农田土壤的水分和紧实度是农作物生长过程中的两个重要参数,而表层(0～5cm)土壤水分和紧实度是影响雨水入渗、种子发芽、破土率的重要因素。当前土壤水分和紧实度传感器采用插入式测量探针结构,只能测量一定深度以下的土壤水分和紧实度。该研究针对表层土壤测量中水分和紧实度的测量需要,研制了表层土壤水分与紧实度复合测量系统,包括传感器研制和数据采集显示平台设计,最终实现表层土壤容积含水率、质量含水率、容重三个参数测量。该文的研究内容及创新点如下:该研究根据土壤介电理论,采用FD(Frequency Domain)定频阻抗测量法,设计表贴式平行电极探针以及土壤水分测量传感器,完成对表层土壤容积含水率的测量。通过一系列的土壤水分标定、灵敏度试验,传感器输出和容积含水率之间的线性拟合确定系数R2达到0.9337,均方根误差RMSE为0.028。从土壤紧实度定义入手,采用平板下压法,设计土壤紧实度传感器,获取表层土壤紧实度信息。建立出表层土壤机械阻力、土壤水分、容重之间的耦合模型,根据测量数据,得到模型参数,解析出表层土壤质量含水率和土壤容重数据。经过试验验证,该研究的复合测量系统对土壤质量含水率预测决定系数R2为0.9822,均方根误差RMSE为0.0089,容重预测决定系数R2为0.8053,均方根误差RMSE为0.1035。整个复合测量传感器以MSP430单片机为核心,具有手动、自动、连续采集、历史数据读取等多种工作模式。针对不同使用环境,研发PC端和Android端数据采集显示平台,实现土壤信息的快速采集,数据实时显示、计算、存储等功能,为精细农业提供了一整套高质量表层土壤水分和紧实度复合测量系统。