基于虚拟仪器的土壤多参数信息获取实验系统开发new

《基于虚拟仪器的土壤多参数信息获取实验系统开发new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、http://www.paper.edu.cn1基于虚拟仪器的土壤多参数信息获取实验系统开发※林剑辉孙宇瑞马道坤中国农业大学精细农业研究中心（100083）摘要：为了更好的研究土壤各参数及其之间的相关性，根据实验要求，设计了一套基于虚拟仪器的实验系统，用于同时获取多个土壤参数信息。本文详细介绍了实验系统的软硬件设计及实现，它主要包括一个双参数传感器、SWVI数据采集模块和GEP实验平台。其中SWVI数据采集模块采用MSP430单片机开发，GEP实验平台采用LabView语言开发。本实验系统的开发为研究土壤特性提供了一个良好的实验平台，并对于开发和研制其

2、它基于虚拟仪器的测试、实验系统有一定的参考价值。关键词：信息获取；实验系统；虚拟仪器；MSP430；LabView；土壤1.引言精细农业是当前农业发展的一个新趋势，它是指通过对土壤参数、作物长势等田间信息的监测及对产量的测量等方法来获取数据以了解整个田块的作物生长环境的空间变异特性，从而实现对农业各生产要素的最优控制，以达到农业生产效益最大化的目的。精细农业的研究在我国处于一个刚刚开始的起步阶段。目前在我国发展精细农业过程中最为薄弱一个环节是农田信息的采集技术。尤其对于土壤这个农业生产的重要影响因素，现有的各种信息采集技术还很难达到精细农业生产的要求。

3、这主要是由于土信号线壤本身的特性—空间变异性极大且各参数之间的相互影响较为紧密所造成的。因此，寻求土壤多参数信息的同手柄时获取并分析它们之间的相关性成为当前土壤信息采集压力传感器技术研究一个前沿方向。孙宇瑞首先提出了在研究土壤特性时对土壤多个物电位器理参数同时获取并实时解耦的思想，并于2002将该思想具体化为土壤压实度与土壤含水率的同时测量，同时根[1]据该思想设计出了一个双参数传感器（Dual-Sensor）。为了能够同时实现对多个信息输入的采集与处理，实验介电传感器要求设计出一个实验系统，以满足此项要求。对于传统的仪器仪表来说，由于功能单一，输入通

4、道有限，很难实现不同信号的同时采集与处理。但当前虚拟仪器概念图1传感器外形结构示意图的提出为实验系统的建立提供了一个最佳的实现方案。1本课题得到国家自然科学基金（30270775）（30370823）和高校博士学科点专项科研基金（20030019012）项目支助※孙宇瑞，教授，博士生导师，email:yurui828@yahoo.com-1-http://www.paper.edu.cn虚拟仪器（VirtualInstrument）是指以计算机为核心部件，以虚拟控制面板为标志的测量和实验装置。它突破了传统仪器仪表形式单一，功能固定的局限，使得用户可以自

5、行定义仪器的功能。虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。美国NI公司为虚拟仪器提供了专门的开发语言—LabView。LabView是一种可视化图形编程语言，它为不熟悉文本式编程方式的设计者在实验过程中建立虚拟仪器提供了一个便捷、轻松的图形化编程环境[2]。2.实验要求本实验所采用的传感器为一双参数传感器，示意图如图1所示。传感器为一锥式外形，总长400mm，上部有一手柄，用于将传感器插入土壤中。传感器的底部为一铜质圆锥，该圆锥的外形完全按ASAE标准制作。同时，铜圆锥与其上方一铜环组成一介电传感器，用于测量土壤的介

6、电常数。在介电传感器上方有一电位器用作深度传感器，以测量传感器插入土壤的深度。当手持手柄把传感器向土壤里插时，传感器顶部的压力传感器会输出压力信号，反应出该土壤的压实度。因此该传感器在测量时可同时获取两个有关土壤的参数信息—土壤介电常数和土压实度。针对传感器的上述结构，实验要求设计出一实验系统，能实现下述要求：（1）实验系统要求能够同时采集介电信号（共两路）、压力信号、深度信号并能获得当前时间信息。（2）在传感器插入土壤的过程中，只有当传感器中的压力信号输出大于给定的一个门槛压力值，实验系统才开始采集信号。（3）传感器每向下行进5mm实验系统才记录一组

7、信号数据，而该组数据是对在这5mm过程中所有采集值的一个平均。（4）当传感器插入土壤达到最大深度时，实验系统数据采集自动停止。（5）实验系统要能够计算出传感器插入土壤的行进速度，并最终给出整个实验过程的平均速度。（6）将所采集到的信号数据以曲线方式显示，横坐标为深度值，纵坐标分别为介电信号值，压力值，及行进速度。（7）对于所采集到的数据要能够实时存储以供进一步数据处理。3.系统综述传感器信号线SWVI实时多路串口通讯PC机虚拟仪器Dual-Sensor数据采集模块实验平台GEP电源图2实验系整体结构图实验系统整体结构图如图2所示，系统包括四个部分：传感

8、器、实时多路数据采集模块-2-http://www.paper.edu.cnSWVI、PC机虚