多分层土壤湿度传感器的制作技术

本技术公开了一种多分层土壤湿度传感器，它包括探针和电路板两部分，探针的一侧粘贴有数组相互平行的金属电极片构成的数组正电极和负电极，金属电极片通过导线与电路板相连接，电路板的电路包括升压电路、基准电压电路、8个结构相同的土壤电阻采集及处理电路、模数转换电路和模数转换控制及输出信号处理电路五个部分，探针将所采集的土壤中不同分层内电阻信号传输给土壤电阻采集及处理电路，电阻信号经过电路的运算、放大后，得到探针上相应金属电极片构成的正电极和负电极之间的土壤湿度，结果通过微型单片机U3串口通信端口P3.0和P3.1输出给电路板外部连接的PLC工控器或显示器，完成对土壤中不同分层处土壤湿度的计算和显示。

权利要求书

1.一种多分层土壤湿度传感器，它包括探针和电路板两部分，其特征在于：所述探针包括两块形状相同的绝缘材质的面板(1)和底板(2)，面板(1)和底板(2)的底部为箭头状，面板(1)的后侧与底板(2)的前侧相粘接；面板(1)的一侧沿其长度方向设置有16个均匀间隔的插接孔(4)，面板(1)的前侧在每个插接孔(4)上表面粘贴有一条沿面板(1)宽度方向水平设置的金属电极片(3)，16个金属电极片(3)相互平行排布，16个金属电极片(3)两两一组构成8对正电极和负电极；底板(2)的前侧焊接有16条相互不交接的导线(5)，导线(5)的焊接点(6)与插接孔(4)的位置一一对应，当面板(1)和底板(2)相贴合时，焊接点(6)插入插接孔(4)中，焊接点(6)与金属电极片(3)相抵触，导线(5)的尾部从面板(1)和底板(2)的对接面顶端引出与电路板相连接；

所述电路板的电路包括升压电路、基准电压电路、8个结构相同的土壤电阻采集及处理电路、模数转换电路和模数转换控制及输出信号处理电路五个部分，升压电路的输入端与外部5V电源VCC相连接，升压电路的输出端与基准电压电路相连接，基准电压电路为土壤电阻采集及处理电路、模数转换电路提供稳定的基准电源；探针顶端的导线与土壤电阻采集及处理电路相连接，土壤电阻采集及处理电路与模数转换电路相连接，模数转换电路与模数转换控制及输出信号处理电路相连接，模数转换控制及输出信号处理电路包括一个微型单片机U3；探针将所采集的土壤中不同分层内电阻信号传输给土壤电阻采集及处理电路，经过土壤电阻采集及处理电路对所采集的电阻信号经过电压值的运算、放大后，将模拟电压信号传

输给模数转换电路，微型单片机U3控制模数转换电路中信号地址的选择，模数转换电路中的信号经过模数转换控制及输出信号处理电路的运算处理后，得到探针上相应金属电极片构成的正电极和负电极之间的土壤电阻值，表明了土壤的湿度，土壤湿度的结果通过微型单片机U3串口通信端口P3.0和P3.1输出给电路板外部连接的PLC工控器或其他微控器或电脑信号采集板，完成对土壤中不同分层处土壤湿度的计算和显示。

2.根据权利要求1所述的多分层土壤湿度传感器，其特征在于：每个所述土壤电阻采集及处理电路均包括一个集成运放器U1，集成运放器U1的正极输入端与电阻R5串联后与探针上相对应的一个金属电极片构成的正电极相连接，金属电极片构成的正电极与分压电阻R4串联后与基准电压电路中的三端稳压电源模块U4的V0端相连接，集成运放器U1的负极输入端与探针上相对应的一个金属电极片构成的负电极相连接；负电极与集成运放器U1的输出端之间串联有电阻R6和电阻R7，电阻R5、电阻R6和电阻R7构成同向比例放大电路，集成运放器U1的输出端电压等于探头的一个金属电极片构成的正电极节点电压的2倍；集成运放器U1的输出端与模数转换电路中的ADC芯片U2的信号输入端I8相连接。

3.根据权利要求1或2所述的多分层土壤湿度传感器，其特征在于：所述模数转换电路包括ADC芯片U2，ADC芯片U2的信号输入端I8分别与8个集成运放器的输出端相连接，进行模数信号的转换，ADC芯片U2的地址线和输出端均接入单片机RP1，由单片机RP1控制ADC芯片U2对地址的选择，模数转换电路的ADDA、ADDB、ADDC和ALE端口分别与模数转换控制及输出信号处理电路的P2.0/A8、P2.1/A9、P2.2/A10和P2.3/A11端口相连接。

4.根据权利要求3所述的多分层土壤湿度传感器，其特征在于：所述升压电路包括开关稳压器U5、电感L1、稳压二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3，开关稳压器U5的Vi8端与外部5v电源VCC相连接和电感L1的一端相连接，开关稳压器U5的SWITCH端与电感L1的另一端和稳压二极管D1的正极相连接，稳压二极管D1的负极与电容C3的一端相连接，电容C3的另一端接地，稳压二极管D2的负极为升压电路的输出端，输出12v电压。

5.根据权利要求4所述的多分层土壤湿度传感器，其特征在于：所述基准电压电路包括三端稳压电源模块U4，三端稳压电源模块U4的VI端与稳压二极管D2的负极、电容C8的一端相连接，电容C8的另一端接地，三端稳压电源模块U4的V0端电容C7、电阻R9的一端相连接，电

容C7、电阻R9的另一端接地；三端稳压电源模块的V0端输出稳定的5v电压，为土壤电阻采集及处理电路和模数转换电路提供准确的参考电压。

6.根据权利要求4所述的多分层土壤湿度传感器，其特征在于：相邻两个所述金属电极片(3)的间距为8-12mm。

7.根据权利要求6所述的多分层土壤湿度传感器，其特征在于：所述金属电极片(3)为不锈钢导电材料。

技术说明书

多分层土壤湿度传感器

技术领域

本技术涉及传感设备技术领域，具体的说是一种多分层土壤湿度传感器，用于精细化农作物管理。

背景技术

目前，在农业温室大棚中使用的土壤湿度传感器是将两根探针插入土壤探测土壤湿度，土壤的湿度与探针所接触到的土壤的电导率有关。在一些精细化的农作物管理中，需要探测土壤在一个深度范围内的土壤湿度的连续变化情况，即要知道探针插入的土壤中不同土壤深度上的湿度。传统的土壤湿度传感器无法一次检测到，需要将探针多次插入土壤的不同深度进行检测，在操作过程中作业人员不容易准确掌握探针的插入深度，造成测量数据不够准确，无法满足生产需要。