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，做土壤墑情監測及農業灌溉和林業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、快速準確、定點連續、自動化、寬量程、少標定等優點。

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計，攜帶方便，安裝、操作及維護簡單。

2.結構設計合理，不繡鋼探針保證使用壽命。

3.外部以環氧樹脂純膠體封裝，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.響應速度快，數據傳輸效率高。

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測根部土壤的水分，該傳感器經檢測電路將“濕度過高”和“濕度過低”信號經編碼器傳至主控制器，由主控制器決定控制狀態。“濕度過高”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，可以實時監測系統運行狀況或對歷史數據進行分析。

土壤濕度傳感器設計方案（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這個探測器插到面包板上時右邊亮，當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電阻，電阻右邊為一個芯片。

電路圖：

結果實物圖：

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（圖中藍色數字電位器調節）

4.工作電壓3.3V-5V

5.模塊雙輸出模式，數字量輸出簡單，模擬量輸出更精確。

6.設有固定螺栓孔，方便安裝

7.小板PCB尺寸：3cm*1.6cm

8.電源指示燈（紅色）和數字開關量輸出指示燈（綠色）

9.比較器采用LM393芯片，工作穩定

10.VCC外接3.3V-5V

11.GND外接GND

12.DO小板數字量輸出接口（0和1）

13.AO小板模擬量輸出接口

土壤濕度傳感器設計方案（二）

采用數字式溫濕度傳感器可以制作一溫濕度實時顯示系統，如圖所示。采用AT89S52單片機作為該系統的控制單元，傳感器采用DHT90，此傳感器僅需要一條數據線進行數據傳輸，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的數據，經過軟件線性擬合，最終送列LCD12864上顯示溫濕度數據。

土壤濕度傳感器設計方案（三）

振蕩電路

振蕩電路的作用是將電容的變化量轉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。或非門G1工作在電壓傳輸特性的轉折區，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偏置電壓，從而使G2的靜態工作點也處于電壓傳輸特性轉折區上。反饋環路中電容使電路在兩個暫穩態之間往復振蕩。

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。通過這個電路使濕度信號變為電容值，最后變為頻率信號輸出。

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，在實際設計中我們用兩片CMOS4001集成電路對圖3進行改造，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，經過調制的電容變化信號也就是濕度信號。將同一封裝內的門電路U2A、U2B、U2C、U2D并聯使用，可以擴大CMOS門電路輸出低電平時吸收負載電流的能力。

線性輸出信號調理

電路濕度的脈沖信號再經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，再經過一個同向比例放大器把信號放大，最終把信號調理為0～3V的輸出。

濕度變送器的設計

采用了美國BB公司生產的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。調整3和4引腳間的電阻RG和RG1的值，可以改變XTR105芯片的內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。與RCM并聯的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的內部消耗嚴格分開。由于外接三極管位于反饋回路中，其參數不能在臨界點。當電源電壓低于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，從而真正實現兩線制。C2為去耦電容，其值是0.01μF，用于降低高頻干擾。負載RL用于將傳送的4～20mA的電流轉換為電壓，供后級處理。選擇負載阻抗RL，應使得輸出在4～20mA范圍內變化時，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。也可以由下式確定最大的RL：

所以取RL=250Ω。