基于CC2480的土壤温度和水分梯度测量系统

2019-07-21 19:27发布

引言
长久以来,土壤的温度、水分一直是农业研究领域的重点研究对象。作为土壤的两大基本属性,土壤温度、水分的细微变化都会对农作物的生长产生极大的影响。很多研究表明,在土地水土保持、农业节水灌溉、土壤的肥力调配、大范围的局地性气候变化和生态环境保护诸多研究领域中,土壤温度、水分的时空性变化也是极为重要的两个参考性因素。因此,在农业、环境科学、气象等多个研究领域中,都把土壤温度、水分作为研究观测的基本对象。

由于我国的地理环境情况复杂,各地区数据观测水平参差不齐,导致土壤温度、水分的数据来源比较匮乏,数据汇总难度较大。传统的测量方式获取的土壤温度和水分数据,在测量精度、数据采集量、可靠性方面远远不能满足现今高精度、网络化、智能化的测量需求。与此同时,传统的土壤温度、水分测量仪器也只能测得单一的土壤表层的温度、水分数据,缺乏能够在大范围区域和土壤的垂直梯度方向上完整、实时、自动连续测量土壤温度、水分的方法和仪器。

随着现代工业自动化技术的不断进步,ZigBee无线通信技术的发展日益成熟,其被广泛应用于无线传感器测量网络、自动气象站、智能交通、智能家居等众多领域。ZigBee无线通信技术的低功耗、短距离、低成本、布网灵活等特点十分适合用于需要自动连续采集数据、局域分布测量、大范围联网数据处理的测量场合。通过ZigBee无线网络可以方便地实现多个土壤温度、水分传感器的分散布局,从而可以方便地实现土壤测量参数的收集处理。  

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17条回答
i1mcu
2019-07-23 00:15
2.1 传感器电路


土壤温度、水分传感器选用了适合于土壤测量的三线制PT100铂热电阻,其外层封装适用于长期埋设于土壤层中。PT100铂热电阻值随温度的变化而变换,其在常温测量范围内具有良好的线性度,且精度高、稳定性好、耐冲击性强。其阻值和温度满足以下关系:当-200℃≤t ≤0℃时,Rt=R0×[1+At+Bt2+C×(t-100)×t3];在0℃≤t≤850℃时,Rt=R0×(1+At+Bt2)。A、B、C为温度系数;Rt为t℃下的电阻值;R0为0℃下的电阻值。


两线制的铂热电阻随着使用距离的延长会增加导线的长度,由线电阻带来的附加误差使得测量结果误差较大。三线制的铂热电阻将导线的一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到相应的电桥桥臂上。采用全等臂电桥时,导线电阻的变化对测量结果的影响几乎可以忽略不计,而且测量距离较远,多用于工业现场使用。四线制铂热电阻,通过两端导线接入恒流源,直接通过另外两根导线测得铂热电阻值。测得的电阻值精度很高,完全不受导线电阻影响,但测量距离较短、成本较高,多用于实验使用。

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