伴随着国家农业机械化的发展,农田土壤机械化过度压实已成为一个日益严重的问题,给农业生产造成了严重影响。土壤应力的变化是农田土壤受压实时的内部表征。为了从应力角度研究农田土壤压实的问题,需要利用土压力传感器从土壤压实时的应力分布上,深入了解土壤压实的内部原因。为了解决市场上一般土压力传感器结构尺寸大,对土壤扰动大的缺点,以及在监测农田土壤应力分布上的不足,同时为了适应农田的土壤监测深度浅、内部应力低的特性,文中自主设计并研制了无线气压式土压力传感器,并紧随现代农业的发展潮流,初步研发了一套的农田土壤应力动态监测系统,达到了预期的功能。文中研究的具体内容、结论如下:(1)土压力理论计算与匹配误差分析文中分别在土壤各向同性假设以及考虑土压力传感器嵌入到土壤中对土壤原位应力场的干扰的条件下,理论的探讨土压力的计算以及土压力传感器与土壤的匹配误差,同时为设计匹配误差较小且稳定的土压力传感器提供理论依据。(2)无线气压式土压力传感器研制文中采用气压式原理研制土压力传感器,采用了橡胶球壳体作为密封元件与土压力的感测原件,将超低功耗nRF24LE1无线射频芯片,BMP180气压芯片,可充电电池与无线充电线圈一起密封于橡胶球壳体内部;当土壤受到载荷的作用时导致橡胶球壳体发生变形,通过BMP180气压芯片来感测壳体内部的压力变化,进而反映土壤的应力大小。(3)土壤参数的测定试验文中中的土压力传感器的工作介质是土壤,因此为了获得土壤参数的确定值,文中以东北农业大学向阳农场试验地土壤为试验样本,实施进行了土壤烘干试验、土壤剪切试验、土壤筛分试验、土粒粒径测定试验等,获得了土壤的容重、含水率、粘聚力、内摩擦角以及土壤级配、当量粒径等参数。(4)无线气压式土压力传感器的试验研究文中对无线气压式土压力传感器进行气压标定试验,按照预先讨论的数据处理算法,采用Matlab拟合工具箱,对气压标定试验获得的数据进行拟合,得到气压加载时的拟合函数为y1=464.30·x1,气压卸载时的拟合函数为y2=444.90·x2;并进行砂标试验,对无线气压式土压力传感器的滞回环进行分析,并获取无线气压式土压力传感器及土壤介质的弹性模量,探索无线气压式传感器在测量农田土壤压力上的适用性。从试验结果分析来看,无线气压式土压力传感器气标拟合函数线性误差小,但砂标与气标相比,存在比较大的滞回环,在试验中表现得特性规律符合常规土压力传感器的试验特性;并通过对匹配误差定性分析与定量分析得出,无线气压式土压力传感器与土壤的匹配误差趋于稳定。从这个角度分析,文中设计的无线气压式土压力传感器可以满足使用要求。(5)农田土壤应力动态监测系统的设计与实现文中在研制无线气压式土压力传感器的基础上,结合现代农业的发展趋势,完成传感器应力采集端、传输端、管理平台的设计与实现,其中传感器应力采集端、传输端完成表征土壤应力的气体压力的采集、GPS地理位置的确定,短信收发与GPRS数据传输功能;管理平台以Matlab GUI为平台,实现了数据的GPRS接收,实时曲线显示,数据库存储功能,并根据土壤应力值和GPS数据,可以精确确定土壤过度压实的位置。该系统为分析与研究农田土壤压实、指导农业生产提供了一种新的方法。