在现代农业中,随着农业机械化的发展,土壤的机械压实问题日益严重,并给农业生产造成严重的影响。现在我国对土壤压实的评价主要通过多道面波法、土壤紧实度法、土壤容重法以及土壤孔隙度法来测量土壤的机械压实度,但大都是土壤压实后的测量,而无法研究土壤压实过程中的土压力变化。近年来,国内外开始采用土压力传感器来测量土壤土压力变化,但是还存单向测量土壤应力、传感器有线连接、结构繁琐以及土壤扰动大等缺点。为了解决现有传感器的缺点与不足,试验设计了一套可以实现无线测量的多向无线土压力传感器,并利用该传感器搭建了农田应力监测系统。利用该传感器探究了在侧限条件下土壤的压缩试验以及传感器的匹配误差,主要得到以下结论:(1)通过分析土壤在各向同性的假设条件下,土壤受到外界不同载荷时内部节点应力变化趋势;分析多向无线土压力传感器在土壤中倾斜时,利用倾斜角度和各轴方向正应力计算任意方向的正应力;通过对以上两点的探讨为后期土压力传感器的设计提供了理论依据。(2)利用Solid Works建立直径φ为25mm承压面,并通过ANSYS分析了承压面在受到等效均布载荷、非均布载荷以及不同位置集中载荷时的径向应变和周向应变,计算得到承压面总应变的大小因承压面受到的外界载荷不同而大小不一致。(3)以传统的应变式土压力传感器为基础,采用3D打印的球形六面体骨架为壳体,并将充电锂电池103040、HX711芯片以及Zig Bee模块封装入传感器内部构成终端无线数据采集装置,即为无线土压力传感器,其避免了因有线连接导致土壤扰动所产生的误差。后通过气液结合的方式标定了无线土压力传感器,并通过分析传感器加卸载曲线得到它的精度、线性度、迟滞以及重复性等静态指标。(4)将内含液囊的标定装置中的液囊用气囊替换对传感器进行标定。在采用气囊标定装置时一定要避免气囊自身所产生的张紧力,否则会造成试验误差。(5)通过样土的逐级压缩实验,得到在侧限条件下样土的孔隙比与外界载荷的压缩曲线以及样土的压缩模量与外界载荷压缩曲线,由像可以看出随着外界载荷的增加,土壤的孔隙比减小,弹性模量增大。对比土压力传感器的匹配误差试验可以看出,随着外界载荷的增加,土壤的压缩模量逐渐增大,而传感器的压缩模量是不变的,那么随着载荷的增加,二者比值逐渐减小,匹配误差越小,这验证了土压力传感器匹配误差的变化规律曲线。(6)结合多向无线土压力传感器,搭建了农田土壤应力监测系统,并通过MATLAB GUI进行数据的管理和保存;其中终端节点主要负责应力应变的采集、传感器的电压、温度以及采集频率的读取,协调器负责数据的接受处理和发送,上位机负责对数据管理和命令发送。系统运行的结果表明,该监测系统可以满足农田土壤应力实时监测的需求。