市场上广泛使用的大多数土壤湿度传感器都是探针类型：它们只能检测土壤表面水分，必须与土壤直接接触，从而破坏土壤结构。此基础上，STM32微控制器是基于智能传感，无线传输，电子信息和其他物联网技术的核心，可开发出一种新型管状传感器，能够同时测量参数。一段不同深度的土壤，不破坏土壤环境。节水，智能灌溉，精准农业等具有重要的实际意义。
在像中国这样的大农业国家拥有广阔的市场前景。
状传感器;土壤水分测量;周边场效应;无线传输中图分类号：TP212; S951.4 1文献标识码：A文章编号：2095-1302（2018）03-00-04引言中国是一个财产。展农业大国13亿人口，农业稳定发展对中国具有重要意义[1]。发达国家相比，中国农业用水率极低，农业用水浪费十分普遍。有大力发展现代农业，确保农产品供应充足，才能保证中国经济的持续快速发展，实现“两百年”的目标[2] 。资源在农业应用中起着关键作用，土壤水分含量是影响作物生长过程的重要物理参数[3]。当前严重的水污染和淡水短缺的情况下，研究和推广节约用水的技术和设备，以及农业的发展，以节省资金。是改善水资源利用的重要手段[4]。此，研究和开发土壤湿度传感器来实时监测土壤对农业发展至关重要[5]。前，市场上的土壤水分检测仪器主要依赖于与地面直接接触的探针传感器。了获得土壤剖面的水分测量，有必要沿着剖面整合探头探头，这会对土壤结构造成严重损坏。难满足测量土壤剖面含水量的需求[6]。虑到这一点，本文设计并开发了一种地基管状湿度传感器，能够在检测水分的同时检测温度，并实时测量不同深度的湿度和温度。壤主要由三部分组成：固体颗粒，水分和气体。壤含水量是土壤含水量的基本概念，通常用两种基本方法表示：土壤含水量（θm）和土壤含量（ θv的）。域分解的方法是由荷兰专家Hilhorst在1992年提出的。方法使用矢量电压测量技术，通过适当的高频和低频消除土壤介电常数的实部和虚部。中，土壤的含水量可以从介电常数的虚部推断出来，常数的虚部与土壤的电导率有很强的相关性，从而转化土壤的含盐量。土壤水分测量的角度来看，基于频域分解法的水基仪器方法比初始驻波比法更难。究或批量生产。此，在持续的技术创新之后进入市场。状土壤湿度传感器设计本文设计了一种基于电容条纹效应的管状土壤湿度传感器。感器工作在埋在地下的PVC管道中，应与特殊收集设备[7]。感器的优点在于测量探针不与地面直接接触，并且可以同时测量同一部分中不同深度的湿度。
头的主要组件是MC1648压控振荡器芯片。集的数据通过GPRS无线通信统一发送到远程服务器，管状土壤水分检测结构的功能图如图1所示。中，无线传输模块使用SIM900模块，用于通过GPRS通信协议与远程服务器传输数据。感器的结构设计本文设计了一种新型的管状地板传感器：PVC外壳垂直埋在地下，每个外壳都设有多个探头节点，测量深度可以增加或减少数量探测节点。在一起。何结构如图2所示。个探针节点由一对尺寸均匀且相对平行的铜环组成。环的外径为55mm，内径为53毫米，高度为25毫米，在两个铜环之间的间距为10mm，交叉是由PVC制成，其直径内部为57毫米，厚度约为3毫米。者之间的距离固定为10厘米，这意味着同一部分的土壤参数可以同时测量，相隔10厘米。感器的设计必须避免铜环摆动或与PVC环发生严重摩擦。的底部必须密封，以防止湿气进入损坏的探头。旦传感器埋在地下，没有特殊情况就不会将其移除。感器传感器采用不直接接地的结构，不破坏土壤结构，采集数据可靠，传感器采用管状结构，可同时测量土壤水分和温度。一部分的深度。体要求硬件电路设计探针电路设计土壤湿度管探针电路由三部分组成：振荡电路，整个电路和分频电路，如图3所示一对铜环用作连接到电路的电容器，电感器L构成振荡电路LC。择适当的电感值L，使得谐振频率位于80-150MHz并传输到通过格式化和分频处理芯片。荡电路该部分电路使用MC1648压控振荡器芯片。
E1648相比，它的功能差别不大，但外壳的类型不同。MC1648采用SOP-8封装，E1648采用14引脚直插式封装。MC1648的TANK和BIAS引脚连接到电感器L1和铜环P1，以形成振荡电路。中，T1是一个互感器，其作用是滤除抑制干扰，该信号被连接到经由输出插脚OUT的电容器，其振荡频率约为80〜150兆赫。着土壤的含水量变化，由铜金属环形成的电容器P1的有效电容也发生变化，从而引起输出频率的变化。频电路的OUT引脚提供谐振电路产生的高频正弦信号，该信号不能直接发送到STM32 MCU进行处理，因此需要进行分频处理。文的设计是将高频分频两次，第一频分采用MC12080芯片。芯片具有一系列分频÷10/20 /÷40/80，可调节SW1，SW2和SW3的电平。电平用于确定交叉比率，12080的最大工作频率高达1.1 GHz，可满足需求。本文中，SW1和SW3悬空，SW2被设置为高电平，并且在第一级40一楼的分频器电路示于图5中的第一级的频率的除法后，将振荡频率为约3至4 MHz和所述第二分频nécessaire.A这个阶段，74HC4040芯片用作分频的第二电平，如图6所示的振荡电路整形电路产生的正弦波信号，恒温阀芯并且必须最后测量振荡信号的频率，其中所述第一级的分频电路后增加了一个LMV7239M7X比较器把正弦信号转换成同一个方波信号频率。由Vout的第1针发布。控制器设计MCU采用ST的ARM3设计的STM32F103系列MCU; MCU是一个改进的系列，具有多个串行端口和众多外围资源，足以满足此设计的要求。于DS1302Z时钟芯片的实时时钟电路，晶体振荡器电路和STM32内部的时钟电路构成了单片机的时钟模式。
据不同的硬件连接，分为内部时钟和外部时钟，并根据不同的要求选择时钟电路。控制器的外部时钟由两个振荡电路和晶体XT1CLK XT2CLK，它们在32.768 kHz和OSC32销微控制器的连接到晶体振荡器，以及晶体振荡器8MHz的，OUT引脚分别连接。时时钟电路如图8所示。醒电路地面传感器可以埋在远离监控中心的位置，除了下面讨论的具体电源方法外，设备应该是还可以最大限度地减少电能消耗。于土壤含水量是一个渐进的过程，两个相邻的测量时间间隔通常很长。此，除了测量时间之外，剩余的非活动时间必须使微控制器处于待机或待机模式。
是，出于实际原因，需要在MCU休眠时添加一个按钮并按下它以执行实时测量（参见图9）。图9中，引脚1和2连接到指示器引脚，引脚3和4连接到外部按钮。果您需要立即测量，按bouton.A此时，引脚3和4activées.Lorsque释放按钮，STM32是PA0引脚上réveillera.Un边缘唤醒微控制器和STM32开始收集数据。被放置在高水平的短时间内。体管Q13导通，引脚1和2之间的LED指示灯亮，表示操作已完成。源控制电路的接地传感器应长时间放置在农田上并远离控制中心，这是传感器维护的一个缺点。设计采用光伏电池的互补供电方式，为了提高供电的可靠性，有必要对稳定的太阳能光伏电压和电池电压进行监测。ADS1115是高精度的具有能够执行转换操作高达860个样品每seconde.L’ADS115具有多路复用器提供两个差分输入或四个简单的16位的分辨率的模拟 – 数字转换器。入ADS1115 ADC芯片用于PV电压和电池电压的非对称采集，电路如图10所示.PV 和P-分别为正极和负极。阳能光伏，而BAT 和B-是电池的正极和负极。ADS11115的工作范围为2至5.5 V.为确保输入电压不超过测量范围，需要进行部分电压处理。
源模块的设计不会损坏接地结构，一旦安装了传感器，应尽可能少地拆除。此，供电问题至关重要：为解决长距离供电问题，采用光伏蓄电池 的互补供电方式，太阳能供电系统在供电期间供电。电池并在没有光线的情况下供电。了延长供电时间，除了在图中提到的光生伏打电力系统的附加进料时，探针测量模块和中央处理器的数据处理模块必须最小化消耗能量，例如多探针电源。需要数据采集时，供电并且剩余空闲时间使模块进入待机或关闭电源，从而最小化功耗。源模块的总体结构如图11所示。文档中使用的太阳能光伏发电机提供6 V的稳定电压，而传感器系统的工作电压大多为3.3 V ;因此有必要减少它。片运行所需的5 V电源增加了3.3 V.电池充电管理电路在逐步减少太阳能光伏能源之后，除了直接测量太阳能系统的电源外。感器，它还为储能电池充电。般结构如图12所示。控芯片采用MM3077FNRE，开关器件1和开关器件2均为P沟道MOSFET晶体管，太阳能光伏和电池均为正极。池的功率决定了DO和CO引脚的输出的高电平和低电平，从而控制开关器件的开关。电池充满电时，开关设备1关闭，电池不再充电。没有照明的情况下，电池由电池供电。了避免电池过度放电，当检测到电池的电量低于某个阈值时，开关装置2断电并且电池停止，这使得可以获得光伏电池的互补电源 。量传感器功率设计由于难以维护与长距离功率相关的设备，因此降低设备的功耗并延长设备的使用寿命尤为重要。作。此，除了功率模式的特定设计之外，还需要优化传感器的操作模式。头功率模式的设计如图13所示.5V电源不直接为探头供电，但电源的电源开关由MOSFET开关器件控制。EN激活端子连接到单片机。
探头收集数据时，输出EN为低电平，齐纳二极管D1被分解，Q1被激活，Q1在剩余的不活动时间内被去激活。闭电源抗干扰和低功耗设计抗干扰设计硬件电路必须设计有各种抗干扰措施，包括本文档中描述的高频信号电路。此，从部件的布置到焊接，必须遵守电磁场的兼容性理论。
这篇文章中，采取了以下措施防止干扰：去耦电容器连接到每个芯片的VCC引脚，提高除去低频率的噪音信号中，印刷电路上的线宽度适当，距离尽可能短，紧凑的外观和尽可能低的配置。果信号传输丢失，则将大表面铜放置在空白处，模拟电路部分尽可能与数字电路部分分离，数字地通过模拟地连接到模拟地。感。耗设计本文件设计的土壤湿度传感器主要适用于农田。源模式采用太阳能光伏电池 蓄能器的互补供电方式。决问题低能耗，采取以下措施：除测量时间外，其余时间传感器的传感器停止供电，微处理器处于待机或关闭状态其他芯片，可显着降低能量损失。择电路器件时，请尝试使用低功耗设计芯片，例如不使用内联机箱且功耗相对较小的芯片盒。论本文旨在研究一种非接触式土壤湿度传感器，主要用于农田水分测量系统，主要由湿度传感器探头，恒温阀芯主板控制器组成。PVC外壳。主要特点如下：（1）管状测量方法克服了传统针式传感器的缺点，只能测量表面水分。项目的土壤湿度传感器是一种管状传感器，与传统的针头探针结构相比具有很大的优势。装置的寿命来看，管状传感器是外部的PVC套管，难以腐蚀。于该测量的精度，传感器针具有在测量土壤水分至一定深度，并在点掩埋挖，理由是它不保证的水分含量挖掘后的土壤与挖掘前的土壤相同。状传感器必须只插入在土壤中的外壳，并在同一区段的不同深度的土壤中的水含量可以同时在不影响土壤湿度的自由交换来测量;从土壤保护的角度来看，使用管状传感器。不涉及挖掘地面并提供最大的地面保护。（2）适用于传感器的长期操作补充喂养模式光存储：通过从远程控制中心安装远一些传感器农业用地和安装没有定期去除设备的位置更换电池，否则会产生农作物。境令人不安。伏电池的该项目所采用的补充喂养可以最小化传感器的能量消耗，提供长期的字段用于其操作的条件和改善的采集稳定性和连续性远程数据。（3）利用GPRS无线传输技术实现远程传感器数据采集。准农业是指一套基于空间变异性，时间安排和定量实施的现代农业经营技术和基于信息技术的管理系统。信息的发送无疑是本系统的一个重要因素：所收集的土壤参数被发送到远程服务器中的时间，决策者可以指灌溉和音量选择灌溉的最佳时机农作物，从而实现对灌溉的智能和精确控制。大提高了农业生产的效率。
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