湿度测量自动浇花器

湿度测量自动浇花器

这是一种通过测量土壤湿度自动控制浇花的电路。它以简单的电子线路为基础，通过对1/4LM339四电压比较器、555定时器、三极管及继电器等元件的合理搭配应用，实现了自动浇花功能。该湿度测量自动浇花机能够在无人看管的情况下，根据土壤干湿度，自动判断是否给土壤浇水，这样植物便能一直处于最合适的土壤湿度环境中生长。该设计成本小、反应灵敏，并对于不同的植物对水分的不同需求具有较大的可调空间，实用性较强。

该电路将土壤的干湿情况通过简单的电路测量转换成土壤的电阻大小，再将电阻大小转换成电压信号（一般土壤越干，电阻越大），通过比较器即将电压信号转换成电子线路高低电平，比较器输出的数字电压信号与用555集成芯片产生的固定脉冲通过与非门电路产生浇花信号，用来控制驱动器（包括电子开关），从而控制后续的胶水电路（如控制水泵或自来水管道阀门）。

1.土壤湿度信号转换成电压信号

本自动浇花器，通过对土壤干湿度的测量来控制相应的电路进行自动浇水。当电路工作时，插在土壤里的两根探针会给出一定的测量值，经过1/4LM 339四电压比较器的处理，给出一个控制信号，当土壤干到一定程度是会控制自动浇水，浇水一定时间后，探针继续测量，达到一定湿度后则给出停止浇水的信号，否则将继续控制浇水。

干湿土壤的电阻阻值差别很大，因此对土壤干湿的测量可通过测土壤的电阻来实现。该电路考虑了渗水时间，即当浇一定时间水时，控制电路会知道给出一个信号停止浇水，等渗水一定时间后再继续测量。因此测量装置的探针必须采用良好导体（笔者选择铝合金针）。测量花盆深处的土壤要求探针除了尖端露出导体之外，其他部分都要用绝缘体与土壤隔绝。另外两探针间距必须固定（本设计为2.5cm）。

此电路中选择R1和R2为确定值，均为5k欧姆。R3为测得的土壤阻值。另外，对于不同的话，要求干湿度也不相同，为此可设R4为一可变电阻来实现。比如用间距为2.5cm的探针测得的干土壤阻值为150k欧姆左右，就可设置R4的阻值为100k欧姆~200k欧姆范围内可变。电路图中发光二极管为土壤干湿指示灯，当土壤干到需要浇水时指示灯亮，反之则灭。。

2.通过555定时器产生可调脉冲信号

当土壤中的湿度达到一定程度后，随着电阻的变小，电阻两端的分压会相应变小以至小于参考电压，这样得到的控制信号将从高电平转变到低电平。然而，考虑到水渗透到土壤中去需要一定时间，且一般浇水的速度要大于土壤渗透的速度，因此单靠由

“土壤干湿反馈信号”即为比较器产生的高低电平，记为CP1，可调占空比控制信号记为CP2，CP1与CP2是“与”的关系，共同决定了浇花信号，记为CP。将CP2设置一定占空比（高电平时间短，低电平时间长）。这样，当土壤处于缺水状态（即高电平）时，若CP2也为高电平，则浇水，可是CP2为高电平时间比较短，很快就变成低电平，此时浇花信号为低电平，将停止浇水。等待时间即为CP2的低电平时间，这就是渗水时间（这个时间比较长）。等待结束后，假如水分已经充足，土壤为不缺水状态，则CP1为低电平，这时无论CP2是高还是低，都不浇水。若土壤依旧很干燥，则在CP2为高电平时继续控制浇花信号为高电平，继续浇水。整个过程将依照上述规律不断进行下去。

利用多谐振荡器的自激震荡原理，可以得到不同占空比的矩形脉冲。我们采用555定时器构成多谐振荡器。

由原理分析可知，电路产生的输出脉冲的高低脉冲时间及周期长短由电容c及电阻R1

和R2决定，时间常数 =R*C

当电容充电时T1=(R1+R')*C

当电容放电时T2=R2*C

设高电平的时间长度为T1，低电平的时间长度为T2，总周期伟男T，占空比为q

T1=0.7(R1+R')*C

T2=0.7R2*C

所以占空比为

q=T1/(T1+T2)

=(R1+R')/(R1+R'+R2

因此调节电容及电阻的阻值，可以调整周期，进而调整占空比。制作自动浇花器时，可将R1+R'调整为7.5k欧姆，因为R2=15K欧姆，则占空比为1/3，周期为15.75s，即高电平持续5.25s，低电平持续10.5s。而电阻及电容的大小及相互之间的关系可以根据花的品种不同，而采取不同的值，使周期及占空比更合适！

3.驱动器控制电路

如上所述，土壤干湿情况已由高低电平表示。而要想使设计有实际意义，关键是将所得的高低电平相互与浇水所用水泵的开关状态相联系，这一联系可由驱动器来实现。我们这里采用三极管或者MOS管来完成这一操作。本电路用的继电器电压为3v~5v。

当b端为高电平时，三极管导通，继电器k工作，使开关闭合，电动机正常工作；当b 端为低电平时，三极管截至，继电器k断开，电动机停止工作。

本湿度测量自动浇花器的基本电路已经通过验证，可行性强，能够为广大的养花草爱好者带来很大的方便，如果将这种设计思路，实现到更大系统中，比如农田灌溉，也是容易实现的。

材料表1

材料表2

~AC22OV

图 自动浇花器电路图