一種基于單片機(jī)的土壤體積含水量的測(cè)量方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種基于單片機(jī)的土壤體積含水量的測(cè)量方法，屬于農(nóng)業(yè)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，步驟：1：電容器串聯(lián)一個(gè)電感L1，組成LC電路；2：建立LC電路諧振頻率f0與土壤體積含水量θv的關(guān)系式；3：建立若干個(gè)f0值與若干個(gè)θv值一一對(duì)應(yīng)的表格；4：將測(cè)量電路連接LC電路；5：將待測(cè)土壤放在電容器兩極板間；6：調(diào)整LC電路的頻率值為步驟3中的若干個(gè)諧振頻率f0的值，并且在每個(gè)頻率值下采集記錄電容器兩極板間的電壓值，得到若干個(gè)電壓值；7：找出采集的若干個(gè)電壓值中的最大值，最大值對(duì)應(yīng)的LC電路的頻率值即認(rèn)定為L(zhǎng)C電路的諧振頻率f0，查詢步驟3的表格得到土壤體積含水量θv。具有較高的精度，自動(dòng)化采集，測(cè)量重現(xiàn)性好，操作方便。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于農(nóng)業(yè)測(cè)量
，具體設(shè)及±壤體積含水量的測(cè)量。
技術(shù)介紹
±壤的水分含量是精細(xì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌概中測(cè)定的重要參數(shù)。通過(guò)對(duì)±壤水分含量的 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可W了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)規(guī)律，為農(nóng)作物提供一個(gè)適宜的生長(zhǎng)環(huán)境具有重要意義。 介電特性法是±壤含水量測(cè)量中常用的方法。介電特性法是利用±壤的介電特性 對(duì)±壤的含水量進(jìn)行測(cè)定。±壤介電常數(shù)e的變化能很好地反應(yīng)±壤的體積含水量0V 的變化。 介電法中有時(shí)域法仰時(shí)，頻域法（抑時(shí)，電容法等常用方法，至今國(guó)內(nèi)外的研究 人員就TDR(時(shí)域反射法）研究最多最廣，TDR法是目前普遍認(rèn)可的準(zhǔn)確測(cè)量±壤水分含量 的方法，與烘干法一同作為標(biāo)定其他水分測(cè)量?jī)x器的標(biāo)準(zhǔn)。TDR方法目前電路復(fù)雜設(shè)計(jì)難度 大，不可W測(cè)量較淺的±壤；并且儀器價(jià)格昂貴，在現(xiàn)階段不能推廣和普及。 抑R方法在野外進(jìn)行水分監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，因±壤類型不同而需要標(biāo)定或校正。在低 頻時(shí)，容易受到±壤鹽分、質(zhì)地和容重的影響。由于TDR與FDR兩種傳感器在價(jià)格上比較昂 貴，無(wú)法大面積的使用，為此，本專利技術(shù)提出了一種智能化、精度高、成本較低的±壤體積含水 量的測(cè)量方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中TDR方法電路復(fù)雜、設(shè)計(jì)難度大，不可W測(cè)量較淺的± 壤，并且儀器價(jià)格昂貴；W及FDR在低頻時(shí)，容易受到±壤鹽分、質(zhì)地和容重的影響等缺陷， 本專利技術(shù)提出了一種基于單片機(jī)的±壤體積含水量的測(cè)量方法，采用的技術(shù)方案為： 一種基于單片機(jī)的±壤體積含水量的測(cè)量方法，包括如下步驟：[000引步驟1 ;將電容器串聯(lián)一個(gè)電感L1，組成LC電路； 步驟2 ;推導(dǎo)步驟1中所述LC電路的諧振頻率片與±壤體積含水量0V的關(guān)系式； 步驟3 ;根據(jù)步驟2中所述的關(guān)系式建立若干個(gè)諧振頻率f。與若干個(gè)±壤體積含 水量0Y-一對(duì)應(yīng)的表格，[00川步驟4 ;將測(cè)量電路連接所述LC電路； 步驟5 ;將待測(cè)±壤放在所述電容器的兩極板間；[001引步驟6 ;調(diào)整LC電路的頻率值為步驟3中所述的若干個(gè)諧振頻率f。的值，并且在 每個(gè)頻率值下測(cè)量電路采集所述電容器兩極板間的電壓值并記錄，得到若干個(gè)電壓值； 步驟7 ;確定步驟6中所述若干個(gè)電壓值中的最大電壓值，所述最大電壓值對(duì)應(yīng)的 LC電路的頻率值即認(rèn)定為L(zhǎng)C電路的諧振頻率f。，查詢步驟3所述的若干個(gè)諧振頻率f。與 若干個(gè)±壤體積含水量0Y-一對(duì)應(yīng)的表格得到±壤體積含水量0Y。 進(jìn)一步地， 所述步驟1中所述電容器的上極板連接所述電感L1的一端，所述電容器的下極板 接地；所述電感LI的另一端作為L(zhǎng)C電路的輸入端； 進(jìn)一步地，[001引所述步驟4中測(cè)量電路包括；穩(wěn)壓電源電路、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、壓控振蕩器、 基準(zhǔn)電壓電路、LCD驅(qū)動(dòng)電路、LCD顯示屏、JTAG調(diào)試電路、復(fù)位電路、晶振電路； 所述單片機(jī)的一個(gè)輸入端連接所述電容器的上極板，所述單片機(jī)的輸出端連接所 述D/A轉(zhuǎn)換電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路連接所述壓控振蕩器的輸入，所述壓控振蕩器的輸出連 接所述LC電路的輸入端；所述基準(zhǔn)電壓電路與所述D/A轉(zhuǎn)換電路相連接，所述單片機(jī)的輸 出端與所述LCD驅(qū)動(dòng)電路相連接，所述LCD驅(qū)動(dòng)電路與所述LCD顯示屏相連接；所述JTAG 調(diào)試電路、所述復(fù)位電路和所述晶振電路均與所述單片機(jī)相連接； 所述單片機(jī)一方面將控制電壓經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后送給壓控振蕩器、壓控振蕩 器根據(jù)所述控制電壓的值輸出信號(hào)給LC電路，所述單片機(jī)另一方面采集LC電路中電容器 的兩極板的電壓值；所述JTAG調(diào)試電路用于單片機(jī)的程序燒寫和調(diào)試，所述復(fù)位電路用于 單片機(jī)的復(fù)位，晶振電路用于給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。 進(jìn)一步地，所述測(cè)量電路還包括穩(wěn)壓電源電路；所述穩(wěn)壓電源電路分別為單片機(jī)、 基準(zhǔn)電壓電路、LCD驅(qū)動(dòng)電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、壓控振蕩器、JTAG調(diào)試電路、復(fù)位電路提供工 作電壓。[002引進(jìn)一步地， 所述步驟3中建立若干個(gè)諧振頻率f。與若干個(gè)±壤體積含水量0Y-一對(duì)應(yīng)的表 格的方法為： 步驟3. 1 ;在壓控振蕩器的輸出頻率范圍內(nèi)等步長(zhǎng)取128個(gè)頻率值； 步驟3. 2 ;根據(jù)步驟2中所述關(guān)系式計(jì)算出步驟3. 1中128個(gè)頻率值對(duì)應(yīng)的128個(gè) ±壤體積含水量的值； 步驟3. 3 ;將步驟3. 1中的128個(gè)頻率值與步驟3. 2中的128個(gè)±壤體積含水量 的值一一對(duì)應(yīng)地放入表格內(nèi)； 所述步驟6中所述的調(diào)整LC電路的頻率值為步驟3中所述的若干個(gè)諧振頻率f。 的值的方法為：[002引步驟6.1;將步驟3. 1中所述的128個(gè)頻率值按照壓控振蕩器特性計(jì)算出對(duì)應(yīng)的 128個(gè)控制電壓的值； 步驟6.2 ;測(cè)量時(shí)，單片機(jī)依次輸出128個(gè)控制電壓，所述控制電壓經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電 路后送給壓控振蕩器，所述壓控振蕩器依次輸出對(duì)應(yīng)的128個(gè)頻率的信號(hào)給LC電路。 更進(jìn)一步地，所述單片機(jī)采用MSP430f2012,所述基準(zhǔn)電壓電路采用化431，所述 LCD驅(qū)動(dòng)電路采用TM1621，所述D/A轉(zhuǎn)換電路采用AD5660,所述壓控振蕩器采用SIT3808。 更進(jìn)一步地，所述穩(wěn)壓電源電路采用AS1360-33-T。 本專利技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果為：[003引 （1)測(cè)量電路中選用16位高精度的基準(zhǔn)電壓電路AD5660,W及壓控振蕩器SIT3808能夠輸出其頻率范圍內(nèi)任何6位小數(shù)精度的頻率，保證了測(cè)量具有較高的精度和 可靠性。 (2)測(cè)量過(guò)程中全部采用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，能夠方便地接入自動(dòng)化采集系統(tǒng)，連續(xù) 測(cè)量±壤體積含水量隨時(shí)間的變化過(guò)程。[003引 做本專利技術(shù)中的測(cè)量電路包含復(fù)位、晶振和JTAG電路，易于調(diào)試，多次測(cè)量重現(xiàn)性 好；選用的LCD顯示屏可W方便實(shí)時(shí)地將測(cè)量結(jié)果顯示，人性化和智能化較好。 (4)測(cè)量電路部分安裝簡(jiǎn)單，操作方便，可便攜，成本低。【附圖說(shuō)明】 圖1為測(cè)量原理結(jié)構(gòu)框圖；[003引圖2為測(cè)量電路原理圖； 圖3為穩(wěn)壓電路原理圖； 圖4單片機(jī)程序流程圖。 圖中標(biāo)記，1-穩(wěn)壓電源電路，2-單片機(jī)，3-基準(zhǔn)電壓電路，4-LCD驅(qū)動(dòng)電路，5-D/A 轉(zhuǎn)換電路，6-壓控振蕩器，7-LCD顯示屏，2-1-JTAG調(diào)試電路，2-2-復(fù)位電路，2-3-晶振電 路。【具體實(shí)施方式】 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的說(shuō)明。 如圖1所示，為本專利技術(shù)的測(cè)量原理結(jié)構(gòu)框圖。 由電感Li和電容器組成的LC串聯(lián)電路的諧振頻率f。為：(1) 式（1)中，Li為固定諧振電感值，Cp是電容器寄生電容，Cp可通過(guò)儀器測(cè)量出具體 值，Cxi為電容器等效電容，Cp大小與諧振頻率有關(guān)。 電容器等效電容Cxi與±壤介電常數(shù)的關(guān)系式為： Cxi= 5e(2)式（2)中，5為電容器極板的幾何因子，5可通過(guò)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定出具體值，e為極板 間±壤的介電常數(shù)。根據(jù)化rkelrath的半理論半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式； 0、二口V&.+A (3) 式（3)中，a,b是校正參數(shù)，需要根據(jù)±壤類型不同進(jìn)行校正，e為±壤的介電常 數(shù)，0、為±壤的體積含水量。由式（2) (3)得知±壤體積含水量0Y的變化會(huì)引起電容器 極板間電容值的變化，電容值改變后，由式（1)得知LC電路的諧振頻率也會(huì)改變。[005引由式（1)似做得出諧振頻率片與±壤的體積含水量0V的關(guān)系式：… 式（4)中，Li為固定諧振電感值，Cp是電容器寄生電容，5為電容器極板 CT 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于單片機(jī)的土壤體積含水量的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：將電容器串聯(lián)一個(gè)電感L1，組成LC電路；步驟2：建立步驟1中所述LC電路的諧振頻率f0與土壤體積含水量θv的關(guān)系式；步驟3：根據(jù)步驟2中所述的關(guān)系式建立若干個(gè)諧振頻率f0與若干個(gè)土壤體積含水量θv一一對(duì)應(yīng)的表格；步驟4：所述LC電路連接測(cè)量電路；步驟5：將待測(cè)土壤放在所述電容器的兩極板間；步驟6：調(diào)整LC電路的頻率值為步驟3中所述的若干個(gè)諧振頻率f0的值，并且在每個(gè)頻率值下測(cè)量電路采集所述電容器兩極板間的電壓值并記錄，得到若干個(gè)電壓值；步驟7：確定步驟6中所述若干個(gè)電壓值中的最大電壓值，所述最大電壓值對(duì)應(yīng)的LC電路的頻率值即認(rèn)定為L(zhǎng)C電路的諧振頻率f0，查詢步驟3所述的若干個(gè)諧振頻率f0與若干個(gè)土壤體積含水量θv一一對(duì)應(yīng)的表格得到土壤體積含水量θv。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郇戰(zhàn)，戴永惠，王振海，陶亞輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：常州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32