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微波传输线理论在紫色土水分测量中的应用研究

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第一章文献综述

1.1 引言

1.2土壤水分测量技术现状

1.3土壤水分测量方法

1.3.1烘干称重法

1.3.2瓶筒法

1.3.3中子衰减法

1.3.4张力计法

1.3.5近红外法

1.3.6热传导法

1.3.7介电法

1.4土壤水分测量方法发展趋势

第二章绪论

2.1研究的背景及意义

2.2主要研究内容

2.3主要技术路线

第三章土壤水分传感器测量原理

3.1 引言

3.2土壤水分介电测量原理

3.3介电常数理论分析

3.4传输线理论

3.4.1传输线方程

3.4.2传输线的传输特性

3.4.3传输线工作状态

3.5基于微波传输线理论的土壤水分测量技术

3.6传感器参数选择

第四章传感器信号频率和传输线长度

4.1 引言

4.2实验方案

4.2.1实验原理

4.2.2实验仪器和材料

4.2.3实验步骤

4.3传感器频率和传输线长度的研究

4.4实验精度对比

第五章硬件电路与软件编程

5.1引言

5.2土壤水分测量仪系统设计

5.3土壤水分测量仪硬件电路

5.3.1信号源电路

5.3.2检波电路

5.3.3微控制器

5.3.4显示电路

5.3.5电源

5.4软件编程

5.4.1 C语言编译器及开发环境

5.4.2软件程序

第六章系统测量精度分析

6.2系统测量精度分析

第七章结论与建议

7.1 结论

7.2建议

参考文献

致谢

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摘要

土壤水分含量是土壤的一项重要指标,它在农业的生产、灌溉以及基础理论研究中具有重要作用。对土壤水分进行实时监测,有助于作物的生长、提高肥料的利用率以及避免水资源浪费。土壤水分的快速、实时测量是实施精细农业的关键。中国是一个农业大国,研制开发一种实时性好、成本低、精度高的土壤水分测量技术显得尤为重要。
   本文从测量原理方面研究了基于微波传输线理论测量土壤水分含量的方法,根据土壤水分测量要求设计了传感器和测量系统。所做的主要工作如下:
   1.对土壤的介电常数与土壤的水分含量关系进行了理论分析。从理论上探讨了利用微波传输线理论测量土壤水分的可行性以及原理方法。
   2.在理论分析的基础上,确定传感器高频信号与传输线长度之间的关系。被测土样选择在西南地区广泛分布的紫色土。通过理论分析设计不同的高频信号频率和对应的传输线长度,在室内通过实验测定土壤水分含量,通过对比分析筛选出测量误差最小,精确度较高的信号频率和对应的传输线长度作为传感器的信号源频率和传输线长度。该信号频率是130MHz,对应的传输线长度为0.5769m。
   3.设计测量系统的硬件电路。信号源电路采用MC1648单片集成振荡芯片,检波电路采用半波滤波整流电路,微控制器选择dsPIC30F2010芯片,显示芯片选择HD44780,此硬件电路结构简单,性能可靠,成本较低。
   4.应用c语言进行软件编程,对硬件电路进行实验调试和修正。
   5.将测量系统用于野外农田水分测量,把测量结果与烘干法对比。结果表明该系统测量精度基本满足设计要求。

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