平面电容传感器是激励电极和感应电极处于同一平面的新型电容传感器,与常规的平行板式电容传感器相比较,具有电场单边穿透、信号强度灵活可调、层析成像等优点,广泛应用于湿度、厚度、孔隙度等材料特性的无损检测。土壤湿度是研究农业干旱及作物干旱的重要参数,在农业生产中有着重要意义,土壤中的微水分决定了农作物的生长发育和对肥料养分的吸收效率。本文研制基于平面电容传感器的低功耗土壤湿度测量系统,实现对土壤湿度的有效测量,同时具有低功耗、无线通讯等特点。通过分析平面电容传感器的工作原理和土壤湿度测量系统的实际需求,提出了基于平面电容传感器的低功耗设计方案。该方案的硬件系统包括单片机核心模块、激励模块、电容转换模块、滤波模块、幅相检测模块、人机交互模块、无线通讯模块、电源管理模块等。采用锂电池供电,且电压等级简明,电源方案高效,核心处理器及其他元器件均选用低功耗器件,实现整个测量系统的功耗控制。测量系统以MSP430F5529单片机为核心,负责集中调度其他各模块运行并对信号进行处理和运算。由振荡电路产生高频激励信号,需在控制成本和功耗的前提下,产生频率达兆赫兹级别且波形稳定的正弦波信号。电容转换模块将传感器的电容值变化转换为正弦信号的波形变化,并由后续电路捕捉,该模块难点在于传感器输入阻抗非常高,输出信号很微弱,并且容易受到噪声信号的干扰。为解决信号的高频率与单片机的低功耗之间的矛盾,设计幅相检测方案获取激励信号与响应信号之间的幅值比和相位差,通过该模块减轻核心处理器的采样和运算压力。无线通讯模块主要是为实现与各平台通信和无线传感器组网等功能。本文设计了测量系统软件,包括主监控程序、系统初始化模块、AD采样模块,中断模块、人机交互模块、无线通讯模块等。主要实现了系统休眠控制、数据筛选和计算、结果显示与无线通信等功能。其中算法部分主要特点是精确性和快速性,算法包括数据预处理和湿度计算,数据预处理是指对采集的一组数据进行异常值剔除以及均值滤波,计算土壤湿度值是根据标定实验获得的幅值比和相位差与实际土壤湿度之间的函数关系。针对土壤湿度测量的实际需求研制探针式平面电容传感器并设计实验。将平面电容传感器通过柔性铜箔材料设计成探针式,再将设计的测量系统与电容传感器结合,应用于土壤湿度测量。设计了标定实验、湿度测量实验、功耗实验以及无线通讯实验。实验结果表明:系统精度高,功耗低,稳定性强,可以有效地实现土壤湿度的测量等功能。