【正文】 原理電路圖 Power supply schematic circuit 系統(tǒng) 整體 電路原理圖 本文中的土壤水分測量儀的電路基于 ATMEGA16 單片機為核心的微機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)電路共分為三個部分，分別是采集電路、單片機接受處理信息數(shù)據(jù)電路和顯示電 路。但其編譯的程序無法在不同的處理器上執(zhí)行，缺乏 可移植性 ，而且只能針對特定的 體系結(jié)構(gòu) 和 處理器 進行優(yōu)化，開發(fā) 效率 很低，難于調(diào)試， 周期 長且 單調(diào) 。該方法其主要功能是為錄入測量值并將其與相應的上下限控制范圍進行比較，然后再根據(jù)內(nèi)部的控制運算方法對各控制系統(tǒng)進行開啟和關(guān)閉的操 作。正常運行時，顯示出土壤含水率，保持數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。 （ 2）各取土層應均勻取土，不能只取一點。 各土壤的物理性質(zhì)如下 表 3 所示 ： 表 3 不同土壤的物理性質(zhì) Table 3 Physical properties of different soils 土壤類型 物理粘性（ %） 容重（ g/cm3） 粘土 75 壤土 38 砂土 15 土樣的制作過程：準備好現(xiàn)成的 粘土、壤土和 砂 土 ， 分別裝入 鋁盒中， 為了保證數(shù)據(jù)的可靠性 ， 以及排除試驗的偶然性。本文中是采用 TDR 法測量土壤含水量，依據(jù)的原理是 電磁波的傳播速度隨介電常數(shù)而改 變的特性 。j3。 節(jié)能措施 為了延長 土壤水分 采集電路電池的工作時限，節(jié)能是系統(tǒng)的重要方面。系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計過程中，嚴格遵循設(shè)計原理和用途，先后經(jīng)歷了 水分傳感器 、 A/D 轉(zhuǎn)換器 、單片機、鍵盤、顯示器、測量電路和電源電路等，具有配合度高和耦合性強 的特點 。從選題、撰寫到定稿，匡老師給予了我很多及時且建設(shè)性的指導意見，我在論文中的每一點進步，無不凝聚著恩師的心血。同時，也感謝美麗的湖南農(nóng)業(yè)大學，為我們提供良好的學習環(huán)境以及優(yōu)質(zhì)的教學資源。感謝你們的愛，讓我學會了寬容與理解。寫論文的過程中，匡老師一直關(guān)注論文的進展情況，以其獨特的教學風格不僅提高了我的專業(yè)知識水平，而且還傳授許多為人處世的 道理 。 （ 2）測量電路工作 十分穩(wěn)定，具有抗雜散、高分辨力的特點 。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD7705 和無線傳輸模塊 XL03232AP2 也設(shè)置于休眠待機狀態(tài)，當采集定時時間到，才轉(zhuǎn)換和 發(fā)射數(shù)據(jù)。i++) {if (readAD[i]readAD[i+1]) {btemp=readAD[i]。 圖 15 土壤鹽分對測量結(jié)果的影響 Soil salinity affect the measurement results 6 系統(tǒng)抗干擾和節(jié)能設(shè)計 抗干擾措施 快速土壤水分測量儀 可能需要經(jīng)常去野外作業(yè)，因工作環(huán)境差，容易受到各種外界因素干擾。 再用制作好的 水分測量儀 分別去測量三種不同土壤的含水率 ，并將測量結(jié)果進行比較 。 （ 3）盛土鋁盒使用完之后應清掃干凈。用 1/10 至 1/100 精度的天平稱重記錄。 本文中的軟件 模塊由 主程序 ， 水分 傳感器測量子程序， 顯示子程序、鍵盤掃描處理程序等模塊組成 。 C語言具有簡潔緊湊、靈活方便、運算符豐富、數(shù)據(jù)類型豐富、程序執(zhí)行效率高和可移植性好等優(yōu)點。 同時經(jīng)過單片機通訊口送至無線傳輸模塊，進行無線傳輸。 AD7705 的主要特性有以下幾點： （ 1）具有 16 位無丟失代碼 （ 2）非線性小于 % （ 3）增益可編程，調(diào)整范圍為 1— 128 （ 4）輸出數(shù)據(jù)更新率可編程 （ 5）三線串行接口與 SPI， QSPI， MICROWIRE 及 DSP 兼容 （ 6）功耗低，工作電壓 3V 時，最大功耗 1mW，等待電流最大值 μ m 電源 的 電路設(shè)計 單片機和外圍電路的正常工作電壓是 5V。 1602LCD 作為顯示器件，該顯示器體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中，能夠很好地與 ATMEGA16 單片機無縫連接。 ATMEGA16 是基于增強的AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器 ， 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個通用工作寄存器。 （ 2） 外部以環(huán)氧樹脂純膠體封裝，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。 其中 FDS 系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4 所示 ： 圖 4 TDR型傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 The structure of TDR sensor 9 本文 根據(jù)設(shè)計要求 采用 FDS－ 100 土壤水分傳感器， 由 100ＭＨｚ的高頻信號源、標準同軸電纜和土壤探頭組成。設(shè)計出來的土壤水分測量系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)儲存等功能。無論何種介電材料 ， 它 的物理 通用 模型都可以用如圖 1 所示的 RC 并聯(lián)等效電路來描述。表示電介質(zhì)在電場中貯存 靜電能 的相對能力。液體物質(zhì)主要指 土壤水分 。 傳感器法測定土壤水分的精度受傳感 器的設(shè)計、工藝制造等方面的影響，現(xiàn)在還處在進一步研制階段。烘干法還有紅外法、酒精燃燒法 和烤爐法等一些快速測定法。具體內(nèi)容有以下幾點： （ 1）完成土壤水分采集電路的設(shè)計； （ 2）單片機系統(tǒng)的設(shè) 計，以及相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法設(shè)計； （ 3） 實物 的制作，相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)，測量精度達到 95%以上，響應速度 ? 2S； 2 土壤水分測試方法 土壤是一種非均質(zhì)、多相、分散和顆?；亩嗫紫到y(tǒng)，由于物理特性復雜、空間變異大，造成了水分測量的難度。已經(jīng)由最初的烘干法測試土壤水分發(fā)展到利用各種傳感器或者射線等科學方法實現(xiàn)快速、無損傷 的測量土壤含水量。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 3 針對土壤水分快速測量的方法，國內(nèi)外專家學者做了大量的研究工作，特別是國外的學者這方面起步較早，研究成果相對較多。 另外，我國水資源地區(qū)分布極其不平衡， 81%的水資源集中分布在長江流域及其以南的地方。 measuring instrument 1 前言 本 課題 研究的目的和意義 水是農(nóng)作物生長的基本要素之一，同時也是作物有機體的重要組成部分。 作者簽名： 年 月 日 III 目 錄 摘 要 ...................................................................................................................................... 1 關(guān)鍵詞： .................................................................................................................................. 1 1 前言 .................................................................................................................................... 2 本課題研究的目的和意義 ...................................................................................... 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 .......................................................................................... 2 本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新研究成果 ...................................................................... 3 2 土壤水分測試方法 ............................................................................................................ 3 3 土壤水分測量的基本原理 ................................................................................................ 5 土壤的基礎(chǔ)知識 ...................................................................................................... 5 土壤的介電物理性質(zhì) .............................................................................................. 5 介電常數(shù)的概念 ............................................................................................ 5 土壤介電物理模型的等效電路 .................................................................... 6 TDR 測定土壤水分的工作原理 ............................................................................. 6 4 系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計 .................................................................................................... 7 系統(tǒng)的總體設(shè)計 ...................................................................................................... 7 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .......................................................................................................... 8 土壤水分傳感器的選擇 ................................................................................ 8 單片機的選擇 .............................................................................................. 10 鍵盤的選擇 ................................