全自动土壤风蚀沙化检测集沙仪监测系统设计

发布时间：2020-10-15 09:49

　　 集沙仪作为研究土壤风蚀的重要仪器,大部分需要人工参与采集测量计算,其自动化水平不高,因此课题组以土壤风蚀沙化检测集沙仪机械结构为依托,设计开发出全自动集沙仪监测系统。整个集沙仪监测系统由一个主控制器节点以及多个副集沙仪节点组成;系统采用ZigBee无线自组网络传输各传感器数据,数据最后汇聚到主传感器中,经打包编码存储并发送到服务器端。集沙仪节点选用两只高线性度、额定负荷为600g的称重传感器作为质量转换器件,系统中模数转换器采用亚德诺半导体公司的高分辨率(24bit)、高精度(±30ppm)低噪声(8nV)的AD7192,为集沙仪监测系统的沙尘质量数据精度提供了保障;监测系统还集成多种环境传感器(温湿度、气压、光照、风向等),以便为后续深入研究土壤风蚀提供数据支持,集成步进电机驱动器件,可实现集沙筒质量溢出自动倾倒沙尘。主传感器节点软件内建文件系统,根据时间日期自动更改文件存放位置,可实现将每个集沙仪节点数据按MAC地址存储在本机SD卡中;系统可统计并上传集沙仪节点在线数量以及对应集沙仪的MAC地址。监测系统测试实验中模数转换器硬件噪声测得零差分输入时计算偏移电压分别为221.9nV、321.6nV;系统接入称重传感器时,数据稳定无明显异常波动,连续测得数据方差分别是0.36、0.24;在称重传感器的质量标定实验中,获得了质量与模数转换器输出值的拟合函数,线性度理想。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S157;S237
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 课题研究内容及技术路线
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 研究的技术路线
2 系统总体方案设计和实现
    2.1 设计要求
    2.2 设计原理
    2.3 总体方案
    2.4 系统架构
    2.5 本章小结
3 全自动土壤风蚀沙化检测集沙仪监测系统硬件设计
    3.1 硬件系统
        3.1.1 硬件组成
    3.2 测量模块设计
        3.2.1 压力传感器
        3.2.2 模数转换器
        3.2.3 步进电机驱动
        3.2.4 姿态检测
        3.2.5 温湿度检测
        3.2.6 气压检测
        3.2.7 光强度检测
        3.2.8 时钟系统
        3.2.9 电压、电流检测
    3.3 单片机处理模块设计
    3.4 数据存储模块设计
    3.5 数据上传模块设计
    3.6 供电电源模块设计
    3.7 整体硬件结构
        3.7.1 整体硬件实物图
        3.7.2 整体硬件系统特点
        3.7.3 整体硬件描述
    3.8 本章小结
4 全自动土壤风蚀沙化检测集沙仪监测系统软件设计
    4.1 自组网ZIGBEE协议
    4.2 系统框架
        4.2.1 主传感器系统框架
        4.2.2 副传感器系统框架
    4.3 数据通信协议
    4.4 上位机测试软件设计
    4.5 本章小结
5 系统测试运行及结果分析
    5.1 监测系统噪声测试
    5.2 控制系统空载实验
    5.3 称重传感器温度补偿实验
    5.4 称重传感器标定实验
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录
致谢

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本文编号：2842016