picoSMMS:开发和验证一个低成本和开源的土壤湿度监测站
Veethahavya Kootanoor Sheshadrivasan1, Jakub Langhammer1, Lena Scheiffele2
1Department of Physical Geography and Geoecology, Faculty of Science, Charles University, 128 00 Prague, Czech Republic.
Sensors (Basel, Switzerland)
|November 27, 2025
概括
这项研究介绍了picoSMMS,一个开源的,低成本的土壤湿度监测站,并校准了一种流行的电容传感器. 该系统为密集的水文监测网络提供了具有成本效益的解决方案.
科学领域:
- 水文和环境监测 水文和环境监测
- 传感器技术和仪器仪表
- 开源硬件和软件开发开源硬件和软件开发
背景情况:
- 土壤湿度的高时空变化需要密集的监测网络,但商业传感器成本太高了.
- 现有的低成本电容土壤湿度传感器 (LCSMS) 缺乏强大的特征和集成到开源的可重复系统中.
- 弥合消费电子和水文监测之间的差距需要易于使用,具有良好的特征的传感器解决方案.
研究的目的:
- 开发一个开源的,低成本的,离网的土壤湿度监测站 (picoSMMS).
- 为了对一个流行的LCSMS (DFRobot SEN0193) 进行相对介电电容率 (εs) 的单元特定校准.
- 通过将消费电子技术转移到水文监测,促进社区驱动的改进.
主要方法:
- 使用MicroPython编程的易用电子设备开发了picoSMMS.
- 根据标准化的协议,在25°C时在广泛的电容范围 (1.080.0) 中对LCSMS进行了实验室校准.
- 开发了与 εs 相关的传感器输出和温度模型,并与商业探测器进行了对比.
主要成果:
- 校准的LCSMS在目标允许度范围内 (2.5-35.5) 实现了1.29 ± 1.07的平均绝对误差,相当于体积含水量 (VWC) 中的0.02 ± 0.01.
- 虽然LCSMS的性能低于SMT100,但它与ML2 ThetaProbe相比具有竞争力,并且表现优于PR2/6 ProfileProbe.
- 在短暂的现场部署期间,picoSMMS成功跟踪了同处的HydraProbe传感器.
结论:
- 皮科SMMS和校准的LCSMS为密集土壤湿度监测提供了可行的,具有成本效益的解决方案.
- 标准化的校准和规范化程序显著提高了LCSMS的性能.
- 需要进一步研究传感器间的可变性,盐水/有机土壤中的性能以及长期现场验证.
