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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原始信号经过放大后再经过AD8226的Vref(1 V)抬升电压,抬升至适合数模转换参考电压范围内,输入到前级外置多路低功耗模拟开关ADG758。8选1多路模拟开关ADG758专为低功耗所设计,通过ADG758的引脚A0~A2与MSP430F149主控制器相连,实现三线译码选通,来控制各个传感器通道的选通使用。模拟开关ADG758的输出端D与MSP430F149的内置高精度12位模数转换器相连接,节约了额外的模数转换芯片,从而降低了成本,为实现大规模传感器网络测量土壤梯度温度、水分参数提供了可能。传感器测温电路如图4所示。经过恒温箱标定后,所需测量的土壤温度范围变化为-40~80℃,测量误差为±0.4℃。
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