土壤水分检测转换电路的设计
土壤水分测量仪的设计
发
己 口 年 Ｉ月 口７ 己 第己 卷 第１ ６ 硼
土 壤水 分 测 量 仪 的设 计
魏 勋 卢 洪武
２０ １） ５ ０ ４ （ 山东 师 范 大 学传 播 学院 济 南
摘
要： 精确测量土壤中水 分的含量在农业生产和科研 中， 对于提 高粮 食产量 、 减少损 失有着重要 的作用 。本测量仪 主要利
出来 。
该系统 主要 由 ５ 部分 组成 ， 中电 容器 、 大 电路 和 其 放
作为介质的电容器， 电容值 的大小取决 于土壤 的含水 其 量。从而把非电压信号转化为电压信号， 此电压信号经放
大后送压 ／ 频转 换 Ｖ Ｃ 电路 转 化 成 相 应 的频 率 信 号 ， Ｆ 用 ＭＣＹ ｌ 片机 对频率 信 号进行 响应 并 由 Ｌ Ｄ数 码管 显 Ｓ５ 单 Ｅ
因而得 到广泛 的应 用 。当检测 不同水分 的土壤 时 ， 以土壤
频转 换 电路 Ｖ Ｃ能将 被测 电容 电压 转换成 相应 的频 率信 Ｆ 号 ， 片机能够 接收这 些 频 率信 号 ， 过 计算 处 理 可 以得 单 通 出土壤 的水 分 含 量 ， 将 水 分 通 过 Ｌ Ｄ 显 示 电路 显 示 并 Ｅ
ｃｏ ｓ Ｔｈｓｉ ｓｒ ｍ ｅ ｔｗｉ ａ ｅｇ ｅ ｔｖ ｌｅｉ ｈ ｉｌ ｆｍ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｉ ｈ ｏ ｌ ｉｔ ｒ ． ｉｕ ． ｉ ｎ ｔ ｕ ｎ ｌ ｈ ｖ ｒ ａ ａｕ ｎ ｔ ｅｆ ｄ ｏ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｔ ｅ ｓ ｉ’ ｍｏｓ ｕ ｅ ｌ ｅ Ｓ
Ｋｅｗｏｄ ：ｓ ｉ；ｍｏｓ ｕ ｅ ｙ ｒ ｓ ｏｌ ｉｔ ｒ ￣ｍｅ ｓ ｒ ；ｓ ｎ ｏ ｆｃｐ ｃｔ ｎ ｅ ｉｇ ｅ ｈｐ ａ ｕ ｅ ｅ ｓ ｒｏ ａ ａ ｉ ｃ ；ｓｎ ｌｃ ｉ ａ
基于FDR的土壤含水率检测仪的设计
.选题的目的和意义水是生命之源，是一切生物存在的基本保证。
水是干旱区最重要的控制因素（唐立松、张佳宝和程心俊2002），是植物生存的主要限制因子（刘发民，张应华和仵彦卿2002）。
随着全球人口数量的急剧增加，水在农业上工业上使用量都急剧增加，造成了全世界范围内水资源短缺问题的急剧恶化。
农业作为人类生存最为重要的基本产业也面临着前所未有的水资源危机。
水资源稀少导致越来越多的研究工作者将目光投向了节水灌溉这一领域。
所以发展节水灌溉型现代化农业势在必行，而且通过实时测量土壤水分含量反映农作物成长情况是未来农业的发展方向。
中国作为世界上人口最多的国家，其粮食问题尤为重要。
由于中国平原面积相对于总体面积来说比较少，农村人口数量很大，在全国范围内推广大型机械化农业还不太现实，而西北干旱半干旱地区面积很大，水的制约因素尤为明显，精细农业已经成为中国现代化农业发展的必要阶段。
精细农业是指基于变异的田间管理手段。
传统农业认为农田管理是均一的，就是在施肥管理上都是用统一量来进行。
实际上，农田中是存在很大差别的，传统农业的做法有很大弊端，第一浪费了资源，第二破坏了环境。
精细农业本身是一种可持续发展的管理方式，为了完成这一目标必须有以下三个方面的工作：一是田间数据；二是作业决策；三是机器完成。
这三方面中的第一方面尤为重要，只有将田间数据实时地精确地采集出来，才能对农业系统做出正确的决策，才能使得机械执行获得效益最大化。
科技发展使得传感器技术日益成熟，在实时性和精确性都有大幅度提高，使得精细农业和自动化农业越来越容易实现。
土壤含水率是精细农业中的一项重要指标，是土壤中水分的直观反映，在节水灌溉系统中有着非常重要的意义。
根据精细农业的概念，一块耕地的水分情况不是均一的，而是存在很大的差距。
通过实时测量不同子地域的土壤含水率，控制不同子地域灌溉系统来保证植物所必须的水分，以达到最优生长。
土壤水分的动态变化反映了作物的水分供需状况，对土壤水分及其变化的监测是生态、农业、水文、环境和水土保持研究工作中的一个基础工作（李兴涛，尹盟毅，赵晓峰，等2010）。
基于湿度传感器的土壤湿度检测电路设计
基于湿度传感器的土壤湿度检测电路设计土壤湿度对于植物的生长和发育起着至关重要的作用，因此准确地检测和监测土壤湿度是农业领域中的一个重要任务。
在这篇文章中，我将介绍一种基于湿度传感器的土壤湿度检测电路设计。
首先，我们需要了解湿度传感器的工作原理。
湿度传感器一般采用电容法或电阻法来测量湿度。
本设计中，我们将采用最常见的电阻法。
电路设计的关键在于如何将湿度传感器的输出转换为电压值。
为此，我们采用了一种简单有效的电压分压器电路。
电压分压器包含一个电阻和一个可变电阻。
可变电阻的阻值通过微调电位器来调整，以便校正和调整传感器的输出。
在电路中，我们还引入了一个运算放大器来增强信号，并将信号转化为可测量范围内的值。
运算放大器还消除了电路中的噪声和干扰，确保测量结果的准确性和稳定性。
除了湿度传感器和电压分压器，设计中还包括一个微处理器用于数据采集和处理。
微处理器接收电路输出的电压，并将其转换为相应的数字湿度值。
该数值可以通过串口或其他通信接口传输到计算机或其他控制设备上。
为了保证电路的稳定性和可靠性，我们还需要进行电源管理。
电源管理电路包括稳压器和滤波器，以确保电路能够正常工作并避免电源杂波对测量结果的干扰。
在实际应用中，除了电路设计，还需要考虑一些其他因素。
首先是传感器的安装位置和方式。
传感器应该放置在能够准确反映土壤湿度的位置，并且需要防水和防腐蚀处理。
其次是传感器的校准和维护。
传感器需要定期校准以确保准确性，并进行定期维护以延长使用寿命。
此外，为了进一步提高测量的准确性，我们还可以考虑引入其他传感器，例如温度传感器。
湿度和温度是密切相关的，通过同时测量湿度和温度，可以更好地了解土壤的状况。
总结起来，基于湿度传感器的土壤湿度检测电路设计需要考虑传感器的选择和安装位置，电路的设计和稳定性，以及电源管理和数据处理等因素。
通过合理的设计和良好的校准和维护，可以实现准确可靠的土壤湿度监测，为农业生产提供重要的数据支持。
基于MSP430F149的土壤水分测量仪的设计
些 缺 陷 ：如 烘 干法 测 量 时 问 很 长 且 采 样 时 会 干 扰 田问 土 壤 水 分 的连 续 性 ，在 田间会 留下 取 样 孑 Ｌ，影
响 土 壤 水 分 运 动 ；中 子 仪 法 和 射 线 透 射 法 的缺 点 是 垂 直 分 辨 率 较 差 ，表 层 测量 困 难 ，且 辐 射 危 害健 康 ；频 域 反 射 仪 法 和技 术更 先 进 的时 域 反 射 仪 法 的 缺 陷是 响应 时 问过 长 、测量 仪 器 复 杂 、使 用 费 用 高 等 。而 从 国外 引 进 的快 速水 分 测 量 仪 （ Ｔ Ｒ水 分 如 Ｄ 测 量 仪 ），价 格 昂 贵 ，很 难 推 广 使 用 。为 此 ，笔 者 结 合 红 外 遥 感 技 术 ， 设 计 了 一 种 基 于 低 功 耗 Ｍ Ｐ ３Ｆ ４ Ｓ ４ ０ １ ９单 片机 的 土 壤 水 分 测 量 仪 。
给 设 计 电路 板 带 来 的麻 烦 。
３ 拥 有 大 容 量 的 存 储 空 间 。 存 储 器 方 面 包 括 ） 多 达 ６ ｋ的 Ｆ ａ ｈＲ Ｍ和 ２ ０ ｌ ｓ Ｏ ｋ的 Ｒ Ｍ Ａ 。如 此 数 量 的 存
储 空 间 完 全 可 以满 足 程 序 及 数 据 的 需要 。 ４ 两 通 道 串行 通 信 接 口 。 可 用 于 与 计 算 机 进 ） 行 异 步 或 同步 串行 通 信 。 ５ 硬件 乘 法 器 。该 乘 法 器 独 立 于 Ｃ Ｕ 进 行 乘 ） Ｐ 法 运 算 的操 作 ，在 提 高 乘 法运 算 速 度 的 同时 也 提 升 了 Ｃ Ｕ的利 用 效 率 。 Ｐ
维普资讯
２０ ０ ８年 ３月
农 机 化 研 究
第 ３期
基 于 ＭＳＰ １ ３ Ｆ ９的 土 壤 水 分 测 量 仪 的 设 计 ４ ４ ０
土壤湿度检测电路的设计与制作
土壤湿度检测电路的设计与制作作者：郭建巍曹涌冉菲帆来源：《数码设计》2020年第02期摘要：土壤湿度检测是实现并进行校园智能节水灌溉控制系统的基本条件，本系统主控采用AT89C52单片机，SMC1602A液晶显示模块，土壤湿度传感器模块，nRF24l01+无线数据传输模块，配合抽水电机完成智能灌溉控制。
本系统的土壤湿度检测模块，通过探针土壤采集到的模拟数据，通过检测电路，捕捉脉冲变化，转换为精确的土壤湿度值。
经过多次试验，检测电路功能精度与稳定性良好。
关键词：土壤湿度检测;电路设计;土壤湿度传感器中图分类号：TP212.9; 文献标识码：A; 文章编号：1672-9129（2020）02-0060-02Abstract： Soil moisture detection is the basic condition for realizing and carrying out intelligent water-saving irrigation control system on campus. The main control system adopts AT89C52 single chip microcomputer， SMC1602A LIQUID crystal display module， soil moisture sensor module，nRF24l01+ wireless data transmission module and the pumping motor to complete intelligent irrigation control. The soil moisture detection module of this system， through the simulated data collected by the probe soil， and through the detection circuit， captures the pulse change and converts it into an accurate soil moisture value. After many tests， the functional accuracy and stability of the circuit are good.Key words： soil moisture detection; Circuit design; Soil moisture sensor引言：水是生命之源，土壤中水分進行含量的多少即土壤环境湿度，它直接关系到植物是否能生存且生长。
土壤湿度无线检测系统的设计
土壤湿度无线检测系统的设计一、硬件设计1.传感器选择：选择适合土壤湿度检测的传感器，常见的传感器有电容式湿度传感器、阻抗式湿度传感器和电导湿度传感器，可以根据实际需求进行选择。
2. 微控制器：选择一款性能稳定、功耗低、接口丰富的微控制器，如Arduino、Raspberry Pi等，用于接收传感器数据并进行处理。
3.通信模块：选择一种适合无线通信的模块，如Wi-Fi模块、蓝牙模块或LoRa模块等，用于将采集到的数据传输给上位设备。
4.电源供应：选择合适的电源供应方式，如锂电池、太阳能电池板等，保证系统的稳定运行。
二、软件设计1.传感器数据采集：通过微控制器读取传感器的模拟信号，并转换成数字信号，得到土壤湿度的数值。
2.数据处理及存储：对采集到的数据进行处理，如滤波、校准等，确保数据的准确性。
同时，将数据存储在内存或外部存储器中，以供后续分析和使用。
3.通信协议：选择一种合适的通信协议，如HTTP、MQTT等，将处理后的数据通过无线通信模块传输给上位设备。
如果采用LoRa模块则需要设计自己的通信协议。
4.用户界面：设计一个用户友好的界面，显示实时的土壤湿度数据和历史数据，并提供相关的操作功能，如设置上下限、报警等。
5.数据分析及预测：根据采集的土壤湿度数据，利用数据分析算法进行相关分析和预测，提供决策支持。
三、系统优化1.功耗优化：针对无线传输和数据处理过程中的功耗，采取一些措施进行优化，如适当降低传输频率、采用低功耗模式等，以延长系统的使用寿命。
2.网络优化：针对网络传输过程中的稳定性和延迟问题，优化网络配置，如增加信号增幅器、调整传输协议等。
3.数据可靠性优化：采用冗余数据存储和传输机制，确保数据的可靠性，如数据备份、差错校验等。
总结：土壤湿度无线检测系统的设计需要综合考虑硬件和软件两个方面，选择合适的传感器、微控制器和通信模块，并设计适当的通信协议和用户界面。
同时，还需要对系统进行优化，包括功耗优化、网络优化和数据可靠性优化等。
FDR土壤水分监测仪器设计
Ｓ４ 信道与探测 ８ 含 量 网络 监控 系统 。 系统 能够 实时连 续 采 集土壤 水 分 数据 、 录各 地 集器 ，采集器通过 Ｒ － ５ 该 记
土壤水分的 变化规律 。
器通讯， 即时采集 当前水分 ， 通过无线 模块（ Ｇ Ｒ ） 或 Ｐ Ｓ发送至计算机上的监控
软件进行接收和处理。
图 １系统设计
系统设计
本系统 由硬件设计和
软件设 计两部分组成 。硬
存储这些参数。
采集器
采集器是上位机和探测器 的缓冲
连接板Ｌ ００ ， Ｙ １３ 件设计包括电容式传感器、 部分 ，由三部分组成 ：
０５和 探测器、 数据采集器 、 无线 处 理板 ＬＹ０１ 无 线收 发模 块
ｗ ｗｅ ｐ ． ｍ． ２ ０ ． ｗ ． ｗｃ ｃ ｅ ｏ ｎ・ ０ ７ ５
维普资讯
Ｉ Ａｐ ｌ ａ ｉｎ Ｃ ｐｉ ｔ ｓ ｃ ｏ
２ ０ 。 － ０ ７ ０ 烘 干 法 、Ｔ Ｒ ｍ ｒ 、Ｇ ｔ ｒ 比 睡 线 ０６ ８ ２ ０． ２ Ｄ 、Ｓ ａ ｔ ｓ ａ 对
于是 电容值就会改变 ， 从而 ｏ ｍ ｆｃ ｍ ｔ ） Ｒ ｌｏ ｒ 地土壤旱涝灾情 ，合理安排灌溉资源， Ｄ ｍ ｎ ｅｅｔ ｅｙ土壤水分自动监 介质变化 ， Ｃ的振荡频率变化， 传感器把高 都具有非常重要的意义。 然而， 由于缺 测仪在 国内外研究的基 础上 ，以圆环 引起 Ｌ
存采集数据 ，利用公用 在规 定的时间内轮询每个要测量 的传
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土壤水分速测仪的设计
部分 电磁 波 沿传 输 线 反 射 回来 ， 一部 分继 续 沿 探 头
传播 。这 样 在传 输 线 上 ， 射 波 与反 射 波 叠 加 形 成 驻 入 波 ， 传输 线上 各点 的 电压 幅值 存 在变 化 ； 探头 阻 抗 使 而
土壤 是 由空 气 、 壤 颗 粒 和 水 组 成 的 多 孔 介 质 。 土
的 电介质 … 。 土 壤 的介 电特性 可 用下 式 表示 ， 即
、
（ ＝ （ 一［ （ ＋ ｏ ］ Ｊ ｒ
二 【 占Ｏ ｌ，
（） １
业 用水 利 用 率不 高 。 以 目前 农 业 用 水 效 率 来 分 析 ， 农 业 用水 效率 只有 ３ ％ ～ ０ ， ０ ４ ％ 如果 灌 溉 用水 效 率 提 高
对 测量 的影 响 ， 常频 率 选取 ＩＯ ｚ 通 Ｏ ＭＨ 。在 这样 的电磁
的 Ｔ Ｒ，Ｄ，ＷＲ 等 方 法 ， 们 各 具 优 缺 点 ； 精 度 Ｄ Ｆ Ｓ 它 但 高、 价格低 、 标 定 的土 壤 水 分 测 试 技 术 一 直 是 近 年 少
来 研究 的主 要 方 向 。笔 者 根 据 土壤 介 电 常数 并 利 用
．
水 资源危 机 ， 而且 在很 大程 度 上 对 于 研 究 农 作 物 的 需 水 规律 ， 导 农 作 物 生 长 ， 施 合 理 节 水 灌 溉 具 有 重 指 实
要 现实 意义 。
产 ＿电磁 频率 ；
一
土壤 直流 电导 率 。
土壤水分 的测 量方 法有 几 十种 ， 如传 统 的烘 干
分传 感 器 和 Ｓ Ｃ ９ ５ Ｔ ８ Ｃ ８为 核 心 的单 片机 系 统组 成 。实 验研 究 表 明 ： 土壤 种 类 、 重 对 传 感 器 输 出 影 响 较 小 ， 满 容 可 足 对 大 多数 土 壤 的 测量 要 求 ； 壤 含盐 量 对 传感 器 输 出 影 响较 大 ， 需 测量 含 盐 量 较 高 的土 壤 ， 对 传 感 器 进 行 土 如ห้องสมุดไป่ตู้应
单片机控制的农用土壤湿度保持电路
单片机控制的农用土壤湿度保持电路雷建龙(武汉船舶职业技术学院电子系 武汉 430050)摘 要 土壤湿度对植物的生长非常重要,广大农村及城市的绿化等都需要对作物生长的土壤进行湿度控制。
介绍了一个用单片机控制的土壤湿度保持电路。
关键词 土壤湿度 保持电路 单片机1 系统组成本系统由4个单元组成,电路如图1所示。
图1 单片机的控制电路 (1)由V 1、V 2及部分外围元件组成的土壤水份检测电路,当土壤水份降低到规定值时,由V 2输出高电平;(2)由单片机组成的顺序控制的控制电路,控制各可控硅的断通;(3)由可控硅及开关组成的电磁阈控制机构;(4)由电磁阈组成的执行机构,控制各个喷头的喷水。
另外还有电源供电电路。
2 电路的工作原理当人工 自动转换键S 0扳向人工侧时,人工指示灯亮,此时按S 1—S 8分路喷头人工控制互销售键,即可使按下键的一路喷水。
当把转换键扳向自动侧时,自动提示灯亮。
待土壤水份降低至规定值时,检测电路中的V 2管就输出高电平,经反向器D 9反向后输出低电平给单片机的P 310端(P 310平时为高电平)。
单片机检测到P 310端的低电平后依次从P 110～P 117输出一定时间的低电平,经反向器D 1～D 8反向后输出高电平,可控硅V S 1～V S 8依次导通,电磁阈D F 1～D F 8依次导通,喷头轮流喷水形成人工降雨,对农作物的生长极为有利。
当第8个电磁阈D F 8作用完后,单片机再回到P 310检测它的状态,如果为高电平,说明土壤的湿度已符合要求,停止喷水;否则各喷头再次轮流喷水。
由I C 2等组成的电流电路给单片机等提供+5V 的电67单片机控制的农用土壤湿度保持电路源。
通过改变延时的时间可改变各喷头喷水的时间。
如果有更多的喷头需要控制可用单片机从P 0,P 2输出相应的控制脉冲。
本电路无论放在人工或自动状态,只有正在喷水的一路指标灯亮,一看控制板就知道本系统的工作状态。
土壤水分传感器设计实例
土壤水分传感器设计实例土壤水分传感器是一种用于测量土壤中水分含量的装置，它可以帮助农民和园艺爱好者更好地管理植物的灌溉和生长。
本文将介绍一个简单的土壤水分传感器设计实例，以帮助读者了解如何制作自己的土壤水分传感器。
材料准备：1. 一个电容式土壤水分传感器模块。
2. Arduino开发板。
3. 杜邦线。
4. 电脑。
步骤：1. 连接传感器模块和Arduino开发板。
使用杜邦线将传感器模块的VCC引脚连接到Arduino的5V引脚，GND引脚连接到Arduino的GND引脚，将传感器模块的AOUT引脚连接到Arduino的模拟输入引脚A0。
2. 将Arduino开发板连接到电脑，并打开Arduino IDE软件。
3. 编写Arduino代码。
使用Arduino IDE软件编写一个简单的程序，用于读取传感器模块的输出并将其显示在串行监视器上。
以下是一个示例代码：c.void setup() {。
Serial.begin(9600);}。
void loop() {。
int sensorValue = analogRead(A0);Serial.print("Soil Moisture: ");Serial.println(sensorValue);delay(1000);}。
4. 上传代码至Arduino开发板。
将编写好的代码上传至Arduino开发板，并打开串行监视器，即可看到土壤水分传感器实时输出的数值。
通过以上步骤，我们就成功地制作了一个简单的土壤水分传感器。
当传感器插入土壤中时，它会测量土壤的水分含量，并将数据传输至Arduino开发板。
通过串行监视器，我们可以实时地监测土壤的水分含量，从而更好地控制植物的灌溉量。
总结：土壤水分传感器的设计和制作并不复杂，只需要一些简单的材料和基础的电子知识即可完成。
这个实例展示了如何使用电容式土壤水分传感器模块和Arduino开发板制作一个简单的土壤水分传感器，希望能够为对此感兴趣的读者提供一些帮助。
土壤有机质中水分换算系统实验
土壤有机质中水分换算系统实验土壤有机质是土壤中非常重要的组成部分，对于土壤的肥力和养分供应起着至关重要的作用。
水分是土壤中另一个重要的因素，对于植物生长和土壤生态系统的维持也起着重要的作用。
研究土壤有机质中水分换算系统是一项非常有意义的实验。
一、实验目的1. 研究不同含水量下土壤有机质的变化规律；2. 探究不同含水量对土壤有机质养分释放和转化的影响；3. 分析不同含水量下土壤有机质对植物生长和土壤肥力的影响。
二、实验材料和仪器1. 材料：干燥土壤样品、蒸馏水、容器、天平、烘箱等；2. 仪器：电子天平、恒温恒湿箱等。
三、实验步骤1. 准备工作：a) 收集新鲜并干燥的土壤样品；b) 将收集到的样品过筛，去除杂质，并保持干燥状态；c) 根据实验设计，将样品分为不同的含水量组。
2. 实验操作：a) 将干燥的土壤样品称重，记录初始质量；b) 分别向不同容器中加入一定量的蒸馏水，使土壤样品达到不同的含水量；c) 将含水土壤样品密封放置在恒温恒湿箱中，保持一定的温度和湿度；d) 定期检测土壤样品的质量变化，并记录数据；e) 在一定时间内，取出样品进行干燥处理，并再次称重，记录质量。
四、实验结果与分析1. 实验结果：a) 记录每个时间点下土壤样品的质量变化数据；b) 统计不同含水量组下土壤有机质的变化情况。
2. 实验分析：a) 对比不同含水量组下土壤有机质的变化规律；b) 分析不同含水量对土壤有机质养分释放和转化的影响；c) 探究不同含水量下土壤有机质对植物生长和土壤肥力的影响。
五、实验结论根据实验结果和分析，得出以下结论：1. 含水量对土壤有机质具有一定的影响，不同含水量下土壤有机质的变化规律不同；2. 含水量对土壤有机质养分释放和转化有一定的影响，适宜的含水量可以促进养分释放和转化；3. 含水量对植物生长和土壤肥力具有重要影响，适宜的含水量可以提高植物生长和土壤肥力。
六、实验意义与展望1. 实验结果可以为农业生产提供科学依据，指导合理施肥和灌溉；2. 实验结果还可以为土壤修复、环境保护等领域提供参考；3. 进一步研究可以探究更多关于土壤有机质中水分换算系统的规律，并深入研究其对土壤微生物活动、碳循环等方面的影响。
土壤水分检测转换电路的设计
号调理电路 ,调理电路对信号进行处理后送显示装置显示 。 出电压值 ,列表并作出土壤含水量与输出电压之间的曲线 ,
参考文献 : [ 1 ] 陈木华. 现代传感技术观测土壤水分 [ J ]. 农业系统科学与综
合研究 , 1995, 11 ( 4) : 315 - 318. [ 2 ] 栗震宵. 电阻式土壤含水率非扰动连续测量装置的研究 [ J ].
甘肃农业大学学报 , 1999, (4) : 369 - 373. 作者简介 :
1. 3 土壤水分检测转换电路设计
据此对该电路装置进行标定 ,并制做土壤含水量表头 。
按照上述设计原理 ,设计的土壤水分检测转换电路如 图 3所示 。
电路工作时 ,土壤水分传感器将土壤含水量的大小 θ( % )转换为土壤水吸力的大小 ,并作用于压阻式传感器 ,
2. 2 结果对比 用本电路装置和烘干称重法测量土壤含水量 ,并进行
D esign of sw itch ing c ircu it of so il m o isture detection3
BA I Ze2sheng
( College of physics and electron ic informa tion, Yanan Un iversity, Yanan 716000, Ch ina )
本文设计采用传感器法 ,主要面向设施农业的应用 ,其 使用对象主要是农业种植和管理者 ,所以 ,设计力求简单易 用 、快速直读 、价格低廉 。
土壤湿度测量电路的设计与制作
明达职业技术学院毕业设计(论文) 2011 － 2012 学年度信息工程系电子信息工程技术专业班级 09电信一班学号 43093115_课题名称土壤湿度测量电路的设计与制作学生姓名郭敬_______________指导教师卜令涛______________2011年12月15日土壤湿度检测电路的设计与制作作者：郭敬【摘要】本设计主要的内容是土壤湿度检测电路的设计与制作。
该电路的工作原理是由AT89C51单片机和ADC0809组成系统的核心部分，湿度传感器将采集到的数据直接传送到ADC0809的IN端作为输入的模拟信号。
选用湿度传感器和AD转换，电路内部包含有湿度采集、AD转换、单片机译码显示等功能。
单片机需要采集数据时，发出指令启动A/D转换器工作，ADC0809根据送来的地址信号选通IN3通道，然后对输入的模拟信号进行转换，转换结束时，EOC输出高电平，通知单片机可以读取转换结果，单片机通过调用中断程序，读取转换后的数据。
最后，单片机把采集到的湿度数据经过软件程序处理后送到LED数码管进行显示。
【关键词】湿度传感器 AD转换 AT89C51一、设计方案选择方案一：可利用湿度传感器采样土壤中的湿度信号，以提供给显示电路部分，关于湿度含量可采用ADC的方法将模拟信号转换成数字信号，然后再用译码器将转换后的数字信号提给显示电路实现显示，ADC转换电路所需脉冲由555构成的多谐振荡器来提供。
1.1 方框图图1-1 流程方框图方案二：根据传感器采集土壤湿度，提供给ADC0809进行模数转换，转换出的数字信号送给AT89C51单片机进行实时处理，同时由单片机控制ADC0809的转换开始与结束，单片机把处理后的数据经过处理送达LED数码管进行显示。
2.1 方框图图1-2 流程方框图 最终方案选择：在以上两种方案中，方案一中的译码器74HC4511存在消隐状态，即当ADC 转换后的数据超过1001时，对于1010~1111六个代码，译码器输出均为低电平，显示器不能正常显示出每一单位下的湿度值。
《【土壤干湿探测器】土壤水分探测器》
《【土壤干湿探测器】土壤水分探测器》本探测器可用来检测土壤干湿程度，以便确定农作物生长是否缺乏水分。
该装置的优点在于它的一对探针能够准确检测土壤表层下面的湿度，而不是只靠土壤表面的情况来判断土壤的含水量。
一、工作原理土壤干湿探测器的电路如图1所示。
晶体三极管vt1、vt2组成简易差分放大器，其中r4为负反馈共模抑制电阻器。
vt1的偏压取决于电阻器r1和土壤探针a、b所探测到的土壤电阻对电池g的分压，vt2的偏压取决于微调电位器rp对g的分压。
发光二极管vd1、vd2分别为土壤湿度正常和土壤干燥指示灯。
当土壤湿度正常时，探针a、b所检测到的土壤电阻较小。
此时，通过调节微调电位器rp阻值，可使晶体三极管vt1的集电极电位高于vt2集电极电位约1.6v，于是发光二极管vd1导通发出绿光，表示土壤湿度正常。
当土壤由湿润转为干燥时，探针a、b间检测到的土壤电阻较大，使得晶体三极管vt1导通而vt2受电阻器r4较高电压降影响而转为截止，从而使vt1集电极电位下降，vt2集电极电位上升。
其结果是发光二极管vd1熄灭，vd2很快获得≥1.6v正向工作电压而导通发出红光，指示被测土壤已经干燥。
急需灌水。
电路中，探针a、b所检测到的土壤电阻和电阻器r1、微调电位器rp等实际上构成了一个土壤水分检测电桥，它具有检测灵敏、准确的特点；而由晶体三极管vt1、vt2所构成的差分放大器，工作状态不受电源电压变化、环境温度变化等的影响，所以尽管电路简单，但工作却稳定可靠，完全能够满足检测之要求。
二、元器件选择晶体管vt1、vt2均用9014型（集电极最大允许电流icm=0.1a，集电极最大允许功耗pcm=310mw）硅npn小功率三极管，要求两管尽量配对、电流放大系数b>150。
vd1、vd2均用φ5mm高亮度发光二极管，颜色为一绿一红。
rp用ws-2型自锁式有机实芯微调电位器。
r1～r4一律用rtx-1/8w 型碳膜电阻器。
基于真有效值检测的高频电容式土壤水分传感...
图 1 土壤水分传感器的原理框图 Fig.1 Functional block diagram of soil moisture sensor
第8期
李加念等：基于真有效值检测的高频电容式土壤水分传感器
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其中，探针电极为两针平行结构，由 2 个长条形印 刷电路板（PCB, Printed Circuit Board）构成，并与安装 有整个传感器电子电路的主 PCB 进行电气连接且为一体 化成型结构，如图 2 所示。探针电极长 5 cm，宽 0.5 cm， 厚 1.6 mm，两探针电极的内侧距离为 0.5 cm，探针末端 设计为三角形便于插入待测土壤。主 PCB 与探针电极 PCB 均为双层板，但探针电极 PCB 只保留其中一个表面 涂有敷铜层，并在敷铜层表面上涂覆有绝缘层，只裸露 探针电极 PCB 敷铜层的四周，形成电接触区，以感知待 测土壤的水分信息。为使传感器能埋入土壤中进行测量， 采用专门的电路板防水胶水对传感器的电子电路区进行 灌封处理后，再用橡胶外壳密封，只引出一条带屏蔽的 三芯线作为外部接口，三芯线分别与传感器的电源输入 端、地线及信号输出线相连。
花盆土壤缺水报警电路(精简版)_思维导图模板免费分享
花盆土壤缺水报警电路【基本要求】缺水时报警1电路方案1信号采集采用两根金属探针直接测试土壤电阻土壤湿度大时电阻小土壤湿度小时电阻大分析决策用电阻分压电路将土壤电阻的变化转变为电压的变化驱动报警电路工作R1与Rt构成分压电路执行电路缺水时LED灯亮，反之LED灯不亮仿真电路1Rt1仿真不缺失水时的电阻，Rt2模拟缺失时的电阻【电路改进】提高灵敏度3电路方案2信号采集电路不变分析决策三极管构成共集电极电路2执行电路电路不变仿真电路2提高电路工作灵敏度【电路改进】提升显示度4【电路改进】功能的转变5【拓展】进一步完善电路功能提升电路检查土壤湿度的准确性增加声音报警功能缺水时系统自动补水功能浇水时系统自动根据土壤湿度情况停止浇水系统自动维持土壤湿度恒定......备注：1. 【说明】仅简单实现土壤缺水时报警的基本功能。
2. 【说明】土壤电阻值的变化导致三极管基极电位变化，决定三极管的导通情况，三极管导通后能够提供较大的电流驱动LED灯工作。
电路的关键在于，土壤电阻值的变化会被三极管放大（基极电流与射极电流的关系），从而提供整个电路的工作灵敏度。
3. 【说明】直接由土壤电阻的变化驱动LED灯亮熄，效率低，切灵敏度不够，需要土壤电阻有较大变化时才会出现结果。
加入三极管提高电路的工作灵敏度。
4. 【说明】前述电路虽然能缺失报警，但不能反映缺失的程度。
在引入三极管提高电路灵敏度后可以进一步改进报警显示电路，以反映缺失的不同程度。
5. 【说明】在方案3的基础上将电阻R1与探针（Rt）的位置交换，就构成了土壤湿度报警电路，灯亮得越多土壤含水量越高。
一种土壤湿度检测的方法和电路设计
一种土壤湿度检测的方法和电路设计姚志恩;司杰【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(000)008【摘要】Soil moisture detection is a key link of automatic irrigation control system in this paper. A resistor and capacitor combination model which can reflect the change trend of soil moisture through soil probe by constant current source was ob⁃tained. According to the model,it is pointed out that the soil humidity signal sampling should be as close as possible to the tran⁃sient process of the initial value,and the design of the detection circuit and automatic control systems in the detection control strategy,through the actual test,the design of the control system has good stability and distinguishing accuracy.% 土壤湿度检测是自动灌溉控制系统中的一个关键因素。
通过恒流源作用下的土壤探针试验，得到能够反应土壤湿度变化趋势的电阻和电容组合模型。
根据该模型指出土壤湿度的信号采样应该是尽量接近瞬态过程的初始值，并设计了检测电路，实现湿度⁃脉冲宽度的转换，利用捕捉脉冲宽度的方法能够精确得到湿度值，同时针对湿度变化非线性曲线给出了自动控制系统中的检测控制策略，经过实际试验，设计的控制系统具有良好的稳定型和区分精度。
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BA I Ze2sheng
( College of physics and electron ic informa tion, Yanan Un iversity, Yanan 716000, Ch ina )
白泽生 (1964 - ) ,男 ,陕西清涧人 ,副教授 ,硕士 ,硕士生导师 , 主要从事电子技术 、传感与检测技术的教学与研究工作 。
固态压阻式传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的一 种力敏器件 ,是以单晶硅为基体 ,用集成工艺技术扩散 4个 等值应变电阻 ,并组成惠斯登电桥 。不受压力作用时 ,电桥 处于平衡状态 ;受到压力作用时 ,一对桥臂电阻变大 ,另一
收稿日期 : 2006 - 03 - 22 3 基金项目 :陕西省教育厅专项科研计划资助项目 (04JK311)
0 引 言 水分是天然土壤的一个重要组成部分 ,它不仅影响到
土壤的物理性质 ,制约着土壤中养分的溶解 、转移和微生物 的活动 ,而且 ,是构成土壤肥力的一个重要因素 ,更是一切 植物赖以生存的基本条件 。因此 ,测定土壤含水量 ,对实施 精准农业 ,节水灌溉 ,提高农业生产效率有重要的意义 。
目前 ,测定土壤水分的方法归纳起来有两大类 ,一类是 变动位置取样测定 (如烘干称重法等 ) ,另一类是原位取样 测定 (如 ,中子法 、γ射线法 、时域反射仪法 、频域发射仪法 、 传感器法等 ) 。不同的方法各有优缺点 , 烘干称重法原理 简单 、精度高 ,但其操作烦琐 ,又不能在田间实时连续监测 。 中子法和 γ射线法虽可在室外快速准确监测 ,但存在放射 性物质危害人体健康 。时域反射仪法和频域发射仪法价格 比较昂贵 ,而传感器法安全可靠 ,测定土壤水分快速直读 , 具有不必采土样 ,不破坏土壤结构 ,可连续监测并输出电信 号 ,十分适合于监测田间土壤水分动态分布和变化情况 ,便 于长期的观测和积累田间水势资料等 ,因此 ,被广泛应用在 田间监测土壤水分 。
Abstract: Sensor methods have many advantages in soil moisture detection compare w ith other ways. A soil moisture detection circuit is designed and the p rincip le and constitute of sw itchcircuit is expatiated. The experiment indicates that the resolution of testing water content in soil by this circuit is 0. 1 % , the difference w ith traditional weighing method is less than 5 %. The main characters are high p recision, testing fast, disp lay visual, simp le to use, cheap and easy to operate. Key words: soil moisture; seneor; tesing and sw itching circuit; design
参考文献 : [ 1 ] 陈木华. 现代传感技术观测土壤水分 [ J ]. 农业系统科学与综
合பைடு நூலகம்究 , 1995, 11 ( 4) : 315 - 318. [ 2 ] 栗震宵. 电阻式土壤含水率非扰动连续测量装置的研究 [ J ].
甘肃农业大学学报 , 1999, (4) : 369 - 373. 作者简介 :
第 9期 白泽生 :土壤水分检测转换电路的设计 65
图 1 土壤水吸力传感器 F ig 1 Structure d iagram of so il m o isture suction sen sor 对则变小 ,从而达到测量气体 、液体压力大小的目的 。例 如 :一只 CYG01 型压阻传感器在一定的电源电压激励下 , 当吸力为 0时产生 5mV 的电位差 ,在 100 kPa吸力时产生 85 mV的电位差 。传感器供电源用直流 ,为了解决温度漂 移问题 ,一般有恒压源和恒流源 ,在近距离测量时 ,用恒压 源 9 V 供电 ,可以同时供给多个传感器使用 ;若测量距离 远 ,在精度要求高的情况下 ,可用恒流源 6～10 mA 供电 ,每 只恒流源只供给一个传感器使用 。
100 % ,其中 , m 1 为水分质量 , m 2 为土壤干土质量 , 单位均 为 g)为 8 % , 12 % , 15 % , 18 % , 22 % , 25 % , 28 % , 30 % , 34 % , 36 % , 38 % , 43 %的土样若干组 ,用本装置测出其输
号调理电路 ,调理电路对信号进行处理后送显示装置显示 。 出电压值 ,列表并作出土壤含水量与输出电压之间的曲线 ,
本文设计采用传感器法 ,主要面向设施农业的应用 ,其 使用对象主要是农业种植和管理者 ,所以 ,设计力求简单易 用 、快速直读 、价格低廉 。
1 检测转换电路工作原理 1. 1 土壤水吸力传感器的基本原理
目前 ,水分传感器多种多样 ,本设计选用土壤水吸力传 感器 ,因其具有结构简单 、使用方便 、灵敏度较高等优点 ,可 以定点定位连续测定土壤水分的运行 ,及时反映土壤水分 的纵横变化 。
2 试 验
2. 1 土壤水分检测转换电路测试标定
图 2 原理方框图 F ig 2 Pr inc iple d iagram 土壤水分检测转换电路由土壤水吸力传感器 、信号调 理电路 、显示装置和供电电源等组成 。设计的基本原理是 土壤水吸力传感器将土壤含水量的大小转换电信号送给信
首先 ,采用烘干称重法制备含水量 θ(θ = m 1 × m1 +m2
1. 2 土壤水分检测转换电路原理 土壤水分检测转换电路原理方框图如图 2所示 。
图 3 土壤水分检测转换电路图 F ig 3 The sw itch ing c ircu it schem e of so il m o isture 压阻式传感器将土壤水吸力转换为差动电压信号输出给双 端输入单端输出差动放大器 。此处 ,采用差动放大器是由 于其具有较好的抑制零漂的作用 ,同时 ,可将双端输入信号 转换为单端输出信号 。由于差动放大器的输出与输入是反 相的 ,故将此输出的信号再送给反相放大器 ,在放大信号的 同时将输出再次反相 ,从而转变为与压阻式传感器的输出 同相的电压信号 。为了根据需要调节反相放大器的放大倍 数 ,在其反馈电阻上串接一电位器 ,同时 ,对信号进行调零 和校正 。最后 ,将调理电路输出信号送给数字电压表 ,显示 最终的输出电压值 ,根据测试数据标定情况制做一土壤含 水量表头 ,由此可直接读出土壤含水量的数值 。
64 传感器与微系统 ( Transducer and M icrosystem Technologies) 2006年 第 25卷 第 9期
土壤水分检测转换电路的设计 3
白泽生
(延安大学 物理与电子信息学院 ,陕西 延安 716000)
摘 要 : 在土壤水分检测的各种方法中 ,传感器法具有许多优点 。设计了一种土壤水分检测转换电路 ,并 阐述了电路组成和工作原理 。试验表明 :利用本电路测量土壤含水量的分辨力为 0. 1 % ,与烘干称重法测 量值的差值在 5 %以内 ,具有测量准确度高 、测量速度快 、显示直观 、价格低廉 、操作方便的特点 。 关键词 : 土壤水分 ; 传感器 ; 检测转换电路 ; 设计 中图分类号 : TP212 文献标识码 : B 文章编号 : 1000 - 9787 (2006) 09 - 0064 - 02
土壤水吸力传感器是根据土壤水吸力的大小与土壤水 分含量有关的原理制成的 。一般来说 ,土壤含水量越小 ,吸 力越大 ;反之 ,吸力越小 。其结构如图 1所示 [1 ] 。集气管上 有注水口 ,使用时 ,打开橡皮塞 ,注满水后再塞紧 ,当管中气 体排出后 ,将陶土头埋入土中 。陶土头是感应部件 ,具有许 多微小的孔隙 ,陶土头被水浸润后 ,在孔隙中形成一层水 膜 ,当充满水且密封的土壤水分传感器插入水分不饱和的 土壤时 ,水膜就与土壤水连接起来 ,使仪器内部的水产生负 压 ,此负压作用于固态压阻式传感器 ,传感器将负压转换成 电信号 ,从而可获得 0～100 kPa范围内任意点土壤吸力的 电信号 ,并且 ,二者有良好的线性关系 。
8. 2 11. 7 14. 6 21. 9 25. 0 28. 3 30. 5 37. 1 44. 5
2. 5 - 2. 5 - 2. 7 - 0. 5 0. 0 1. 1 1. 7 3. 1 3. 5
3 结 论 测量结果表明 :本电路装置的分辨力为 0. 1 % ,与烘干
称重法测量值的差值均在 5 %以内 ,说明本装置的分辨力 和测量准确度是比较高的 。特别是利用本装置测量土壤含 水量速度快 (测量一次仅需几秒钟 ) 、数值显示 、非常直观 、 体积小 、便于携带 ,可随时测量含水量的情况 ,很适合在田 间 、温室大棚 、草坪等场合使用 。
1. 3 土壤水分检测转换电路设计
据此对该电路装置进行标定 ,并制做土壤含水量表头 。
按照上述设计原理 ,设计的土壤水分检测转换电路如 图 3所示 。
电路工作时 ,土壤水分传感器将土壤含水量的大小 θ( % )转换为土壤水吸力的大小 ,并作用于压阻式传感器 ,
2. 2 结果对比 用本电路装置和烘干称重法测量土壤含水量 ,并进行
对比 ,其结果如表 1所示 。
表 1 测量数据对比
Tab 1 M ea sur ing da ta com pare
测量参数
烘干称重法 θ1 ( % ) 本电路装置 θ2 ( % ) 差值率θ2θ- θ1 ×100 ( % )