土壤氮素和含水率测量装置及方法

摘要

本发明提供一种土壤氮素和含水率测量装置及方法，装置包括：检测传感器(包括光路系统和电路系统)和与其连接的控制器；光路系统包括光电探测器、以光电探测器为中心均匀分布在八角伞状结构八个面的八个单波段近红外激光光源；电路系统包括与激光光源连接的电源、电压转换电路、I-U转换电路、滤波放大电路和ZigBee无线发送模块；控制器包括ZigBee无线接收模块和移动终端；移动终端根据ZigBee无线接收模块接收的数字电压信号通过第一公式计算得到待测土壤在八个波段光照射下的光谱反射率，通过预设土壤氮素含量预测模型及土壤含水率预测模型计算得到待测土壤的氮素含量和含水率并显示、存储及处理。可对土壤氮素和含水率进行实时、多点测量。

主权项

一种土壤氮素和含水率测量装置，其特征在于，包括：至少一个检测传感器和与所述检测传感器连接的控制器；所述检测传感器，包括：光路系统和电路系统；所述光路系统包括：一个光电探测器、八个单波段近红外激光光源；所述八个单波段近红外激光光源以所述光电探测器为中心均匀分布在一八角伞状结构的八个面中，以使所述八个单波段近红外激光光源发射的光以相同角度入射到待测土壤表面并反射进入光电探测器；所述光电探测器，用于将接收的光信号转换为电信号；所述电路系统，包括：与所述单波段近红外激光光源连接、为所述土壤氮素和含水率测量装置供电的电源、电压转换电路、I‑U转换电路、滤波放大电路和ZigBee无线发送模块；所述电压转换电路，用于将所述电源9V的供电电压依次经过9V至5V、5V至3.3V的转换；所述I‑U转换电路，用于将所述光电探测器转换得到的电信号进行I‑U转换，同时消除暗电流并对转换后的电压信号进行第一次放大；所述滤波放大电路，用于对第一次放大后得到的电压信号依次进行低通滤波和第二次放大；所述ZigBee无线发送模块，用于采用分时复用原则控制所述八个单波段近红外激光光源依次通断，以及将第二次放大后得到的电压信号进行A/D转换并发送至所述控制器；所述控制器，包括：ZigBee无线接收模块和移动终端；所述ZigBee无线接收模块，用于接收所述ZigBee无线发送模块发送的A/D转换后得到的数字电压信号；所述移动终端，用于对所述ZigBee无线接收模块接收的数字电压信号，通过第一公式，计算得到待测土壤在八个单波段近红外激光光源所发射的八个波段的光的照射下的光谱反射率，根据所述待测土壤在八个单波段近红外激光光源所发射的八个波段的光的照射下的光谱反射率，通过预设的土壤氮素含量预测模型及土壤含水率预测模型，计算得到待测土壤的氮素含量和含水率，并对得到的待测土壤的氮素含量和含水率进行显示、存储和处理；其中，所述第一公式为：${\mathrm{Ref}}_i=\frac{V_{im}}{V_{in}}\times 100\%$Ref_n为待测土壤在波段i nm的光的照射下的光谱反射率，V_im为单波段近红外激光光源以波段i nm的光照射待测土壤时的预设标定输出电压，V_in为单波段近红外激光光源以波段i nm的光照射白板时的输出电压。