播种方式对旱区冬小麦产量及土壤水分、土壤温度的影响
刘晓伟何宝林康恩祥郭天文
（农业部西北作物抗旱栽培与耕作重点开放实验室；甘肃省旱作区水资源高效利用重点实验室；
甘肃省农业科学院旱地农业研究所，730070，甘肃兰州）
摘要针对甘肃省旱作农业区年降水量少、季节分布不均匀、冬小麦生产中春旱严重的问题，采用田间试验的方法，研究了5种不同播种方式对旱区冬小麦土壤温度、土壤水分、产量及水分利用效率的影响。结果表明：全膜覆土穴播方式能有效调控耕层的昼夜温差，减少冬、春季土壤水分的无效蒸发，增加土壤水分含量和孕穗期之前的土壤温度，提高了农田降水利用率和作物水分利用效率；全膜覆土穴播处理的产量可达4268.23kg/hm2，比露地高32.88%；水分利用效率为13.23kg/（hm2·mm），比露地高21.97%。
关键词全膜覆土；土壤温度；土壤含水量；水分利用效率；产量
干旱是制约我国西北干旱、半干旱地区农业生产的关键因素之一，水分胁迫是限制旱地农业生产的严重问题［1］。提高自然降水利用效率是旱区作物稳产高产的根本途径［2］。通过高效积蓄自然降水、减少土壤无效蒸发、增加土壤水库的有效蓄水量、调控作物生长环境来挖掘作物增产潜力，实现有限水资源的高效利用，使小麦高产高效已成为旱区研究的主要内容［3－7］。小麦是甘肃最重要的粮食作物，关系到粮食安全问题。全膜覆土穴播免耕多茬种植技术是一项以集雨、抑制土壤水分蒸发、节本增效、免耕、多茬种植为一体的高效旱作农业新技术，使小麦产量得到大幅度提高，增收增产效果显著［8－11］。试验系统地研究了全膜覆土穴播在冬小麦不同生育阶段不同土层土壤温度、不同生育时期
作者简介：刘晓伟，助理研究员，主要从事生态农业及作物抗旱栽培研究
何宝林为通讯作者，副研究员，主要从事旱地农业研究工作基金项目：农业部西北作物抗旱栽培与耕作重点开放实验室基金；甘肃省旱作区水资源高效利用重点实验室基金；甘肃省农业
科学院农业科技创新专项（2009GAAS24）；甘肃省农牧厅
农业科技创新项目（甘财农［2009］279号）
收稿日期：2011－04－27；修回日期：2011－05－18土壤水分的动态变化及其产量和经济效益，旨在为丰富旱区冬小麦栽培的理论基础及作物的高产高效生产技术提供理论依据。
1材料和方法
1.1试验地概况
试验于2009～2010年在甘肃省农业科学院庄浪试验站（35°22'N，106°07'E）进行。试验地海拔1450m，无霜期163d，≥10℃积温2136.8℃，年日照时数2580h，年平均气温8.5℃，年均降雨量460mm，60%以上集中在7～9月，是典型的半干旱区。试验地土壤为黄绵土，耕层土壤基础养分NH
4
+-N4.9mg/kg，NH
3
-N0.74mg/kg，全P25.23 mg/kg，全K173.67mg/kg，pH值8.6。
1.2试验设计
采用随机区组法，设5个处理，即全膜覆土穴播（T1）、全膜不覆土穴播（T2）、小垄沟播（T3）、露地穴播（T4）和露地条播（T5）（CK），4次重复，小区面积13m2（2.0m×6.5m）。全膜覆土处理用地膜全地面覆盖后，在膜面上覆一层1～2cm厚的细土，然后用穴播机播种，播种深度3～5cm，每穴播10±2粒，行距为20cm，穴距为15cm，每小区种植10行。全膜不覆土穴播覆膜种植方法同T1，覆膜后不再覆土。小垄沟播处理先起高10～12cm、宽18～20cm 的小垄，再用地膜覆盖后在小垄沟内覆一层1～2cm 厚的细土，然后用穴播机播种，播种深度3～5cm。露地穴播种植方法同T1，不覆膜，不覆土；露地条播即传统种植方式，行距15cm，播种深度3～5cm。播前结合整地一次性基施农家肥15000kg/hm2，N
105kg/hm2，P
2
O
5
180kg/hm2，K
2
O120kg/hm2，其他栽培管理同大田。2009年10月10日覆膜，10月11日播种，2010年7月4～8日收获。
1.3试验材料
供试冬小麦品种为甘肃省农业科学院小麦研究所选育的兰天26号，地膜选用甘肃省天水天宝塑业
77
有限责任公司生产的宽120cm 、厚0.008mm 的聚乙烯吹塑农用地膜。1.4
试验测试项目和方法在冬小麦播前、苗期、拔节期、孕穗期、开花期、
灌浆期及成熟期用烘干法分别测定0～20cm 、20～40cm 、40～60cm 、60～80cm 、80～120cm 土壤含水量，同时用环刀法测各生育时期的土壤容重；用曲管地温记分别在冬小麦播前、苗期、越冬前、返青期、拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期及成熟期于8∶00、10∶00、12∶00、14∶00、16∶00、18∶00、20∶00连续3d 测定任意两行小麦中间位置不同土层的地温，测定深
度分别为5cm 、
10cm 、15cm 、20cm 。成熟后每小区取20株考种，按小区收获，测定生物产量。
土壤含水量（%）=［湿土重－烘干土重］×100/烘干土重。
土壤贮水量（mm ）=C 1×M 1×D 1+C 2×M 2×D 2+……+C x ×M x ×D x =C ×M ×D 。C x 、M x 、D x 分别代表第x 层土壤容重、含水量、测定深度，
C 、M 和
D 分别代表整个测定土层土壤容重、含水量的平均值及测定土壤总深度。
耗水量ET （mm ）=播前120cm 土壤贮水量－收获时120cm 土壤贮水量+生育期降水量。降水利用率RUR （%）=作物耗水量/生产年度降水量×100%
作物水分利用效率WUE ［
kg /（hm 2·mm ）］=子粒产量/耗水量。
2
结果与分析
2.1
不同处理对土壤温度的影响
2.1.1
不同土层土壤温度的日变化通过对冬小
麦生育期土壤温度的测定（图1），各处理土壤温度日变化趋势相同，
即平均地温均呈现先增高再降低的趋势。从8∶00开始，
各处理地温逐渐增高，12∶00后增温迅速，其中全膜覆土穴播和全膜不覆土穴播
至15∶00达到最高，露地穴播和小垄沟播在17∶00达到最高，随后均呈现缓慢降低趋势
。
图1不同生育期土壤温度日变化
图2表明，8∶00时，不同深度各处理地温都逐
渐升高，最高温出现在20cm 处，各深度地温由高到低依次是20cm ＞25cm ＞15cm ＞10cm ＞5cm 。在15∶00和20∶00时各层次地温随深度增加而递减，依次为5cm ＞10cm ＞20cm ＞25cm 。各处理0～25cm 地温日变化最低温度出现在8∶00，最高温度0～
15cm 出现在15∶00，20～25cm 土壤最高温度出现在20∶00。从不同处理看，全膜覆土处理土壤温度在8∶00和20∶00均略高于露地穴播和小垄沟播，在15∶00，5～10cm 又低于全膜不覆土穴播。由此可
见，全膜覆土穴播栽培与其余处理相比，能通过提高
早晚各层次的土壤温度和降低午后高温来缩小温
图2不同土层土壤温度日变化
8
7
差，起到改善地表温度的日变化，调控昼夜温差的作用，有利于冬小麦的生长。2.1.2
不同生育阶段土壤温度动态变化各处理在不同生育阶段土壤温度的动态变化（图3）显示，
除开花期～灌浆期0～10cm 土层由于植株遮光使地温呈降低趋势外，各处理各层次地温均随生育进程的推进呈逐渐升高的趋势，成熟期达到最高。全膜覆土栽培0～20cm
从拔节期到孕穗期地温高于
图3不同生育阶段各处理土壤温度动态变化
其余处理，孕穗期之后，低于其余处理，以低于全膜不覆土穴播栽培最为明显，说明其在冬小麦拔节期至孕穗期增温效果明显，孕穗期之后逐渐减弱直至丧失增温作用。2.2
不同处理对全生育期土壤水分垂直分布的影响不同栽培模式的土壤水分垂直方向变异很大，
各处理土壤含水量差异随冬小麦的生育进程而缩小（图4）。苗期由于植株生长的消耗各处理间土壤含水量有明显分异，其中全膜覆土穴播处理土壤含水量相对较高，且在不同土层之间变化较小。随着冬小麦生育进程的推进开花期各处理土壤含水量急剧下降，各处理0～60cm 土层的土壤含水量在各层次之间有较为明显的变化，全膜不覆土穴播处理的
土壤含水量最高，
但在不同土层之间变化较大，
在图4不同播种方式土壤水分的垂直变化
9
7
60cm以下土层含水量显著下降，即全膜覆土穴播处理能对深层土壤水分有效利用；全膜覆土穴播处理的土壤含水量在0～60cm较低，说明其在开花期对水分的利用较多。灌浆期覆膜各处理由于作物耗水量的增加土壤水分相对低于裸地各处理，但差异不明显。成熟期由于自然降水的增加，土壤水分得到补充，处理间的土壤含水量垂直分布的差异降低。结果表明，全膜覆土穴播在苗期保墒效果明显，为冬小麦生长提供较好的土壤墒情，能够有效增加0～60cm表层土壤含水量，而在60cm以下土层含水量较低；在开花期～灌浆期能有效利用深层土壤水分。
2.3不同处理对产量和水分利用效率的影响
试验结果（表1）表明，地膜覆盖各处理对冬小麦有明显的增产效应，覆膜各处理的产量均高于露地，其中，全膜覆土穴播处理产量最高，为4268.23kg/ hm2，比露地条播增产32.88%；小垄沟播次之，二者均显著高于其余处理；全膜不覆土穴播处理由于耗水量高于所有处理，所以其降水利用率也最高。全膜覆土穴播和小垄沟播的水分利用效率显著高于其余处理，分别比露地条播高21.97%和8.19%。
表1各处理产量和水分利用情况
处理产量（kg/hm2）耗水量（mm）生育期降雨量（mm）年度降雨量（mm）降水利用率（%）水分利用效率［kg/（hm2·mm）］全膜覆土穴播4268.23a322.628648167.07b13.23a
全膜不覆土穴播3924.16b334.428648169.52a11.73c
小垄沟播4127.07a327.228648168.02a12.61ab
露地穴播2712.49d300.328648162.43c9.03e
露地条播3212.41c296.128648161.56c10.85d
2.4不同处理的经济效益分析
按照2010年市场价格，对5种不同播种方式的经济效益分析（表2）得出：全膜覆土穴播产值和纯收入最高，分别为11096.66元/hm2和4166.66元/hm2，其中产值较全膜不覆土穴播、小垄沟播、露地穴播和露地条播分别增加892.64元/hm2、96.02元/hm2、4044.38元/hm2和2744.04元/hm2，纯收入分别增加1342.64元/hm2、246.02元/hm2、2814.38元/hm2和1814.04元/hm2；全膜不覆土穴播主要由于苗孔错位现象严重而增加了人工放苗的物化劳动投入，使其增收效益不明显，而露地穴播因减产而使纯收入明显低于对照。与对照相比，全膜覆土穴播、全膜不覆土穴播和小垄沟播分别增收77.11%、20.04%和66.65%。
表2不同处理经济效益比较元/hm2
处理
产值
主产物副产物合计
投入
物化活劳动合计
纯收入产投比
全膜覆土穴播8536.462560.211096.663030390069304166.66a 1.60全膜不覆土穴播7848.322355.710204.023030435073802824.02b 1.38小垄沟播8254.142746.511000.643030405070803920.64a 1.55露地穴播5424.981627.37052.281950375057001352.28c 1.24露地条播6424.821927.88352.621950405060002352.62b 1.39注：冬小麦主产物子粒单价2.0元/kg，副产物秸秆单价0.1元/kg，冬小麦种子单价5.0元/kg，地膜单价15元/kg，纯N4.10元/kg，P2O5
3.40元/kg，人工30.00元/d
3结果与讨论
全膜覆土穴播种植可明显减少旱区冬春季土壤水分的无效蒸发，为冬小麦苗期生长提供较好的墒情，主要在开花期之前有较明显的保墒效果，孕穗期之前有增温效果。与露地穴播相比能提高各层次的土壤温度；与全膜不覆土穴播相比，又能调控耕层温度的昼夜温差以及不同层次的温度差异，进而有利于冬小麦的生长。本试验结果显示，全膜覆土穴播种植方式降水利用率为67.07%，产量和水分利用效率分别为4268.23kg/hm2和13.23kg/（hm2·mm），与传统播种方式即露地条播相比，增产32.88%，增收77.11%，增产增收效果明显，具有极显著的经济效益。
尽管覆膜种植在第一年会增加投入成本930元/hm2（增加地膜1080元/hm2，人工劳动减少150元/hm2），但其产值增加2744.04元/hm2，增加纯收入1814.04元/hm2，增收效应大于其投入，有较高的投入比；同时，全膜覆土穴播还可留膜免耕多茬种植，即在前茬小麦收获后保护好地膜，秋季（或翌年春）种植二茬冬小麦（或春小麦），二茬小麦收获后，在原膜上可种植玉米、马铃薯、冬油菜和蔬菜等。每年可节省犁地费1500元/hm2（按犁1次750元/ hm2，2次/年计），少铺1次地膜，可节省地膜60～
08
75kg/hm2，降低农业生产成本900～1125元/hm2（地膜15元/kg）。人力、地膜和机械投入量减少，每年累计节省投资2400～2625元/hm2，大幅度降低了种植小麦的生产成本，提高了经济效益，真正实现了节本增效，这对增加小麦种植区农民种粮的积极性和收入极为重要。另外，由于该技术使用全地面覆盖，虽然增加了地膜的使用量，但其多茬种植实现了对地膜的高效利用。目前生产上主要采用的是厚0.008mm的聚乙烯农用地膜，作物收获后普遍采取人工捡拾和机械回收相结合的措施及时清除，对农田废旧地膜有较高的回收率，从保护农田生态环境的角度来讲，不会存在农田残膜污染问题。
我国北方旱区季节降水分布不均和年际间降水变率较大限制了农业生产，通过变更耕作和种植方式来实现作物节水生产，是目前发展旱作栽培技术研究的热点。在全地面地膜覆盖条件下，地膜与膜下土壤之间设置了一道物理阻隔，隔断了蒸发层与下层土壤的毛管联系，减少了地表水分的无效蒸发，加之膜面雨水集流和富集叠加利用而具有较好的保墒效果；膜上覆土不仅保证了地膜与麦苗不易发生错位，还调控了土壤的水热状况，并且使膜下杂草因得不到阳光而生长受到抑制，有效地防止了田间杂草，使冬小麦生育中、前期生长环境得到显著改善，从而较大幅度提高产量，与普通地膜覆盖相比，具有明显的生态和经济优势。全膜覆土穴播种植方式解决了旱地小麦等密植作物产量低而不稳的状况，实现了密植作物对农田降水的高效利用，这对以小麦等密植作物为主的旱区农业持续增产具有重要的现实意义。
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Effects of Different Cultivation Manners on
Dryland Winter Wheat Soil Moisture
Content，Temperature and Yield
Liu Xiaowei，He Baolin，Kang Enxiang，Guo Tianwen
（Key Laboratory of Northwest Drought-resistant Crop Farming；Key Laboratory of Efficient Water Utilization in Dryland Farming；
Gansu Province Institute of Dryland Agriculture，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou730070，Gansu，China）
Abstract In order to meet water requirement of winter wheat growth at the situation of limited and unevenly dis-tributed rainfall in Gansu dry farming area，effects of five different cultivation manners on the soil temperature，soil moisture content，yield and water use efficiency of dryland winter wheat were studied in the field．The results showed that the whole film mulched soil and bunch planting could reduce the diurnal temperature variation of topsoil，reduce the useless evaporation of soil water in winter and spring，increase the soil moisture content and the soil temperature before booting，and increase rainfall use efficiency and water use efficiency．The yield in the whole film mulched soil and bunch planting was4268kg/hm2，32．88%higher than the bare land．Water use efficiency was13．23kg/（hm2·mm），21．97%higher than the bare land．
Key words Whole film mulched soil；Soil temperature；Soil moisture content；Water use efficiency；Yield
18
土壤墒情监测系统的操作方法及注意事项 农业发展一直是我国的重点之一，如今农业发展的方向是现代化农业，现代化农业的主要特点是农业信息化，而农业信息化主要体现在农业物联网。 托普云农物联网推出的物联网技术全面打造土壤墒情监测系统，将最前沿的信息技术武装到了延续几千年的劳动生产上。 在系统应用过程中，大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络，通过各种传感器采集信息，可以帮助农民及时发现问题，并且准确地捕捉发生问题的位置。如此一来，农业逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，促进了农业发展方式的转变。 相关数据显示，农业灌溉是我国的用水大户，长期以来，由于技术、管理水平落后，导致灌溉用水浪费十分严重，农业灌溉用水的利用率仅40%。如果根据监测土壤墒情信息，实时控制灌溉时机和水量，可以有效提高用水效率。而人工定时测量墒情，不但耗费大量人力，而且做不到实时监控。 托普云农物联网结合土壤墒情监测平台和物联网控制技术的应用，使农业种植中的监控管理不再受到时空局限，根据大棚或其他种植区微传感器采集的详实数据，点击手机屏幕便可以有针对性的遥控节水灌溉、施肥、二氧化碳、水泵、风机等田间设施。 总而言之，实现土壤墒情的连续在线监测，农田节水灌溉的自动化控制，既
提高灌溉用水利用率，缓解我国水资源日趋紧张的矛盾，也能为作物生长提供良好的生长环境。 根据规划，托普云农物联网应用中的管理平台分为墒情信息监测、苗情信息监测、气象数据分析、短信发布、灾情信息发布、图形预警几个部分。未来，围绕系统建立起来的"绿色产业链"将让现代农业朝着绿色可持续的方向迈进。 土壤墒情监测是实施农田有效管理措施的基础，为此，托普云农结合国内外同类产品的优势研发了一种土壤墒情监测系统，它可以实现农田土壤墒情的准确测定和管理，对农业展开合理的生产措施有重要的意义。 TZS-GPRS-I土壤墒情监测系统又可称为墒情与旱情信息管理系统，土壤墒情与旱情管理系统，无线墒情与旱情管理系统，土壤墒情实时监测系统。该系统拥有自己的数据平台（数据无须上传至国家系统）及监测网络，数据可直接发送到管理者的服务器，下级所有被管理站点均可查看。该土壤墒情与旱情监测系统用户可以根据需要选择网络GPRS模式或短信GSM模式两种通讯方式传输。 TZS-GPRS-I与TZS-GPRS的区别在于： TZS-GPRS-I是自有网络平台，即不上传到国家墒情监测网，自己有一套墒情监测网络，数据直接发送到管理者的服务器，下级所有被管理站点均可查看。 托普云农土壤墒情监测系统其他选配的气象要素： 空气温度、空气相对湿度、太阳辐射、风向、风速、降水量、大气压力、光照度、露点、直接辐射、日照、光合有效辐射、紫外辐射、蒸发、二氧化碳等传感器。
土壤温度传感器使用说明书 一、概述 土壤温度传感器方便于土壤温度的测量研究，具有携带方便，密封，高精度等优点，是土壤温度测量的立项选择。 土壤温度部分是由德国Heraeus公司进口A级ST-1-PT1000精密铂电阻和高精度变送器两部分组成。变送器部分由电源模块、温度传感模块、变送模块、温度补偿模块及数据处理模块组成，彻底解决铂电阻因自身特点导入的测量误差，变送器内有零漂电路和温度补偿电路，对使用环境有较高的适用性。 土壤温度变送器应用广泛，可测量多种粉末状多孔介质，液体的温度，精度高，不锈钢探针稳定性好，耐腐蚀，并且可做成多种外形，方便不同客户的需求，是测量温度的理想选择。 二、特点 1.本传感器体积小巧化设计，测量精度高，响应速度快，互换性好； 2.密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蚀； 3.实时温度监测功能，可测量不同深度土壤的温度； 4.土质影响较小，应用地区广泛； 5.测量精度高，性能可靠，确保正常工作，响应速度快，数据传输效率高；
6.价格低廉，适合中国国情； 三、适用范围 适用于节水农业灌溉、气象监测、环境监测、温室大棚、花卉蔬菜、草地牧场、土壤速测、植物培养、科学试验等需要测量土壤温度的领域。 四、外形规格 五、产品资料 测量参数：土壤温度 测量单位：℃ 测量量程：0～100% 测量精度：±0.15℃，25℃时达到最佳精度±0.1℃ 工作范围：-30℃～70℃
工作电压：5V DC；12V DC（标配）；24V DC；3.3～30V DC； 工作电流：35～50mA 供电电压9V 12V 20V 24V 阻抗125Ω 250Ω 500Ω >500Ω 输出信号：4～20mA 稳定时间：通电后1 秒 响应时间：＜1 秒 测量区域：以中央探针为中心的直径为7cm、高为7cm 的圆柱体 探针长度：53mm 探针直径：3mm 探针材料：316L 不锈钢；德国Heraeus 公司进口A 级ST-1-PT1000 精密铂电阻 密封材料：ABS 工程塑料 电缆规格：2 米4 线制（标配）（电缆长度可选） 六、使用方法 土壤温度传感器可连接各种载有差分输入的数据采集器，数据采集卡，远程数据采集模块等设备。 接线说明： 棕线——电源输入 灰线——温度信号输出 黑线——温度负极
RS485显示型土壤水分传感器 说明书 概况： SM2801BD土壤水分传感器为可远距离传输的土壤水分传感器，可长期埋设于土壤和堤坝内使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量，也叫农田墒情检测仪。采用RS485工业通用接口，可直接接入各种显示仪表，实现土壤水分监测。与数据采集器配合使用，可作为水分定点监测或移动测量的仪器。 土壤的各种理化性状、地形的差异作用、气候变化和人为的土壤管理措施对土壤水分状况有不同的影响，地表特征与土壤水分状况也存在着依次的相关性。SM2801BD是一种高精度、高可靠性、受土壤质地影响不明显的快速土壤水分测量传感器。传感器采用世界先进的最新FDR原理制作，其性能和精度可与TDR 型和FD型土壤水分传感器相媲美，并在可靠性与测量速度上具有更大的优势。 技术参数： 参数技术指标 电源电压DC12～24V(直流电压) 测量范围0～100% 测量精度3%FSD 探针长度< 65mm 探针直径Φ3mm 探针材料不锈钢 密封材料环氧树脂 响应时间< 1秒 测量稳定时间2秒 输出信号RS485 MODBUS-RTU 测量频率100MHz 测量区域以中央探针为中心，周围30mm高为70mm区域 产品功耗< 0.5W 运行环境：-30℃～+85℃ 外形尺寸70×45×18mm(不含探针) 使用说明： 土壤含水率：规定条件下测得的土壤中水的量，以土壤的烘前质量与烘干质量的差数对烘干质量的百分率表示。简单地说就是：（湿重-干重）/干重×100%，含水率为土壤中自由水的质量在土壤总质量中占的百分比。实际使用时，当土壤
中的含水量超过24%时土壤已达到饱和且呈溢出水状态，因此检测含水量超过24%的值没有实际意义。农作物正常生长所需的适宜含水率土壤为12%-20%范围之内。因此仅需要检测低于饱和含水量24%的含水量就满足灌溉和各种生产实际需要了。因此该传感器的动态定为0-24%检测范围表示为0-100%的土壤含水率输出。 下图是传感器使用实例： 较湿的土壤中的水份含量 22.36%，土壤饱含水之后的湿度为24%
露点的原始定义一般说来是：湿度一定压力一定的被测量气体被降温，当降到一个特定的温度时出现结露现象，此时这个特定温度就是这个压力条件下的露点温度。所以才出现了从原始定义出发测量露点的镜面式露点仪，GE的测量镜面采用铂铑合金。 相对湿度是被测量气体的水蒸气分压与相同压力、温度条件下净水表面饱和水蒸气分压的比值。范围0-100% 单位RH，无量纲单位。 露点的测量环境要根据测量仪器的不同而定，镜面式露点仪一般要求流量，基本都为0.25升/分钟至5升/分钟之间，流量过大或过小都将导致测量不准确。探头式的在线露点仪也要求流量条件，它的流量性质准确的称为流速，不同压力下流速允许范围因传感器不同而异。GE的金基三氧化二铝传感器有许多种，种种不同，根据测量条件内置针阀式采样器的可测量更大压力气体的露点，MMY35典型的流速允许为 1bar 基本是常压了，可达50米/秒。但在10bar压力条件下，只有5米/秒的最大流速。 相对湿度基本没碰到过有什么要求，一般常见的是在相对湿度含量很低的情况下用露点表示，或者直接用含水PPM表示，因为你不能用小数点以后几个零的数字来表示，那样没有意义。高温下也一般已经不存在相对湿度的概念，因为水已经被完全汽化，根本不存在含水量的概念（高压下例外）。无论是高温还是高温高压下，现在的相对湿度传感器基本都是通过采样气体测量常温湿度，然后反推得出的。 结论：如果空气相对湿度达到100%RH，那么此时的空气温度就是露点温度，这个结果不难得出。 而且现在的计量单位，从一级到二级站基本都已经将镜面露点仪作为相对湿度的最高标准。 什么是相对湿度？ 在相同温度下，空气中水汽含量与饱和水汽含量之间的比例。 详细解释：压力为P，温度为T的湿空气的相对湿度是指给定的湿空气中，水汽的摩尔分数怀同一温度T和压力P下纯水表面的饱和水汽的摩尔分数之比，用百分数表示。相对湿度是两个压强值之比: %RH = 100 x p/ps 在这里p 是周围环境中水蒸汽的实际部分压强值；ps是周围环境中水的饱合压强值. 相对湿度传感器通常是在标准室温情况下校准的（高于0度），相应的，通常认为这种传感器可以指示在所有温度条件下的相对湿度(包括在低于0度的情况).
土壤湿度检测及自动浇水系统设计 1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的： 随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐，本设计要求利用单片机设计一款家庭智能浇花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇花器。 （1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。 （2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。 1.2 基本要求 （1）通过c8051f020单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装置。 （2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自动浇水功能。 （3）要求设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电路设计。 1.3 发挥部分 自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求 （1）基本部分必须完成，发挥部分可任选； （2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份； （3）报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 （1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于4000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。 （2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。 3 时间进度安排
一设计任务描述 1.1 设计题目：土壤湿度检测及自动浇水系统设计 1.2 设计要求 1.2.1 设计目的： 随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐，本设计要求利用单片机设计一款家庭智能浇花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇花器。 （1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。（2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。 1.2.2 基本要求： （1）通过C8051F020单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装置。 （2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自动浇水功能。 （3）要求设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电路设计。
湿度传感器原理 悬赏分：20 - 解决时间：2010-5-25 22:13 湿度传感器原理 提问者：YLQ19880803 - 二级 最佳答案 湿度传感器原理 湿度传感器2009-04-29 20:50:36 阅读991 评论0 字号：大中小 湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。 湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。 湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。 电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。 湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面没有干湿球测湿方法好。下面对各种湿度传感器进行简单的介绍。 1、氯化锂湿度传感器 （1）电阻式氯化锂湿度计 第一个基于电阻-湿度特性原理的氯化锂电湿敏元件是美国标准局的F.W.Dunmore研制出来的。这种元件具有较高的精度，同时结构简单、价廉，适用于常温常湿的测控等一系列优点。 氯化锂元件的测量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其它成分有关。单个元件的有效感湿范围一般在20％RH 以内。例如0.05％的浓度对应的感湿范围约为（80～100）％RH ，0.2％的浓度对应范围是（60～80）％RH 等。由此可见，要测量较宽的湿度范围时，必须把不同浓度的元件组合在一起使用。可用于全量程测量的湿度计组合的元件数一般为5个，采用元件组合法的氯化锂湿度计可测范围通常为（15～100）％RH，国外有些产品声称其测量范围可达（2 ～100）%RH 。 （2）露点式氯化锂湿度计 露点式氯化锂湿度计是由美国的Forboro 公司首先研制出来的，其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似，但工作原理却完全不同。简而言之，它是利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化而进行工作的。 2、碳湿敏元件 碳湿敏元件是美国的E.K.Carver 和C.W.Breasefield 于1942年首先提出来的，与常用的毛发、肠衣和氯化锂等探空元件相比，碳湿敏元件具有响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄等优点，因之令人瞩目。我国气象部门于70年代初开展碳湿敏元件的研制，并取得了积极的成果，其测量不确定度不超过±5％RH ，时间常数在正温时为2～3s，滞差一般在7％左右，比阻稳定性亦较好。 3、氧化铝湿度计 氧化铝传感器的突出优点是，体积可以非常小（例如用于探空仪的湿敏元件仅90μm厚、12mg重），灵敏度高（测量下限达-110℃露点），响应速度快（一般在0.3s 到3s 之间），测量信号直接以电参量的形式输出，大大简化了数据处理程序，等等。另外，它还适用于测量液体中的水分。如上特点正是工业和气象中的某些测量领域所希望的。因此它被认为是进行高空大气探测可供选择的几种合乎要求的传感器之一。也正是因为这些特点使人们对这种方法产生浓厚的兴趣。然而，遗憾的是尽管许多国家的专业人员为改进传感器的性能进行了不懈的努力，但是在探索生产质量稳定的产品的工艺条件，以及提高性能稳定性等与实用有关的重要问题. 上始终未能取得重大的突破。因此，到目前为止，传感器通常只能在特定的条件和有限的范围内使用。近年来，这种方法在工业中的低霜点测量方面开始崭露头角。
实验二土壤质地的测定/土壤机械组成的测定 一、实验时间： 二、实验地点： 三、小组成员： 四、实验目的： 土壤质地是土壤的重要特性，是影响土壤肥力高低、耕性好坏、生产性能优劣的基本因素之一。测定质地的方法有简易手测鉴定法、比重计法和吸管法。本实验介绍比重计法，要求掌握比重计法测定土壤质地的原理，技能和根据所测数据计算并确定土壤质地类别的方法。 五、试验方法：比重计速测法 1.方法原理： 将经化学物理处理而充分分散成单粒状的土粒在悬液中自由沉降，经过不同时间, 用甲种比重计<即鲍氏比重计)测定悬液的比重变化，比重计上的读数直接指示出悬浮在比重计所处深度的悬液中土粒含量（从比重计刻度上直接读出每升悬液中所含土粒的重量）。而这部分土粒的半径(或直径)可以根据司笃克斯定律计算，从已知的读数时间(即 沉降时间t)与比重计浮在悬液中所处的有效沉降深度(L)值(土粒实际沉降距离)计算出来，然后绘制颗粒分配曲线，确定土壤质地，而比重计速测法，可按不同温度下土粒沉降时间直接测出所需粒径的土粒含量，方法简便快速，对于一般地了解质地来说，结果还是可靠的。 六、试剂与仪器 试剂： l. 0.5N氧氧化钠(化学纯)溶液，0.5N草酸钠(化学纯)溶液，0.5N六偏磷酸钠(化学纯)溶液，这三种溶液因土壤pH值不同而选一种。 2．2%碳酸钠(化学纯)溶液。 3. 软水，其制备是将200毫升碳酸钠钠加入1500毫升自来水中，待静置一夜，沉清后，上部清液即为软水，2%碳酸钠的用量随自来水硬化度的加大而增加。 仪器： l.甲种比重计(即鲍氏比重计)；刻度范围0-60,最小刻度单位1.0克／升，使用前应进行校正。
2015年2月 吉林师范大学学报（自然科学版）?．1第1期Journal of Jilin Normal University （Natural Science Edition ）Feb．2015 收稿日期：2014-10-10基金项目：国家自然科学基金项目（61305082）；吉林师范大学第十二批大学科研基金项目（12234， 12235）第一作者简介：王立忠（1970-），男，吉林省四平市人，现为吉林师范大学信息技术学院副教授，硕士，硕士生导师．研究方向：电子技术． 盆栽植物土壤水分监测及自动浇灌系统设计 王立忠，蒋宁，程礼邦，段佳敏 （吉林师范大学信息技术学院，吉林四平136000） 摘要：基于单片机设计了一种能够根据土壤湿度进行自动控制，并带显示功能的盆栽植物浇灌系统．单片机根据土壤湿度传感器采集的信号对湿度进行自动控制．根据植物的需要设定湿度的下限和上限，在湿度高于上限值时不进行浇灌．若湿度低于下限值，通过传感器发出缺水信号，根据不同的情况来驱动水泵进行适当的浇 水．浇水装置采用滴灌方法， 有助于土壤对于水分的吸收和浇灌的均匀．通过定时器定时自动检测土壤湿度，确保及时为植物提供充足的水分，从而为盆栽植物的生长提供一个良好的环境． 关键词：盆栽植物；自动灌溉；单片机；湿度传感器 中图分类号：TP342文献标识码：A 文章编号：1674- 3873-（2015）01-0095-040引言 目前，盆栽植物作为一种绿色、天然、健康的植物，就成了人们追求高品质生活的首选，但随着社会的高速发展和生活节奏的加快，人们的生活越来越忙碌，因加班、出差、早起及各种各样繁杂的事情经常会将“照顾”盆栽植物的事忘在脑后．该款装置将花土水分监测和浇灌实现自动化，提高了植物的科学浇灌的 同时也减轻了人们的 “负担”．克服了传统的人工给盆栽植物浇水带来的局限性［1-2］．装置不同于普通浇灌装置，根据不同植物对水分要求和灌溉时间的要求进行设定，可以在长时间“无人”情况下自动检测花土湿度，并根据花卉对湿度要求进行自动滴灌．盆栽植物土壤水分监测及自动浇灌系统基于单片机控制，再配合土壤湿度检测电路探测盆栽植物所在的土壤环境，由于传统的人工浇水具有不定时性和不均匀性，所以我们采用滴灌技术．本系统采用独立的节能电源设计，避免停电的问题．具有节水、节电、省时、环保等特点． 1系统方案设计 整个系统由土壤湿度传感器模块、单片机采集控制及信号输出电路模块（单片机、数据处理及显示模块）、水泵及供水模块、电源管理模块5个主要部分组成．系统构造框图如图1所示 ． 图1系统框架图 系统的工作原理：土壤湿度检测模块来完成对盆栽植物土壤湿度的采集，单片机采集控制模块将从湿度传感器模块得到的土壤湿度数据与设定的土壤湿度数据进行比较，当达到设定的开启条件时发出水泵开启信号进行实时滴灌，湿度达到设定值时停止滴灌．滴灌设备根据单片机分析数据后，实现滴灌或者停
适宜的土壤温湿度是农作物生长的重要环境条件,它不仅直接影响农作物根系的生长发育以及土壤微生物的活动，而且土壤温湿度的变化还可以改变土壤中水分的运动，造成灌溉的困难。因此人们必须对土壤温湿度进行采集并加以控制 ,使之保持在一定范围之内，以适应农作物的生长。采用单片机系统来设计的土壤温湿度采集器 ,不仅具有控制方便、简单、灵活性大等优点 ,而且较之使用人工分别检测温度和湿度再进行分析处理的方法可以大幅度提高被控温湿度的技术指标，减小中间过程的人为因素误差 ,从而能够大大提高数据的质量，进而使系统做出正确的判断和进一步的控制动作。本设计主要是针对现代农业生产中的大棚温室种植的土壤温湿度进行采集和显示，并有简单的预置功能和报警功能。 本设计以单片机为处理核心，对土壤（也可以是周围的环境比如是空气）进行温度和湿度的测量并进行采集，通过数码管显示出来。在系统的硬件部分主要是采集电路和显示电路。采集电路主要是通过温湿度传感器DHT11将采集到的温湿度数值以数字信号的形式送入单片机中进行处理。显示电路主要是将已经数据处理的温湿度数值利用数码管进行显示出来，配合系统的其他硬件部分如按键系统可以选择显示模式。软件部分的主要工作是使温湿度传感器得到的温湿度数值与单片机之间正确的进行信号的周期性采集与输送，之后进行各种判断来控制硬件电路的显示模式和报警电路。 关键词：温湿度参数；单片机；温湿度传感器
The suitable temperature and humidity of soil are very important for the crop growth .the conditions of soil not only effect the crop root and the microorganism in growing ,but also can effect the moisture movement in the soil.So to keep the moisture in the soil is difficult. Therefore ,people should get the soil temperature and humidity in time to control the system. so that it remains within a certain range in order to adapt to the growth of crops. The single-chip microcomputer for controling the soil temperature and humidity systern, not only has control of the convenience, simplicity, flexibility advantages, but also were used to detect than the artificial temperature and humidity can greatly increase the technical indicators of temperature and humidity to reduce the middle man error factors, which can greatly enhance the quality of the data, the design of agricultural production is mainly directed against the greenhouse temperature and humidity system for collecting and display, and features a simple preset. The single chip design to address the core of the surrounding environment temperature and humidity measurements and acquisition, digital tube display. Part of the hardware in the system is collected and displayed by temperature and humidity sensors DHT11 be processed into the single chip, and then to the display circuit. Software is part of the main collection and distribution of signals and a variety of hardware circuit judge to control the display mode and alarm circuit. Keywords:temperature and humidity parameters; scm; temperature and humidity sensors
土壤水分、温度传感器是基于介电理论并运用频域测量技术(FD R)自主研制开发的，能够测量土壤/基质等多孔介质的含水率和温度。FDS120可用于系统集成，进行土壤/基质水分、温度的实时监测；也可与SMC3000测定仪组成土壤/基质水分、温度便携测量系统。 一、主要技术指标： 测量参数 容积含水率 温度 单 位 %（m 3m -3） ℃ 量 程 0～100% -20～60 测量精度 ±2％ ±0.5％ 输出信号 0～1.5VDC/4～20mA 300～600mV 工作电压 5～12VDC 响应时间 < 1秒 稳定时间 通电后2秒 工作电流 25mA 电缆长度 标准为5m 二、接口定义 接线颜色 棕(红)色 黑色 灰(黄)色 蓝色 说 明 电源输入 (5-12VDC) 电源地 水分输出 温度输出 三、传感器 在系统集成中应用：FDS 系列传感器在土壤/基质饱和含水率范围内具有良好的线性特征，下图是典型的标定曲线及系数，用户可参考使用。用户要获得高精度的测量结果，需进行用户标定。 电压型（FDS120-U ） 输出电压（V ） 水分单位（cm -3cm 3） 0.5071×(V -0.1069) 输出电压（mV ） 水分单位（%vol ） 0.05071×(V -106.9)
电流型（FDS120-I） 输出电压（mA）水分单位（%vol）0.05071x[95.6xI－489.3] 温度 温度输出信号需要一个上拉电路： R=（V-0.55196）/0.068。 推荐的电压（V）为1.8V，电阻（R）为18K(精度0.1%)。 电压型（FDS120-U）/电流型（FDS120-I） 输出电压（mV）温度单位（℃）-0.4467x[V－561.9] TEL:1 8 3 0 1 4 5 1 5 0 2 : 1 8 6 6 3 3 5 9 0 9 4 四、注意事项及维护 1、不要试图将探针插入石子或硬的土块中，以免损坏探针。 2、传感器移出土壤时，不能直接拽拉电缆。 3、传感器探头插入土壤/基质时要充分，以减少操作误差。 4、注意尽可能减小对土壤本身的扰动,提高测量精度。 TEL:1 8 3 0 1 4 5 1 5 0 2或者: 1 8 6 6 3 3 5 9 0 9 4
1.目的/PURPOSE: 本文规定了温度计(包含刻度盘，电子和玻璃温度计)的一般操作和校准规程。 To specify the general operation and calibration procedure for the thermometer (including dial, digital and glass thermometers). 2.范围与职责/SCOPE AND RESPONSIBILITIES: 本规程适用于温度计(包含刻度盘，电子和玻璃温度计)的操作和校验。 This SOP covers the operation and calibration check of thermometer (including dial, digital and glass thermometers). 所有使用温度计的人员必须经本SOP培训，按照标准操作程序进行操作。实验室负责人及QA负责监督本SOP的执行。 Personnel using the thermometer should be well trained and strictly follow the SOP. It is the responsibility of lab head and Quality Assurance to supervise the execution of the SOP. 3.程序/ PROCEDURE: 3.1所有本分析实验室使用的温度计都必须经过校验。 All the thermometers which used for analysis shall be calibrated. 3.2根据特定用途，选择合适的温度计。温度测量范围应满足实验的需要。 Select appropriate thermometer for a certain use. The range for temperature measurement shall meet analysis’ requirements. 3.3使用温度计进行测量时要确保感温部分充分浸入被测物料中。勿触到容器底部和容器壁。 Make sure the sensing element immerge in the material which need to be tested during the operation. DO NOT contact the bottom and wall of the container. 3.4温度稳定后可以读数。 Record the reading after the temperature is stable. 3.5注意：温度计不可用来搅拌。 NOTE: DO NOT use thermometer for stirring.
奇迹源于专注，品质造就永恒！ 土壤温湿度一体传感器使用说明 型号：LC-TDC220C 测量参数 温度量程：-30～70℃精度：±0.5℃分辨率：0.2℃输出信号：4-20mA 湿度量程：0～100% 精度：±3%分辨率：0.1% 输出信号：4-20mA 参数类型：相对含水量（量程含义为：绝对干燥至饱和，与土壤相对含水量线性度高于90%）（传感器仅提供线性输出，如需得到重量含水量根据土质不同建议用户自行标定）电路参数 工作电压：12～24V(宽压供电型，典型值12V)□ 输出阻抗：约10KΩ(采集器AD输入阻抗应>100MΩ) 静态电流：低压型约 5mA，高压型约7mA 响应时间：约3S 平衡时间：＜15S 数据刷新频率：≥3S/次 (频率自适应范围3-10秒，根据被测土壤含水量自动调节) 测量区域：95%的影响在以中央探针为中心，直径为7cm、高为7cm的圆柱体内 工作温度：-10℃～60℃（全程温度补偿） 物理参数 探头类型：不锈钢电极(5针式) 封装外壳：耐候ABS工程塑料/尼龙 密封材料：环氧树脂(黑色阻燃) 电缆长度：标配2米(五芯屏蔽) 功能简介 1、基于介电原理的土壤湿度测量方式（所得为相对饱和含水率），采用LPTC温度传感器。 2、使用高性能处理器，针对每个探头进行单独标定。用户只需通过简单的电压、电流采集 即可得到被测土壤信息，一般无须进行二次标定。 4、采用线性传感器器件以及数字补偿方式，精度较高，温度、湿度可单独输出。 5、采用功耗管理策略，在降低功耗的同时加强对探头电极的保护，使电极的极化现象放缓， 有效延长探头使用寿命。(针对电压输出型可提供低功耗解决方案) 6、可定制RS485数字输出方式，支持MODBUS标准指令(04号读寄存器指令)。 7、具备电源线、地线、信号线三向保护功能，可防护因反接、短路等造成的损毁。 通讯指令 ModBus之04号指令，起始地址1，站号1，示例：01 04 00 01 00 02 20 0B 数据长度2位（4字节），所得1号寄存器数据为温度（数字/20-30），2号寄存器数据为湿度（数字/10）。 引线定义 模拟信号:电源正：红线电源地：黑线温度信号：绿线湿度信号：黄线数字信号：电源正：红线电源地：黑线 RS485+/B：绿线RS485-/A：黄线 注意事项 1.传感器内部已将屏蔽线与地线短接，接线时注意处理好屏蔽线，防止电源短路！ 2.钢针间距直接影响测量精度，所以请勿暴力弯折钢针，切勿摔打或猛烈敲击传感器！ 3、传感器探头可通过开挖剖面和地面打孔方法安装，但切勿暴力对待，且被测土壤不得有强腐蚀性物质，以免损坏探头。 4.当用户需要更高精度的重量百分比测量时，请根据当地土壤或被测物进行烘干法标定。适用范围 适用于科学试验、节水灌溉、温室大棚、花卉蔬菜、草地牧场、土壤速测、植物培养、污水处理及各种颗粒物含水量的测量。
1?干球温度与湿球温度的定义 干球温度：暴露于空气中而又不受太阳直接照射的干球温度表上所读去的数值, 用普通温度及所测得的湿空气的正常温度。 湿球温度：是用湿球温度计在空气中测量出来的温度值， 湿球温度计和普通温度计一样， 只是在感温包上裹以脱脂纱布， 并将其下端浸在充水的小容器中， 以使纱布保持湿润。 在理 论上，湿球温度是在定压绝热条件下， 空气与谁直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温 度，也称热力学湿球温度。 2?干球温度与湿球温度的对比 干球温度也就是空气的实际温度， 而湿球温度则不是，它是测得是纱布内部饱和空气温 度，也是水分温度。原因如下： 当空气为饱和空气时，则水与空气处于平衡，则不会出现上图 1和2那样的蒸发，纱 布内的饱和空气温度和外侧空气温度相等， 或者说当干球温度和湿球温度相等时， 空气为饱 和空气。 当空气为未饱和时，由于空气未饱和，则纱布上的水分要蒸发到空气中进行 1和2蒸发 过程，在蒸发过程中，需要吸热，如果水温比空气温度高，则蒸发吸热来自水分，随着蒸发 的进行，则水分温度降低，低于空气温度时，蒸发吸热来自空气和水分，水分温度降低，达 到一定程度时，（空气侧量大，这部分水分的蒸发对空气湿度影响较小， 对温度影响也很小， 忽略不计，认为空气定温定湿），当蒸发所需热量全部来自空气 （通过对流和换热方式） 时, 此时纱布内为饱和空气， 测得也是饱和空气温度， 也就是纱布水分的温度， 空气越干燥，蒸 发动力越大，所需热量阅读，则温差越大，相反，则温差较小，故此，湿度可以通过干湿球 温度测得，两者温差越大，相对湿度越小，就越是越干燥。 干湿温度测量湿度原理： 也就是 空气
“盆栽植物土壤水分监测及自动浇灌系统” 可行性报告 “盆栽植物土壤水分监测及自动浇灌系统”项目组
盆栽植物越来越受到城市居民的喜爱，由于现在城市的生活节奏紧张，人们经常由于工作忙碌而忽略了养殖的盆栽植物，经常忘记给盆栽植物浇水而使植物枯死，或者由于一次浇水过多而使一些喜干的植物涝死，盆栽植物土壤水分监测及自动浇灌系统使土壤湿度控制在有利于植物生长的湿度范围内，有效避免了因过涝或过干而给植物造成的影响，确保植物能够正常生长、开花、结果。 引言 目前，盆栽植物越来越受到城市居民的喜爱，为了克服传统的人工给盆栽植物浇水带来的局限性，盆栽植物土壤水分监测及自动浇灌系统基于单片机控制，再配合土壤湿度检测电路设备探测盆栽植物所在的土壤环境，电磁阀门和可以根据不同植物进行滴灌灌溉方式的灌头，既克服了传统的人工浇水的不定时性和不准确性，又避免了以往水分控制系统的不准确性而造成的过涝等，因此采用土壤湿度监测模块，单片机控制模块，电磁阀门灌水模块、灌溉及供水系统所构成的盆栽植物土壤水分测控系统及灌溉装置以降低设备投入，同时也不用自己去专门维护、检修，是比较理想的选择。 一、系统方案设计 整个系统有土壤湿度检测模块、单片机采集控制及信号输出电路模块、电磁阀滴灌模块、水泵及供水系统四个主要部分组成 整个系统的工作原理为:土壤湿度检测模块来完成对盆栽植物土壤湿度的采集；单片机采集控制系统将采集到的土壤湿度数据与设定的土壤湿度数据进行比较，进行实时灌水，达到设定值时停止灌水；电磁阀及滴灌设备用来实现
根据单片机经过分析数据后，实现灌水或者停止灌水；进而使土壤湿度处在适宜植物生长需求的最佳状态。 二、系统硬件电路设计 由A/D转换电路、STC89C52单片机和相应的振荡、复位电路、继电器控制电路组成单片机采集控制及信号输出模块是整个测控系统的核心。通过采集土壤湿度检测模块传递的实时土壤湿度信号，与设定的土壤湿度数据进行对比，然后输出信号使继电器控制电路控制电磁阀门的开关，从而进行对盆栽植物的实时灌水。 （一）土壤湿度检测模块 由于土壤中含有矿物质离子，这些矿物质离子都溶解在土壤中的水中。如果将两个电极插入土壤中，电极之间就可以通过这些离子导电。通过测量两电极之间的电阻值来表征土壤湿度的大小。由于两级间的电阻与电压成正比，所以通过计算两级的电压来表征土壤湿度。在测量电压之前，需将传感器得到的模拟电压信号经过A/D转换成数字信号以便单片机处理。 我们选择用交流电源给土壤湿度传感器供电，因为如果使用直流电源，两电极间会发生极化现象，会影响电压的测量。交流电源取自所用单片机的模拟输出端口，从该端口出来有正弦波分量和直流分量，经过电容隔直后给传感器供正弦交流电压。我们知道单片机的工作电压只有5v左右，所以由单片机提供给传感器的交流电压是很微弱的，为了方便精确测量，我们对传感器得到的模拟电压通过精密半波整流电路进行整流，再经过滤波电路滤波，之后通过A/D转换送给单片机处理。 （二）单片机采集控制及信号输出电路模块
土壤水分传感器 产品用途 土壤水分传感器由不锈钢探针和防水探头构成，可长期埋设于土壤和堤坝内使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。与数据采集器配合使用，可作为水分定点监测或移动测量的工具（即农田墒情检测仪）。 适用范围 用于农业、林业、环境保护、水利、气象等行业部门的土壤墒情监测、节水灌溉、温室控制、精细农业等，以满足科研、生产、教学等相关工作需求。 产品特点 ●测量精度高，响应速度快； ●受土壤质地影响较小，应用地区广泛； ●密封性好，耐腐蚀，可长期埋入土壤中使用； 产品简介 型号 性能参数 特点 SWCP1 ?量程：0～100%（m3/m3） ?精度：体积含水量50％以内误差为1 ~ 3 %， 标定后可更精确，达到1%以内； ?测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直 径为3cm、长为6cm的圆柱体内 ?稳定时间：通电后约10秒 ?响应时间：响应在0.5秒内进入稳态过程 ?工作电压：12VDC/24VDC ?输出信号：0~2V/0～2.5或0~20mA/4~20mA ?电缆长度：标准长度为2.5m，最长为20m 探针采用316L特种钢材， 耐腐蚀强；差分输出，稳定 性好 SWCP2 低功耗，体积小，更加美观 SWCP3 探针长度为6cm、10 cm、15 cm、20cm，可测量不同土层 厚度 SWCP4 将传感器的电路部分，上移 至采集器中，信号输出更加 稳定
型号：SWCP1 生产单位：沈阳巍图农业科技有限公司 产品用途： 土壤水分传感器由不锈钢探针和防水探头构成，可长期埋设于土壤和堤坝内使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。与数据采集器配合使用，可作为水分定点监测或移动测量的基本工具（即农田墒情检测仪）。 适用范围： 农业、林业、环境保护、水利、气象等行业部门用于土壤墒情监测、节水灌溉、温室控制、精细农业，满足科研、生产、教学等相关工作需求。 性能指标： ●量程：0～100%（m3/m3）； ●精度：体积含水量50％以内误差为1 ~ 3 %，标定后可更精确，达到1%以内； ●测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直径为3cm、长为6cm的圆柱体内； ●稳定时间：通电后约10秒； ●响应时间：响应在0.5秒内进入稳态过程； ●工作电压：12VDC/24VDC； ●输出信号：0~2V/0～2.5或0~20mA/4~20mA； ●电缆长度：标准长度为2.5m，最长为20m。 产品特点 ●测量精度高，响应速度快； ●土壤质地影响较小，应用地区广泛； ●密封性好，耐腐蚀，可长期埋入土壤中使用； ●各项性能指标适合中国国情； ●探针采用316L特种钢材，耐腐蚀强；差分输出，稳定性好。
土壤温湿度监控系统 一、系统特点： 1．智能型传感器，无需复杂的接线、编程及标定等过程。 2．可接最多15个传感器。可测：空气温、湿度，降雨量，大气压力，光合有效辐射，太阳总辐射，土壤湿度，叶片湿度，风向，风速等参数。 3．系统耗电量很低，采用4节AA碱性电池或锂电（耐高温和严寒）供电4．数据采集器15个通道，采用总线式结构，自动检测传感器。 5．数据采集器内存512KB，可存储500000个数据。 6．RS232标准数据接口。 7．灵活的安装方式以消除传感器间相互干扰。 8．传感器符合WMO或AASC标准。 9．系统用途广泛，适合进行小气候的监测，系统支架可选2米或3米。 二：组成 1.数据采集器：4/15通道 2.HOBOWare pro软件 3.温度传感器 4.土壤水分传感器 5.附件 三、基本技术指标： 数据采集器 1.①H21数据采集器特点： H21-001数据采集器15个通道，标配10个传感器接口，可扩展到15个 H21-002数据采集 器 4个通道，4个传感器接口 24节AA电池可供数据采集器工作1年时间 2512K EEPROM内存存储数据，断电数据不丢失2数据采集器工作状态可通过指示灯查看 2电池电量低和存储空间低警报指示 2数据可远程通讯（需购买远程通讯附件） ②H21数据采集器技术指标： 工作温度-20°到+50°C 存储容 量 512K 数据通 道 15个/4个 电池寿命取决于采集间隔重量约0.9kg 通讯端 口 RS232接口 数据下载速率50万个数据下载 需要2分30秒 外壳材 质 防雨塑胶外 壳 测量间 隔 1秒到18个小时， 可选 尺寸18cm323cm310cm 时间精 度 0-2秒第一个数据节点；每周±5秒 （+25°C）
温度与相对湿度、绝对湿度、饱和湿度的关系 绝对湿度 (1)定义或解释 ①空气里所含水汽的压强，叫做空气的绝对湿度。 ②单位体积空气中所含水蒸汽的质量，叫做空气的绝对湿度。 (2)单位 绝对湿度的单位习惯用毫米水银柱高来表示。也常用l 立方米空气中所含水蒸汽的克数来表示。 (3)说明 ①空气的干湿程度和单位体积的空气里所含水蒸汽的多少有关，在一定温度下，一定体积的空气中，水汽密度愈大，汽压也愈大，密度愈小，汽压也愈小。所以通常是用空气里水蒸汽的压强来表示湿度的。 ②湿度是表示空气的干湿程度的物理量。空气的湿度有多种表示方式，如绝对湿度，相对湿度、露点等。 相对湿度 2 5 4P su x =? (1)定义或解释 ①空气中实际所含水蒸汽密度和同温度下饱和水蒸汽密度的百分比值，叫做空气的相对湿度。 ②在某一温度时，空气的绝对湿度，跟在同一温度下的饱和水汽压的百分比值，叫做当时空气的相对湿度。 (2)说明 ①实际上碰到许多跟湿度有关的现象并不跟绝对湿度直接有关，而是跟水汽离饱和状态的程度有直接关系，因此提出了一个能表示空气中的水汽离开饱和程度的新概念——相对湿度。也是空气湿度的一种表示方式。 ②由于在温度相同时，蒸汽的密度和蒸汽压强成正比，所以相对湿度通常就是实际水蒸汽压强和同温度下饱和水蒸汽压强的百分比值。 露点 (1)定义或解释 ①使空气里原来所含的未饱和水蒸汽变成饱和时的温度，叫做露点。 ②空气的相对湿度变成100％时，也就是实际水蒸汽压强等于饱和水蒸汽压强时的温度，叫做露点。 (2)单位 习惯上，常用摄氏温度表示。 (3)说明 ①人们常常通过测定露点，来确定空气的绝对湿度和相对湿度，所以露点也是空气湿度的一种表示方式。例如，当测得了在某一气压下空气的温度是20℃，露点是12℃那么，就可从表中查得20℃时的饱和蒸汽压为17.54mmHg ，12℃时的饱和蒸汽压为lO.52mmHg 。则此时：空气的绝对湿度p=10.52mmHg ， 空气的相对湿度．B=(10.52/17.54)×100％=60％。 采用这种方法来确定空气的湿度，有着重大的实用价值。但这里很关键的一点，要求学生学会露点的测定方法。 ②露点的测定，在农业上意义很大。由于空气的湿度下降到露点时，空气中的水蒸汽就凝结成露。如果露点在O℃以下，那末气温下降到露点时，水蒸汽就会直接凝结成霜。知道了露点，可以预报是否发生霜冻，使农作物免受损害。 ⑨气温和露点的差值愈小，表示空气愈接近饱和。气温和露点接近，也就是此时的相对湿度百分比值大，人们感觉气候潮湿；气温和露点差值大，即此时的相对湿度百分比值小，人们感觉气候干燥。人体感到适中的相对湿度是60～70％。 ④严格地说，露点时的饱和汽压和空气当时的水汽压强是不相等的。