060)
进行A/D转换,经单片机计算处理后通过无线模块
作者简介:卢超(1979一),男,映西汉中入,讲师,主要从事电子
技术,测控技术方而的研究。汉中陕西理工学院物理与电信工程学院,
将数据发送给主机01?
723000Email:27304487cq.com
图1b中数字电位器作用是在单片机的控制