農(nóng)田無線土壤壓力傳感器及監(jiān)測系統(tǒng)研究與開發(fā).pdf

1、伴隨著國家農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，農(nóng)田土壤機械化過度壓實已成為一個日益嚴重的問題，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴重影響。土壤應力的變化是農(nóng)田土壤受壓實時的內(nèi)部表征。為了從應力角度研究農(nóng)田土壤壓實的問題，需要利用土壓力傳感器從土壤壓實時的應力分布上，深入了解土壤壓實的內(nèi)部原因。為了解決市場上一般土壓力傳感器結構尺寸大，對土壤擾動大的缺點，以及在監(jiān)測農(nóng)田土壤應力分布上的不足，同時為了適應農(nóng)田的土壤監(jiān)測深度淺、內(nèi)部應力低的特性，文中自主設計并研制了無線氣壓式土

2、壓力傳感器，并緊隨現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展潮流，初步研發(fā)了一套的農(nóng)田土壤應力動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，達到了預期的功能。文中研究的具體內(nèi)容、結論如下:
　　(1)土壓力理論計算與匹配誤差分析
　　文中分別在土壤各向同性假設以及考慮土壓力傳感器嵌入到土壤中對土壤原位應力場的干擾的條件下，理論的探討土壓力的計算以及土壓力傳感器與土壤的匹配誤差，同時為設計匹配誤差較小且穩(wěn)定的土壓力傳感器提供理論依據(jù)。
　　(2)無線氣壓式土壓力傳感器研制

3、　　文中采用氣壓式原理研制土壓力傳感器，采用了橡膠球殼體作為密封元件與土壓力的感測原件，將超低功耗nRF24LE1無線射頻芯片，BMP180氣壓芯片，可充電電池與無線充電線圈一起密封于橡膠球殼體內(nèi)部;當土壤受到載荷的作用時導致橡膠球殼體發(fā)生變形，通過BMP180氣壓芯片來感測殼體內(nèi)部的壓力變化，進而反映土壤的應力大小。
　　(3)土壤參數(shù)的測定試驗
　　文中中的土壓力傳感器的工作介質(zhì)是土壤，因此為了獲得土壤參數(shù)的確定值，文中

4、以東北農(nóng)業(yè)大學向陽農(nóng)場試驗地土壤為試驗樣本，實施進行了土壤烘干試驗、土壤剪切試驗、土壤篩分試驗、土粒粒徑測定試驗等，獲得了土壤的容重、含水率、粘聚力、內(nèi)摩擦角以及土壤級配、當量粒徑等參數(shù)。
　　(4)無線氣壓式土壓力傳感器的試驗研究
　　文中對無線氣壓式土壓力傳感器進行氣壓標定試驗，按照預先討論的數(shù)據(jù)處理算法，采用Matlab擬合工具箱，對氣壓標定試驗獲得的數(shù)據(jù)進行擬合，得到氣壓加載時的擬合函數(shù)為y1=464.30·x1，氣

5、壓卸載時的擬合函數(shù)為y2=444.90·x2;并進行砂標試驗，對無線氣壓式土壓力傳感器的滯回環(huán)進行分析，并獲取無線氣壓式土壓力傳感器及土壤介質(zhì)的彈性模量，探索無線氣壓式傳感器在測量農(nóng)田土壤壓力上的適用性。從試驗結果分析來看，無線氣壓式土壓力傳感器氣標擬合函數(shù)線性誤差小，但砂標與氣標相比，存在比較大的滯回環(huán)，在試驗中表現(xiàn)得特性規(guī)律符合常規(guī)土壓力傳感器的試驗特性;并通過對匹配誤差定性分析與定量分析得出，無線氣壓式土壓力傳感器與土壤的匹配誤差

6、趨于穩(wěn)定。從這個角度分析，文中設計的無線氣壓式土壓力傳感器可以滿足使用要求。
　　(5)農(nóng)田土壤應力動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
　　文中在研制無線氣壓式土壓力傳感器的基礎上，結合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，完成傳感器應力采集端、傳輸端、管理平臺的設計與實現(xiàn)，其中傳感器應力采集端、傳輸端完成表征土壤應力的氣體壓力的采集、GPS地理位置的確定，短信收發(fā)與GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能;管理平臺以Matlab GUI為平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的GPRS接收，