土壤濕度傳感器介紹

1.土壤濕度傳感器原理--簡介

土壤濕度傳感器又名：土壤水分傳感器、土壤墑情傳感器、土壤含水量傳感器。主要用來測量土壤容積含水量，做土壤墑情監(jiān)測及農(nóng)業(yè)灌溉和林業(yè)防護目前常用到的土壤濕度傳感器有FDR型和TDR型，即頻域型和時域型。目前比較流行的是FDR型，常用型號HA2001.FDR頻域反射儀是一種用于測量土壤水分的儀器，它利具有簡便安全、快速準(zhǔn)確、定點連續(xù)、自動化、寬量程、少標(biāo)定等優(yōu)點。

2.土壤濕度傳感器原理--特點

土壤濕度傳感器由濕度檢測電路和聲報警電路等部分組成，它主要具有以下幾種特點：

1.傳感器體積小巧化設(shè)計，攜帶方便，安裝、操作及維護簡單。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，不繡鋼探針保證使用壽命。

3.外部以環(huán)氧樹脂純膠體封裝，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。

4.測量精度高，性能可靠，確保正常工作。

5.響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)傳輸效率高。

3.土壤濕度傳感器原理

土壤濕度傳感器就是監(jiān)測土壤的濕度，將其的硬件控制電路埋在作物根部的土壤水分傳感器監(jiān)測根部土壤的水分，該傳感器經(jīng)檢測電路將“濕度過高”和“濕度過低”信號經(jīng)編碼器傳至主控制器，由主控制器決定控制狀態(tài)?！皾穸冗^高”則停止灌溉;“濕度過低”則通過光電隔離、繼電器控制接在水源的電磁閥。該系統(tǒng)還具有故障報警功能。主控制器通過通訊接口與上位機通訊，可以實時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀況或?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

土壤濕度傳感器設(shè)計方案（一）

濕度傳感器：

上面四個端口，從最左到右一次為A0，D0，GND，Vcc。A0接A4，D0接A0，GND接GND，Vcc接5V電壓

下面兩個端口接右邊的探測插頭，上面左右各一個指示燈當(dāng)這個探測器插到面包板上時右邊亮，當(dāng)右邊的插頭插到土壤中時左邊燈亮起，再下邊靠左的是一個可調(diào)電阻，電阻右邊為一個芯片。

電路圖：

結(jié)果實物圖：

原理：

1.這是一個簡易的水分傳感器可用于檢測土壤的水分，當(dāng)土壤缺水時，模塊輸出一個高電平，反之輸出低電平。使用這個傳感器制作一款自動澆花裝置，讓您的花園里的植物不用人去管理。

2.靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié)）

4.工作電壓3.3V-5V

5.模塊雙輸出模式，數(shù)字量輸出簡單，模擬量輸出更精確。

6.設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝

7.小板PCB尺寸：3cm*1.6cm

8.電源指示燈（紅色）和數(shù)字開關(guān)量輸出指示燈（綠色）

9.比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定

10.VCC外接3.3V-5V

11.GND外接GND

12.DO小板數(shù)字量輸出接口（0和1）

13.AO小板模擬量輸出接口

土壤濕度傳感器設(shè)計方案（二）

采用數(shù)字式溫濕度傳感器可以制作一溫濕度實時顯示系統(tǒng)，如圖所示。采用AT89S52單片機作為該系統(tǒng)的控制單元，傳感器采用DHT90，此傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，另外SCK端用于單片機與DHT90之間的通訊同步，這里采用AT89S52的P3．7與DHT90的SCK相連，用P3．6與DATA端相連，Vcc接電源，CND接地，顯示模塊為LCD12864。單片機采集到米自DHT90的數(shù)據(jù)，經(jīng)過軟件線性擬合，最終送列LCD12864上顯示溫濕度數(shù)據(jù)。

土壤濕度傳感器設(shè)計方案（三）

振蕩電路

振蕩電路的作用是將電容的變化量轉(zhuǎn)化為頻率可變的方波。由圖3可知，這是一個非對稱多諧振蕩器?；蚍情TG1工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，把它的輸出電壓直接連接到或非門G2的輸入端。G2即可得到一個介于高低電平之間的靜態(tài)偏置電壓，從而使G2的靜態(tài)工作點也處于電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)上。反饋環(huán)路中電容使電路在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間往復(fù)振蕩。

由于電容充放電的時間T為2.2RC，所以輸出的方波頻率：可見輸出頻率和電容值成反比。通過這個電路使?jié)穸刃盘栕優(yōu)殡娙葜?，最后變?yōu)轭l率信號輸出。

消除零點電容

需要指出的是，圖3所示的濕度傳感器零點電容比較大，靈敏度不夠高，濕度從0%～100%RH，電容的變化量不超過30～50PF。為此，最好將零點電容消除掉，在實際設(shè)計中我們用兩片CMOS4001集成電路對圖3進(jìn)行改造，具體見圖4。

A、B、C、D四個點的波形如圖5所示。由圖4中U1的4個或非門組合邏輯可知：只要調(diào)整C的脈沖寬度，就可以得到D的脈沖寬度，從而可以消除零點電容，經(jīng)過調(diào)制的電容變化信號也就是濕度信號。將同一封裝內(nèi)的門電路U2A、U2B、U2C、U2D并聯(lián)使用，可以擴大CMOS門電路輸出低電平時吸收負(fù)載電流的能力。

線性輸出信號調(diào)理

電路濕度的脈沖信號再經(jīng)過后面的二極管整流、RC積分電路，得到隨溫度變化的電壓。由于信號比較微弱，再經(jīng)過一個同向比例放大器把信號放大，最終把信號調(diào)理為0～3V的輸出。

濕度變送器的設(shè)計

采用了美國BB公司生產(chǎn)的XTR105作為濕度變送器的芯片，把濕度傳感器輸入的0～3V電壓轉(zhuǎn)換為4～20mA的電流信號輸出。其電路如圖7所示。

濕度傳感器輸出的0～3V電壓通過XTR105芯片的2和13引腳輸入。調(diào)整3和4引腳間的電阻RG和RG1的值，可以改變XTR105芯片的內(nèi)置儀表放大器增益值，從而選定合適的測量范圍。RCM取為1KO，它提供一個附加電壓降，使XTR105的輸入電壓限制在共模方式下的電壓范圍內(nèi)。與RCM并聯(lián)的0.01μF旁路電容用于降低共模噪聲。整個裝置的電壓，電流傳遞函數(shù)為：

其中Rm=RG·RG1/（RG+RG1），VIN是VIN+（13引腳），VIN-（2引腳）兩端輸入電壓。VREG引腳（11引腳）還專門為外部電路提供5.1V的精密電壓，11引腳最大輸出電流為1mA，超過1mA會影響到零輸出電流。

三極管Q1是4～20mA電流回路的主要電流傳導(dǎo)器件，用于吸收回路中的大部分電流。該器件將外部電源電流與XTR105的內(nèi)部消耗嚴(yán)格分開。由于外接三極管位于反饋回路中，其參數(shù)不能在臨界點。當(dāng)電源電壓低于36V時，功耗可低一些。IN4048接成的橋式電路可以保證XTR105的電源極性不反接，從而真正實現(xiàn)兩線制。C2為去耦電容，其值是0.01μF，用于降低高頻干擾。負(fù)載RL用于將傳送的4～20mA的電流轉(zhuǎn)換為電壓，供后級處理。選擇負(fù)載阻抗RL，應(yīng)使得輸出在4～20mA范圍內(nèi)變化時，引腳7和引腳8之間的電壓保持在11.6V～40V的電源電壓范圍內(nèi)。也可以由下式確定最大的RL：

所以取RL=250Ω。