土壤温湿度的自动监测,能够让我们适时了解土壤情况,及时分析土壤旱涝状况及对农作物生长发育的影响,有助于传统农业向现代农业转型,促进了“智慧农业”的发展。另外,根据测定的土壤温湿度数据,可以及时预测洪涝、干旱等自然灾害,为生态环境的保护和建设提供帮助。土壤温湿度传感器的设计以MSP430F2272处理器为核心,包含温度测量模块和湿度测量模块。本文重点研究了湿度测量模块,即土壤含水率的测定。针对目前国内研制的土壤湿度传感器测量范围小、误差大的问题,通过查阅国内外相关资料以及阅读大量文献,对各种测定方法进行了分析和总结。以土壤介电特性为切入点,分析了介电常数与含水率的关系,发现利用介电常数来测量土壤含水率是一种高灵敏度、宽适应面、受土壤理化特性影响较小的测量方法。实验比对了频域反射法中固定频率和可变频率两种方法,选择了固定频率的方法,采用最小二乘法对数据进行回归分析,研究了不同频率下含水率和传感器输出电压的关系,在土壤含水率0-15%,15%-25%及大于25%时,分别选用90MHz,40MHz和50MHz信号源,达到拓宽测量范围以及提高测量精度,进一步提高传感器性能的目的。硬件电路中,温度测量模块采用热敏电阻实现,湿度测量模块包括平行板电容探针、信号源电路、频率选择电路、检波整流电路、电压放大电路。电源模块采用太阳能光电池辅助供电,由能量采集、充电管理电路、锂电池保护电路、稳压电路以及锂电池五个部分组成。实验结果表明,传感器的湿度测量范围0-60%,误差为±2%,温度测量范围为-40~50℃,符合设计要求。研制的传感器材质轻便,体积小,便携性好,所有电路均设计在一块PCB板上,且所用材料耐腐蚀性强,不易损坏,能够适应野外长期使用。另外,对传感器的准确性、重复性和稳定性进行了测试,结果表明传感器具有较好的准确性、重复性和稳定性,可以实现对土壤温湿度的实时测量。最后,设计了无线传感器数据采集系统。无线传感器数据采集系统采用ZigBee技术,以CC2530单片机为处理芯片,可实现对被测区域土壤温湿度的实时监测,用户可在手机或电脑终端查看当前的土壤温湿度数据,实现了农业生产的智能化。该土壤温湿度传感器及其数据采集系统能够实时监测土壤温湿度,具有分辨率高、适应性强、成本低,应用范围广等特点,可广泛应用于农业生产及环境监测领域。