基于STM32的稻田土壤有效磷检测的介电传感器设计

摘要

[目的]有效磷是影响水稻生长和产量的关键土壤养分指标。传统实验室检测方法耗时长、成本高，难以满足快速监测需求。为此，设计一种稻田土壤有效磷在线检测传感器，以实现土壤养分快速监测，为水稻科学施肥提供支持。[方法]以STM32F405RGT6微控制器为核心平台，集成了信号采集模块与低功耗无线传输模块。系统软件基于MDK 5.0开发环境，采用C语言编写，实现信号生成、数据转换、通信以及关键的插值算法等核心功能。通过采集到的传感器响应数据，系统应用CARS特征波长选择算法，有效提取幅值比、相位差以及融合幅值比与相位差的数据特征。利用提取的特征数据，构建支持向量回归（SVR）预测模型，最终实现对土壤有效磷含量的快速检测。[结果]所建模型（R²≥0.94）能有效预测稻田土壤有效磷含量，但预测精度受含水率影响。综合对比后，优选各含水率下的最佳模型。在20%、25%、35%、40%含水率下采用幅值比模型，其R²为0.979,0.954,0.991,0.978,RMSEP为7.78,11.26,5.44,7.82 mg·kg^-1；在30%含水率下，采用幅值比+相位差模型，R²为0.988,RMSEP为5.67 mg·kg^-1。[结论]该装置对于稻田土壤有效磷含量具有较高精度的检测，同时设备具有全天候工作能力，配合LoRa物联网可实现远程在线实时监测。

关键词

土壤有效磷 / 介电传感器 / 土壤水分 / 在线检测