农田监测仪的设计

　　1　需求分析

　　农作物产量的预测预报是政府决策部门十分关注的问题。20世纪80年代,遥感估产模型原理主要是利用遥感获取的植被指数信息,建立不同空间尺度的单产或总产与植被指数之间简单线性相关的遥感估产模型,但大多数没有考虑作物后期气象条件对作物产量的影响,致使预测结果与生产实际产生较大误差。为了建立可供农业气象产量预报业务使用的作物产量估算模型,必须综合考虑作物关键生长期的气象因子(温度和湿度)[1]。农田监测仪可以实时获得作物生长关键期的气象参数,为作物产量估算模型提供基础数据,并可为农作物的生产管理提供依据。

　　2　监测仪的工作原理

　　农田监测仪主要由固定锥1、框架2、纵向移动系统3、安装板4、测头5和横向移动系统6等部分组成,如图1所示。监测仪的测试对象主要是两方面:农田的温度与湿度。农田监测仪测头的横向测量范围为800-1000mm,纵向测量范围为1500-1800 mm,横向移动速度和纵向移动速度都不大于2米/分钟。工作原理如下:

　　测试仪通过固定锥可以插到农田土壤中,支撑整体结构。纵向移动系统和横向移动系统通过前后两块安装板联接成为一个整体,测头安装在横向移动系统的一侧。当需要测量某一高度的气象因素时,通过按钮开关,向控制系统输入一条指令,则纵向移动系统中的步进电机获得一定的脉冲数,驱动两个齿轮沿框架导轨进行运动,带动横向移动系统和测量系统一起上下移动,可实现测量某一高度的气候参数。当需要测量某一高度不同位置的的气象因素时,通过按钮开关,向控制系统输入一条指令,则横向移动系统中的步进电机获得一定的脉冲数,驱动与电机相联的齿轮转动,推动测头支撑杆进行左右移动,达到预期的测量目的。

　　3　采集系统设计

　　采集系统的采集对象是影响作物生长的气象因子:温度和湿度,其工作原理见下图2所示,采用8031单片机为主控制器,温度测量元件采用薄膜铂电阻温度传感器,采集范围为0°到100°,输入通道数和温度测量范围可由模块进行适量调整。湿度传感器采用Philips公司生产的电容式湿度传感器。该传感器采用了具有迅速吸湿和脱湿的高分子聚合物薄膜材料作为电容器的介质,该湿敏电容的容量大小随着周围空气的相对湿度的增大而增大,当相对湿度从8%变化到90%时,湿敏电容的容量从112pF变化到144pF[2] [3]。

　　温度采集信号经变送器、TS001模块整流、放大和A/D转换后,以BCD码传给处理器CPU,进行存储、统计、查询和显示,实现作物周围温度信息采集。湿度传感器的输出信号经过整流器处理后,变换为0-5V的模拟信号,经A/D转换为数字信号传输给单片机进行处理,实现作物周围湿度信息采集。湿度传感器的数目可根据段子向尺寸合理选择,以确保湿度监测的准确性。