一种太阳能供电的土壤水分无线传感器

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1、万方数据doi：10．3969／j．issn．1671-7775．2009．06．001一种太阳能供电的土壤水分无线传感器李连骏1，孙宇瑞1，林剑辉2(1．中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083；2．北京林业大学工学院，北京100083)摘要：针对农田环境的实际需要，研制了一种基于FD阻抗变换原理的新型土壤水分传感器．该传感器依靠太阳能供电，解决了农田环境下工作能量的补给问题，测量结果可实时无线传输．根据高频边缘电场效应，将传感器电极嵌入支撑杆末端，可在5～500mm的不同深度下测量土壤水分．为了使传感器实现低功耗运行，在降低系统

2、各环节功耗与工作时序等方面进行了优化设计．试验结果表明，这种无线传感器能够依靠太阳能供电持久可靠工作，对于大面积农田水分无线网络化监控具有应用价值，关键词：土壤含水率；太阳能；无线传输；频域法；功耗中图分类号：S126文献标志码：A文章编号：1671—7775(2009)06—0541—04Awireless-sensorfors．oilwatercontentpoweredbysolarenergyLiLianjunl，SunYuntil，LinJianhui2(i．CollegeofInformationandElectricalEng

3、ineering，ChinaAgriculturalUniversity，Beijing100083，China；2．SchoolofTechnology，Bei—jingForestryUniversity。Beijing100083，China)Abstract：Eitherpower—supplyorlong—distancecableishardlyavailablewithinfield·scale．Consideringthis，wepresentanewsensorofsoilwatercontentbasedontheimp

4、edancetransformoffrequencydo—main．Thesensorispoweredbysolar-energyandthedatacanbeinstantlytransmittedbywirelesscom—munication．TheelectrodesofthesensorareimbeddedintothebottomofasupportingrodSOthatitCanmeasuremoisturecontentsatvariousdepthsof5～50．0mm．Moreover，toreduceentire

5、energyconsump—tion．theoptimaldesign而tIltime—sharingsequenceisconsidered．Theexperimentresultsindicatethatthesensorisapromisingtoolformonitoringwatercontentinfield—scalewitIlsolarpowerandwirelesseommunication．Keywords：soilwatercontent；solarenergy；wirelesstransmission；frequen

6、cydomain；energyconsumption农田土壤水分是影响农作物生长过程与产量的重要因素．与此同时，我国北方地区普遍长年缺水的严峻形势又迫使我们面对如何最大程度地高效利用农业水资源的现实问题．作为节水农业装备的关键技术之一，土壤水分传感器技术的研制近年来已经取得了长足的进展，但在具体应用过程中依然受到两个瓶颈的制约：①农田环境下几乎不可能借助于大面积铺设地下电缆的集中供电方式，而普通电池的寿命是有限度的．尤其是对应用于农田灌溉系统的土壤水分传感器网络，定期更换电池无论从能源消耗、环境保护还是人力劳动成本方面考虑都是不可取的．如何

7、以“太阳能”方式为传感器提供稳定而收稿日期：2008—04—15基金项目：国家“863”高科技计划资助项目(2006AAl02205)作者简介：李连骏(1982一)，男，辽宁营u入，博士研究生(020802209@163．conl)，主要从事智能检测与信号处理研究．孙宇瑞(1954一)，男，北京人，教授，博士生导师(通讯作者，pal@can．edu．ca)。主要从事智能检测与信号处理研究．万方数据542持久的能量补充，使其可靠工作必须考虑；②即使各种实用的工业总线技术日臻成熟，农田环境下传感器输出信号通过有线方式长距离传送仍是不切实际的¨。

8、J．对此研制了一种不需外接任何电缆的土壤水分传感器，一方面它借助于太阳能电池供电与无线收发模块实现数据传送，另一方面在整体结构设计上将水分电极以圆锥形状嵌入传感器支撑杆的末端，实