[发明专利]一种基于单片机的土壤体积含水量的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于农业测量技术领域，具体涉及土壤体积含水量的测量。

背景技术

土壤的水分含量是精细农业节水灌溉中测定的重要参数。通过对土壤水分含量的实时监测，可以了解农作物的生长规律，为农作物提供一个适宜的生长环境具有重要意义。

介电特性法是土壤含水量测量中常用的方法。介电特性法是利用土壤的介电特性对土壤的含水量进行测定。土壤介电常数ε的变化能很好地反应土壤的体积含水量θv的变化。

介电法中有时域法(TDR)，频域法(FDR)，电容法等常用方法，至今国内外的研究人员就TDR(时域反射法)研究最多最广，TDR法是目前普遍认可的准确测量土壤水分含量的方法，与烘干法一同作为标定其他水分测量仪器的标准。TDR方法目前电路复杂设计难度大，不可以测量较浅的土壤；并且仪器价格昂贵，在现阶段不能推广和普及。

FDR方法在野外进行水分监测应用中，因土壤类型不同而需要标定或校正。在低频时，容易受到土壤盐分、质地和容重的影响。由于TDR与FDR两种传感器在价格上比较昂贵，无法大面积的使用，为此，本发明提出了一种智能化、精度高、成本较低的土壤体积含水量的测量方法。

发明内容

为了克服上述现有技术中TDR方法电路复杂、设计难度大，不可以测量较浅的土壤，并且仪器价格昂贵；以及FDR在低频时，容易受到土壤盐分、质地和容重的影响等缺陷，本发明提出了一种基于单片机的土壤体积含水量的测量方法，采用的技术方案为：

一种基于单片机的土壤体积含水量的测量方法，包括如下步骤：

步骤1：将电容器串联一个电感L1，组成LC电路；

步骤2：推导步骤1中所述LC电路的谐振频率f₀与土壤体积含水量θ_v的关系式；

步骤3：根据步骤2中所述的关系式建立若干个谐振频率f₀与若干个土壤体积含水量θ_v一一对应的表格，

步骤4：将测量电路连接所述LC电路；

步骤5：将待测土壤放在所述电容器的两极板间；

步骤6：调整LC电路的频率值为步骤3中所述的若干个谐振频率f₀的值，并且在每个频率值下测量电路采集所述电容器两极板间的电压值并记录，得到若干个电压值；

步骤7：确定步骤6中所述若干个电压值中的最大电压值，所述最大电压值对应的LC电路的频率值即认定为LC电路的谐振频率f₀，查询步骤3所述的若干个谐振频率f₀与若干个土壤体积含水量θ_v一一对应的表格得到土壤体积含水量θ_v。

进一步地，

所述步骤1中所述电容器的上极板连接所述电感L1的一端，所述电容器的下极板接地；所述电感L1的另一端作为LC电路的输入端；

进一步地，

所述步骤4中测量电路包括：稳压电源电路、单片机、D/A转换电路、压控振荡器、基准电压电路、LCD驱动电路、LCD显示屏、JTAG调试电路、复位电路、晶振电路；

所述单片机的一个输入端连接所述电容器的上极板，所述单片机的输出端连接所述D/A转换电路，所述D/A转换电路连接所述压控振荡器的输入，所述压控振荡器的输出连接所述LC电路的输入端；所述基准电压电路与所述D/A转换电路相连接，所述单片机的输出端与所述LCD驱动电路相连接，所述LCD驱动电路与所述LCD显示屏相连接；所述JTAG调试电路、所述复位电路和所述晶振电路均与所述单片机相连接；

所述单片机一方面将控制电压经D/A转换电路转换后送给压控振荡器、压控振荡器根据所述控制电压的值输出信号给LC电路，所述单片机另一方面采集LC电路中电容器的两极板的电压值；所述JTAG调试电路用于单片机的程序烧写和调试，所述复位电路用于单片机的复位，晶振电路用于给单片机提供时钟信号。

进一步地，所述测量电路还包括稳压电源电路；所述稳压电源电路分别为单片机、基准电压电路、LCD驱动电路、D/A转换电路、压控振荡器、JTAG调试电路、复位电路提供工作电压。

进一步地，

所述步骤3中建立若干个谐振频率f₀与若干个土壤体积含水量θ_v一一对应的表格的方法为：

步骤3.1：在压控振荡器的输出频率范围内等步长取128个频率值；

步骤3.2：根据步骤2中所述关系式计算出步骤3.1中128个频率值对应的128个土壤体积含水量的值；