太阳能无线地面土壤水分检测系统

陈宇承，余锐颖，朱艳怡，李业谦

（中山大学南方学院，广州510970）

0 引言

近年来，我国对农业的生产越来越重视，土壤水分是影响农业生产的重要因子之一，土壤水分不仅影响土壤的物理性质，关系着土壤中养分的溶解、转移和微生物的活动，而且它更是植物赖以生存的基本条件。通过使用土壤水分检测进行实时的监控，有利于掌握不同作物在同一时期对土壤水含量的不同要求，同一作物在不同时期对土壤水分含量的不同要求以及土壤水分含量对作物产量的影响。通过了解土壤水分含量在进行耕作、灌溉、施肥等各种农业措施时，就显得尤为重要了，特别是在进行灌溉，排水规划设计时，所以掌握土壤水分资料对农业生产实践有重要意义，因此研究出了太阳能无线地面土壤水分检测系统的必要性。

目前的农业土壤水分检测设备过于简陋且花费人力物力较大。需要而外的供电设备，人工到点进行土壤水分检测，这过于单一模式的读取。缺少了不间断的土壤水分检测，不能够实时监控土壤水分的含量。通过太阳能无线地面土壤水分检测系统可以做到无需外部的供电设备，做到不断电连续地采集土壤水分数据，实时监控土壤水分含量，可实时进行应急处理。对土壤水分分别进行间隔为每隔1、10、20分钟的土壤水分数据采集、储存和分析，数据由软件展示给用户看。并且进行了每隔1小时拍摄土壤图片，进行观察土壤的变化情况。土壤水分含水量数据保存的方式为本地保存和云端服务器保存，做到土壤水分数据的永久保存。以此抛开了传统的土壤水分检测的技术。

因此在传统的土壤水分检测的基础上，研究了太阳能无线地面土壤水分检测系统，它通过自身的发电系统和无间断的土壤水分数据采集、分析、储存，并且能远程查看土壤水分数据。所以太阳能无线地面土壤水分检测系统更能胜任现代农业发展的必要，现代农业的发展需要这种技术。

1 材料与总体设计

1.1 检测材料与设备

该系统主要采用18V、30W单晶硅太阳能板，12V、20AH的铅酸蓄电池，太阳能控制输出电压器，1.5米高的柱杆。嵌入了Linux系统的树莓派板子，出于大连哲勤科技农业部有限公司基于Modbus协议，RS-485传输的土壤水分传感器、温度和湿度传感器、GPS模块等。

1.2 系统的实现

通过分布定点方式进行设备的安置，通过设备进行土壤水分数据等采集，电脑端可以显示数据和进行数据库储存数据，并通过无线技术把数据上传到云端服务器，进而用户可以随时通过电脑端或手机端查看土壤水分含水量等数据两种方式，做到实时监控。如图1。

图1

1.3 测试仪总体设计

测试仪器室由树莓派作为控制系统和传感器组成，大体功能如图2。

图2

1.4 太阳能发电系统的设计

图3

2 软件设计

2.1 周期读取

①分别时间间隔为1分钟的数据采集如图4。

②时间间隔为10分钟的数据采集为图5。

③时间间隔为20分钟的数据采集为图6。

④时间间隔为1小时的拍摄土壤图片如图7。

⑤不断刷新地地图定位如图8。

图4

图5

图6

图7

2.2 用户选择查看的设备节点

采集节点软件图如图9，单采集节点1的数据展示图如图10。

图9

图10

2.3 数据分析

含水量、温度、湿度各300条数据生成的3D图，X轴为水含量%，Y轴为温度℃，Z轴为湿度H%。

图11

3 结语

（1）针对当前对农业土壤水分检测的研究较少的问题，于是笔者研究了一套太阳能无线地面土壤水分检测，当前现代化农业生产需要这种技术。通过土壤水分分别每间隔1、10、20分钟的检测，湿度普遍在100～160H%，温度普遍在 12～22℃，含水率普遍在 30～49%，影响条件存在昼夜温差大等。

（2）土壤水分传感器、温度传感器、湿度传感器、GPS模块等采取抽样调差的方式进行分布，可以研究出土壤含水量的分布情况，可以进行土壤区域内不同农作物种植，做到农业生产量的最大化。

（3）方便用户远程查看农作物生长环境的情况，获取土壤表面情况的图片，做到实时性的应急效果。还可以通过每年的数据记录获取农作物的生长最优的时间段和最优的土壤含水率。

（4）实现自发电太阳能系统给检测设备供电，无需人工供电和到点测试，采用GPS定位便可知该土壤水分检测系统在何处，做到方便处理和快速应急。

本系统做到了现代农业生产的数据采集，分析，远程查看数据，数据储存，无需人力等现代化技术。但目前未研究出太阳能板追日系统，今后会进一部的进行研究。