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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

水是农作物的血液，土壤中保持适当的水分，有助于植株的健康生长。土壤内水分过多，会导致植株对水分的吸收超过消耗。长期水分过多，就会造成栏叶，落叶，甚至死亡。土壤内水分过少，会导致植株对水分的消耗超过吸收，植株不能进行正常的光合作用和蒸腾作用，严重时会使植株枯死。

水也是一种宝贵的资源。我国是农业大国，农业一直是我国国民经济的命脉。然而我国人均水资源十分有限，且中国大部分地区还未脱离人工灌溉，造成了水资源的极大浪费。故植株土壤水含量的研究对农业发展十分重要。植株土壤的含水量状况既是政府决策部门实现节水的重要信息，也是农牧业抗旱和合理利用水资源的重要信息。现有技术大多从传感器角度进行分析，数据来源单一。部分系统运用卫星对大面积农作物进行拍摄进而分析卫星图像，技术复杂，成本高昂，不符合中国国情。本课题提出了一种多传感器融合的植株土壤含水量监测与分析系统，从而达到节水增效和科学决策的目的。

国内外研究现状

目前国内外已有科研人员基于gps技术，传感器技术以及其他各类网络通信技术设计了能够实时监测的土壤墒情监测装置。比较典型的系统利用了zigbee网络节点，将温湿度传感器采集到的数据通过zigbee无线网络发送回单片机进行处理，单片机将采集到的数据发送给上位机中的中央处理单元进行进一步的处理。通过对数据的分析来综合调节灌溉的策略。

在国内，2015年刘卫平等通过结合铱星通信技术，通过对卫星图像的分析，来实现荒郊野外信号微弱地区土壤墒情，温度及降雨量的监测。然而这些技术所设计技术复杂，成本高昂，不适合在中国大面积推广。又有如高军等人在2010年提出的基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统，由单片机组网读取多路传感器的数据，该方法数据获取手段单一，无法准确判断出植物土壤的水含量情况。

2. 研究的基本内容

为了能够从传感器与图像处理两方面进行研究，本课题计划选用stm32单片机与matlab作为载体。与其他型号单片机相比，拥有arm内核的stm32单片机性能强劲，接口丰富，易于开发。matlab软件图像处理功能强大，其支持的器件库众多，完全能够满足本课题的要求。

本系统主要由软硬件两部分组成：

在硬件方面，本课题将研究以单片机和pc为核心处理部件。在单片机部分，通过终端传感器获得土壤的温湿度和地表的光照强度数据并显示在lcd屏幕上。电容式温湿度传感器获得的湿度数据误差预计不超过3%，温度数据误差不超过0.5℃，光照强度数值不超过2%。单片机会将上述数据通过无线模块发送给pc。30万像素的ov7725摄像头拍摄植株叶片进而通过usb线传输到pc端进行图像处理。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：

在硬件方面，单片机外接两个电容式dht11温湿度传感器以获得土壤的温湿度数据，外接ov7725摄像头以拍摄植株叶片图像并保存在外接sd卡中，外接tft屏以显示单片机系统，两个串口无线通信模块分别连接在单片机及pc上以实现温湿度及光照强度的无线传输，一根usb线连接单片机的usb_slave口和pc的usb口以实现植株叶片图片的有线传输。

在软件方面，运用c语言对stm32单片机进行编程以实现传感器数据获取，数据显示和上位机通信。运用matlab语言对植株叶片图像进行滤波，边缘检测与色块阈值提取，从而获得形态特征，颜色特征以及纹理特征，最后运用支持向量机对缺水情况进行综合判断。

4. 参考文献

1：基于arduino和vi的农田信息无线采集系统设计_左现刚

2：基于arm和gprs的远程土壤墒情监测预报系统_陈天华

3：基于zigbee和arm9的农田墒情远程监测系统_张增林