土壤傳感器在精細(xì)農(nóng)業(yè)、生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域有著重要的意義，其中土壤的含水率、溫度、電導(dǎo)率是基礎(chǔ)的物理量。土壤電導(dǎo)率“EC”是英文單詞“Electrical Conductivity”的縮寫。土壤水溶性鹽是強(qiáng)電解質(zhì)，它的水溶液具有導(dǎo)電作用，通過測定導(dǎo)電率可以衡量土壤的水溶性鹽濃度。施肥時(shí)我們需要測定一個(gè)基礎(chǔ)的EC值，不同植物根據(jù)需肥特性與生長階段的不同適宜的土壤EC都不同，實(shí)現(xiàn)科學(xué)施肥。土壤濕度即土壤含水率是表示土壤干濕程度的物理量，通常用土壤含水量占干土重的百分?jǐn)?shù)或者土壤水分容積占土壤總?cè)莘e的百分?jǐn)?shù)表示。土壤濕度結(jié)合土壤溫度的晝夜變化，可以較佳決定農(nóng)作物的水分供應(yīng)狀況，智能灌溉。
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敏源土壤水分鹽分溫度三合一模組MST（Mysentech Soil Trio）采用高精度數(shù)字傳感芯片結(jié)合嵌入式處理與計(jì)算，采集測量土壤的水分含量、電導(dǎo)率（EC）和溫度。土壤濕度檢測是利用FDR頻域反射原理 (FrequencyDomainReflectometry)，根據(jù)電磁波脈沖在介質(zhì)中傳播頻率來測量土壤的表觀介電常數(shù)(ε)，再結(jié)合不同土質(zhì)的頻率-含水率轉(zhuǎn)換特性算法得到土壤含水量。電導(dǎo)率采用電極式電導(dǎo)測量方式，內(nèi)置跨導(dǎo)放大電路、數(shù)字補(bǔ)償電路提高精度。溫度傳感基于CMOS數(shù)字芯片，在探針的導(dǎo)熱方面做了優(yōu)化。
每個(gè)模組出廠前均進(jìn)行了溫度系數(shù)校準(zhǔn)以及土壤水分精度標(biāo)定，保證用戶應(yīng)用時(shí)可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。模組分有線輸出版本和無線版本，有線版基于RS485或者UART串行總線標(biāo)準(zhǔn)通信，抗干擾能力更強(qiáng)，采用MODBUS協(xié)議。無線版采用藍(lán)牙或者NBIOT無線數(shù)字傳輸?shù)绞謾C(jī)或者云平臺(tái)。
MST模組具有如下特點(diǎn)：
- 采用自主研發(fā)的射頻諧振電路，信號穩(wěn)定，穿透力強(qiáng)
- 針對不同土壤模型含水率、電導(dǎo)率嵌入式補(bǔ)償計(jì)算，可在線標(biāo)定
- 測量范圍寬、線形度好、適用性廣
- 功耗低，工作溫度范圍寬，數(shù)據(jù)采集時(shí)間短
- 內(nèi)置存儲(chǔ)器，無需維護(hù)和現(xiàn)場校準(zhǔn)
通過將塑料外殼、不銹鋼探針等物料一起組裝，土壤水分鹽分溫度模組MST可裝配成如下圖所示的三針型土壤水分鹽分溫度傳感器。
主要技術(shù)指標(biāo)
土壤水分含量測量
- 典型精度：3%
- 分辨率：0.1%
- 量程：0~100%
溫度測量
- 典型精度：0.5℃（或高配：0.1℃精度版本）
- 高精度范圍：0℃~+50℃
- 分辨率：0.1℃
- 量程：-70℃~+150℃
電導(dǎo)率鹽分測量
- 典型精度：3%
- 分辨率：0.01mS/cm
- 量程：0~20mS/cm
工作溫度范圍：-40℃~+85℃
采集時(shí)間：< 0.2秒
平均功耗：26.82mA@5V
供電電壓：3V~28V
接口：RS485(MODBUS協(xié)議)
模組尺寸：50mm * 38mm * 10.55mm
應(yīng)用領(lǐng)域
農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝種植及土壤墑情研究等。
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低功耗藍(lán)牙、NBIOT土壤三合一傳感器將于2022年底面市，敬請期待。
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