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機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)-快速土壤水分測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)-wenkub.com

2024-11-27 20:15 本頁(yè)面
   

【正文】 在未 來(lái)的日子里 ,我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)和工作,不辜負(fù)父母對(duì)我的殷殷期望 。感謝曾經(jīng)教育和幫助過(guò)我的所有老師,是你們的辛勤教育威武打下了知識(shí)基礎(chǔ)。值此論文完成之際,謹(jǐn)向匡老師致以深深的感謝和崇高的敬意。 參考文獻(xiàn) [1] 龔元石 ,李春友, 李 忠 .農(nóng)田土壤水分測(cè)定三種方法的比較 [J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) , 1997, 2( 3) :5358. [2] 周凌云 .中子儀測(cè)定土壤含水量的幾個(gè)問(wèn)題 [J].核農(nóng)學(xué)通報(bào) , 1993, 14(6): 276278. [3] 馬孝義 , 熊運(yùn)章 .土壤水分介電測(cè)量方法的潛力分析 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) , 1995, 11(2): 2126. [4] 周凌云 , 陳志雄 , 李衛(wèi)民 .TDR 法測(cè)定土壤含水量的標(biāo)定研究 [J].土壤學(xué)報(bào) , 2021, 01: 5964. [5] 逢春浩 .土壤水分測(cè)定方法的新進(jìn)展 [J].干旱區(qū)資源與環(huán)境 , 1994, 8(2): 6976. [6] 吳月茹 , 王維真 , 晉銳 等 .TDR 測(cè)定土壤含水 量的標(biāo)定研究 [J].冰川凍土 , 2021, 02: 262267. [7] 張學(xué)禮 , 胡振琪 , 初士立 .土壤含水量測(cè)定方法研究進(jìn)展 [J].土壤通報(bào) , 2021, 01: 118123. 23 [8] 甄國(guó)涌 , 寧合偉 , 賈成偉 .某測(cè)試臺(tái)用高精度數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) [J].火力與指揮控制 , 2021,11: 118119+124. [9] 魏勛,盧洪武 .土壤水分測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) [J].中國(guó)科技核心期刊, 2021, 26( 12) : 4647. 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[24] 蔣文鵬 .土壤水分監(jiān)測(cè)儀表的研究 [D].沈陽(yáng):沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué), . 致謝 本論文是在匡迎春老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。 ( 3)供單片機(jī)和外圍設(shè)備的直流電源輸出電壓為 5V 直流,體積小、重量輕、可靠性高的特點(diǎn),而且具有過(guò)流保護(hù)及短路保護(hù)功能。 采用LCD顯示器顯示數(shù)值非常直觀(guān)。自制的快速土壤水分 測(cè)量?jī)x實(shí)物圖如圖 13 所示,功能全,可以同時(shí)采集 8 種土壤水分 信息;體積?。?11cm 9cm ),重量輕(約200g),功耗低(平均功率僅 800mW),工作電壓僅為 7V~ 12V,操作簡(jiǎn)易,成本低,響應(yīng)速度快(≤ 1S),精度高(≥ 95%)。另外,在實(shí)際情況允許下,降低無(wú)線(xiàn)模塊的比特率,從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力 。 readAD[i]=readAD[i+1]。 for (j=0。 尤其是無(wú)線(xiàn)電發(fā)射容易干擾單片機(jī)系統(tǒng)的工作。我們都知道加入鹽之后,因土壤中正離子增多,土壤的電導(dǎo)率將變大,故土壤的導(dǎo)電性能也相應(yīng)會(huì)發(fā)生變化。 繪制出不同土壤類(lèi)型測(cè)量結(jié)果的曲線(xiàn)圖 14,如下圖所示: 圖 14 不同土壤類(lèi)型測(cè)量結(jié)果的曲線(xiàn)圖 Different soil types graph of measurement results 從上圖中可以看出土壤種類(lèi)對(duì)測(cè)量的結(jié)果雖然還是有一點(diǎn)影響,但總的來(lái)說(shuō)影響不大。 土壤編號(hào) 烘干法測(cè)量值 測(cè)試值(%) 精確度 1# % 2# % 3# % 4# % 5# % 6# % 7# % 8# % 9# % 10# % 0510152025303540451 2 3 4 5 6 7 8 9 10烘干法測(cè)量值(%)測(cè)試值(%) 19 土壤種類(lèi)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響 本次土壤取樣分為粘土、壤土和沙土。 根據(jù)上述測(cè)試方法,分別 采集了 10 不同 土壤 (粘土) 樣本,由前面分析可知土壤容重ρ為 。溫度低了,土壤的水分不能完全跑出,也影響測(cè)量結(jié)果。為了是測(cè)量的誤差減小,取約濕土重量為 30 至 50g。 顯示模塊可以顯示各種參數(shù)信息。 在主程序中,初始化各項(xiàng)參數(shù),當(dāng)按鍵被按下,測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始工作,其相應(yīng)的主程序流程如圖 10所示: 16 開(kāi)始 初始化 有無(wú)按鍵操作? 結(jié)束 執(zhí)行鍵功能 Y N 開(kāi)始 LCD 初始化 設(shè)置顯示地址 送顯示數(shù)據(jù) 結(jié)束 N 圖 10 主程序流程圖 The main program flow chart 部分子 程序設(shè)計(jì) ( 1) 鍵盤(pán) 程序 模塊 。 逐步求精 的結(jié)果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。 C 語(yǔ)言作為通用的高級(jí)語(yǔ)言,大幅度提高了單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的效率, 充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。匯編語(yǔ)言特點(diǎn)是保持機(jī)器語(yǔ)言的一致性, 直接 、 簡(jiǎn)捷 ,并能像機(jī)器指令一樣 訪(fǎng)問(wèn) 、 控制 計(jì)算機(jī)的各種 硬 15 開(kāi)始 初始化 是否外部中斷? 顯示數(shù)據(jù) 結(jié)束 啟動(dòng) A/D 數(shù) 據(jù)處理 Y N 件 設(shè)備,具有目標(biāo)代碼 簡(jiǎn)短 ,占用 內(nèi)存 少,執(zhí)行 速度 快。 電路中 4 路按鍵用于數(shù)據(jù)的采集時(shí)間間隔、顯示參數(shù)類(lèi)型的設(shè)置。第四,濾波后的直流電壓再通過(guò) 7805 三端穩(wěn)壓集成電路,便可得到基本不受外界干擾的穩(wěn)定直流電壓輸出,供給單片機(jī)和外圍電路使用。本文依據(jù)此要求設(shè)計(jì)出 5V 直流穩(wěn)壓電源,以滿(mǎn)足系統(tǒng)正常工作需求。具有三線(xiàn)串行接口,可通過(guò)軟件編程設(shè)置增益值、輸入信號(hào)極性及數(shù)據(jù)更新速率 。其特性如下: ( 1) 模塊最佳工作電壓 ,對(duì)比度可調(diào) ( 2)內(nèi)含復(fù)位電路 ( 3)提供各種控制命令 ,如:清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 ( 4)有 80 字節(jié) 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM ( 5)內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣 的字型的字符發(fā)生器 CGROM ( 6) 工作電流 :() 系統(tǒng)選用了 字符型液晶顯示 器 ,它是 一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD,目前常用 16*1, 16*2, 20*2 和 40*2 行等的模塊。 輸入電路采用 4 個(gè)按鍵,鍵盤(pán)類(lèi)型為獨(dú)立鍵盤(pán),各按鍵彼此獨(dú)立 ,每個(gè)按鍵占用并行輸入端口的一條端口線(xiàn), CPU 通過(guò)檢測(cè)端口線(xiàn)的電頻狀態(tài),確認(rèn)按鍵是否閉合,并進(jìn)行相應(yīng)處理。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元 (ALU)相連接,使得一條指令可以在一個(gè) 時(shí)鐘周期 內(nèi)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。因此單片機(jī)的選擇,對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及功能的擴(kuò)展有著很大的影響。土質(zhì)影響較小,應(yīng)用地區(qū)廣泛。3% ( 9) 工作溫度范圍: 40℃ ~ 85℃ ( 10) 工作電壓: 5~ 12V(電壓型) 12~ 24V(電流型 ( 11) 工作電流: 21~ 26mA,典型值 21mA(電壓型) ( 12) 測(cè)量主頻: 100M h ( 13) 電壓型 0~ DC ( 14) 電流型 0~ 20mA ( 15) 測(cè)量穩(wěn)定時(shí)間: 2 秒 ( 16) 響應(yīng)時(shí)間:< 1 秒 ( 17) 測(cè)量區(qū)域:以中央探針為中心,圍繞中央探針的直徑為 7cm、高為 7cm 的圓柱體 ( 18) 電纜長(zhǎng)度: 米 (標(biāo)配 ) 其 土壤濕度傳感器 實(shí)物如下圖 5 所示: 10 圖 5 FDS- 100土壤水分傳感器 FDS100 soil moisture sensor 該傳感器 廣泛應(yīng)用于節(jié)水農(nóng)業(yè)灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場(chǎng)、土壤速測(cè)、植物培養(yǎng)、科學(xué)試驗(yàn)等場(chǎng)領(lǐng)域。探頭由直徑為 3mm 的 3 根不銹鋼針構(gòu)成,鋼針采用優(yōu)質(zhì)材料,可經(jīng)受長(zhǎng)期電解,可經(jīng)受土壤中的酸 堿腐蝕。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖 3 所示 : 圖 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 框 圖 Block diagram of the system 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 土壤水分傳感器 的選擇 20 世紀(jì) 80 年代, TDR 法在土壤水分的測(cè)量方面受到重視。主要由五大部分組成,其中 土壤 水分 傳感器 實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)信號(hào)的功能, 使各種土壤水分參數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào) , 然后進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換, 將外部測(cè)量信息通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的輸入和控制的 數(shù)字信號(hào) ,并經(jīng)單片 機(jī)內(nèi)部處理程序的運(yùn)算分析將結(jié)果反饋給顯示電路,通過(guò)顯示器顯示土壤含水率 ,完成對(duì)土壤水分的測(cè)量 。 其工作原 理 為 信號(hào)源發(fā)射的電磁波,經(jīng)過(guò)同軸傳輸線(xiàn),到達(dá)土壤探頭,然后返回信號(hào) 源;在傳輸線(xiàn)上,入射波和反射波疊加形成駐波,駐波的波峰和波谷形成電壓差Δ V,Δ V 與探頭的阻抗 Z 相關(guān),而阻抗 Z 又與土壤的介電常數(shù)ε相關(guān),通常介電常數(shù)ε與土壤的容積含水率 V? 存在函數(shù)關(guān)系,如式( 1)所示: 362422 ???? ???? ?????????V ( 1) 由此,根據(jù)電壓差Δ V 便可得出土壤容積含水率。 圖 1 土壤電介質(zhì)測(cè)量模型的等效電路 An equivalent circuit model to measure soil dielectric figure 由上圖可知,通過(guò)矢量電壓表可以得到電壓和相角, 查閱相關(guān)資料,根據(jù)探針導(dǎo)納的計(jì)算公式 為: 其中: i— 探針上的電流
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