土壤干濕探測(cè)器

本探測(cè)器可用來檢測(cè)土壤干濕程度，以便確定農(nóng)作物生長(zhǎng)是否缺乏水分。該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于它的一對(duì)探針能夠準(zhǔn)確檢測(cè)土壤表層下面的濕度，而不是只靠土壤表面的情況來判斷土壤的含水量。

一、工作原理

土壤干濕探測(cè)器的電路如圖1所示。晶體三極管VT1、VT2組成簡(jiǎn)易差分放大器，其中R4為負(fù)反饋共模抑制電阻器。VT1的偏壓取決于電阻器R1和土壤探針a、b所探測(cè)到的土壤電阻對(duì)電池G的分壓，VT2的偏壓取決于微調(diào)電位器RP對(duì)G的分壓。發(fā)光二極管VD1、VD2分別為土壤濕度正常和土壤干燥指示燈。

當(dāng)土壤濕度正常時(shí)，探針a、b所檢測(cè)到的土壤電阻較小。此時(shí)，通過調(diào)節(jié)微調(diào)電位器RP阻值，可使晶體三極管VT1的集電極電位高于VT2集電極電位約1.6V，于是發(fā)光二極管VD1導(dǎo)通發(fā)出綠光，表示土壤濕度正常。

當(dāng)土壤由濕潤(rùn)轉(zhuǎn)為干燥時(shí)，探針a、b間檢測(cè)到的土壤電阻較大，使得晶體三極管VT1導(dǎo)通而VT2受電阻器R4較高電壓降影響而轉(zhuǎn)為截止，從而使VT1集電極電位下降，VT2集電極電位上升。其結(jié)果是發(fā)光二極管VD1熄滅，VD2很快獲得≥1.6V正向工作電壓而導(dǎo)通發(fā)出紅光，指示被測(cè)土壤已經(jīng)干燥。急需灌水。

電路中，探針a、b所檢測(cè)到的土壤電阻和電阻器R1、微調(diào)電位器RP等實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)土壤水分檢測(cè)電橋，它具有檢測(cè)靈敏、準(zhǔn)確的特點(diǎn)；而由晶體三極管VT1、VT2所構(gòu)成的差分放大器，工作狀態(tài)不受電源電壓變化、環(huán)境溫度變化等的影響，所以盡管電路簡(jiǎn)單，但工作卻穩(wěn)定可靠，完全能夠滿足檢測(cè)之要求。

二、元器件選擇

晶體管VT1、VT2均用9014型(集電極最大允許電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗PCM=310mW)硅NPN小功率三極管，要求兩管盡量配對(duì)、電流放大系數(shù)B>150。VD1、VD2均用φ5mm高亮度發(fā)光二極管，顏色為一綠一紅。

RP用WS-2型自鎖式有機(jī)實(shí)芯微調(diào)電位器。R1～R4一律用RTX-1/8W型碳膜電阻器。SB用6mm×6mm立式微型輕觸開關(guān)。G用一塊6F22-9V型疊層干電池。要求配帶撳鈕式接線扣(可拆自同型號(hào)廢干電池)，以便通過引線將干電池接在電路板上。

三、制作與使用

圖2所示為該探測(cè)器印制電路板接線圖，印制電路板實(shí)際尺寸約為55mm×25mm。

整個(gè)探測(cè)器電路參照?qǐng)D3所示，焊裝在一個(gè)手持方便的長(zhǎng)條形絕緣小盒內(nèi)，盒子尺寸約為115mm×30mm×20mm。探針a、b可用自行車輻條加工而成，將它用小螺釘固定在電路板上(筆者用兩個(gè)截掉一半塑料緊固帽的720型接線柱，效果不錯(cuò))，其針尖從盒子前端伸出，保證間距15mm，使用時(shí)插深10cm以上。盒體側(cè)面為電源開關(guān)sB開出按鍵帽伸出孔；盒體正面為微調(diào)電位器RP開出調(diào)節(jié)孔，為發(fā)光二極管VD1、VD2開出伸出孔。為了方便使用，在面板上綠色發(fā)光二極管VDI的旁邊標(biāo)注上“正常”兩字，表示該發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，土壤濕度合乎要求；在紅色發(fā)光二極管VD2的旁邊標(biāo)注上“缺水”兩字，表示該發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r土壤太干燥，需要盡快灌水。檢查電路焊接無誤、安裝正確后。便可進(jìn)行調(diào)試。

該探測(cè)器電路調(diào)試很簡(jiǎn)單：將探針a、b插入濕度合適的土壤中，按下按鈕開關(guān)sB，調(diào)節(jié)微調(diào)電位器RP，使發(fā)光二極管VD1發(fā)出綠光、VD2剛好熄滅；拔出探針a、b，則發(fā)光二極管VD1熄滅、VD2發(fā)出紅光即可。調(diào)節(jié)完畢，緊固微調(diào)電位器RP上的螺帽，使其阻值不隨意發(fā)生改變。

使用時(shí)，將探測(cè)器的探針a、b插入被測(cè)土壤中，按通電源開關(guān)sB，觀察發(fā)光二極管發(fā)光情況；若VD1發(fā)出綠光，表示土壤濕度合乎要求；若VD2發(fā)出紅光，表示土壤干燥，應(yīng)及時(shí)灌水。該探測(cè)器用電很節(jié)省，實(shí)測(cè)總電流不足4mA；每換一次新干電池，一般可用一年時(shí)間。