土壤濕度檢測電路的設計與制作

郭建巍 曹涌 冉菲帆

摘要：土壤濕度檢測是實現并進行校園智能節水灌溉控制系統的基本條件，本系統主控采用AT89C52單片機，SMC1602A液晶顯示模塊，土壤濕度傳感器模塊，nRF24l01+無線數據傳輸模塊，配合抽水電機完成智能灌溉控制。本系統的土壤濕度檢測模塊，通過探針土壤采集到的模擬數據，通過檢測電路，捕捉脈沖變化，轉換為精確的土壤濕度值。經過多次試驗，檢測電路功能精度與穩定性良好。

關鍵詞：土壤濕度檢測;電路設計;土壤濕度傳感器

中圖分類號：TP212.9? 文獻標識碼：A? 文章編號：1672-9129（2020）02-0060-02

Abstract： 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環境濕度，它直接關系到植物是否能生存且生長。各大校園之中，植被覆蓋率占比很大，灌溉方式決定了用水量的多少。采用智能控制灌溉，能大大提高節水率。而土壤濕度檢測的穩定性和準確性成為一個智能技術控制灌溉管理系統的關鍵。土壤濕度傳感器，通過金屬片探針表面濕度變化，改變自身電阻與電容值。土壤濕度檢測系統電路可以通過濕度傳感器數據采集到土壤濕度轉換成數字信號形成電磁脈沖。

1? 土壤濕度傳感器說明

濕度傳感器主要是采用濕敏元件，其中包括電阻式和電容式，根本原理是周圍環境中濕度發生變化，它的電阻、電阻率和介電常數的變化，從而改變檢測電路中的電壓或電流。

土壤濕度傳感器如圖，采用寬度5mm，長度300mm的金屬片作為土壤探針，兩片金屬片之間間隔約80mm，土壤濕度傳感器的金屬探針表面經過鍍鎳處理，加寬了對土壤中水分的感應面積，大大提高了探針的導電性能，并且能夠有效預防金屬探針長時間插入濕潤土壤生銹從而無法導電使用的問題，延長了器件的使用壽命。土壤濕度傳感器使用寬度金屬片探針使得在一定寬度范圍內均可進行土壤濕度檢測。

2? 土壤濕度檢測電路

準備工作中，將土壤濕度傳感器兩個金屬插片探針，插在土壤里，開始準備較為濕潤的土壤環境，設備測定兩個固定金屬插片探針之間的電阻值大約在幾百歐姆，如圖1.1所示，土壤濕度傳感器模塊，相當于一個相當于電阻和電容組合模型，AO口用來采集電壓值，土壤中水分減少濕度值降低，兩金屬插片探針之間電阻值無限增大，接近于無窮大，微弱電流通過，AO相當于和VCC直接相連，AC電壓值相當于VCC電壓值;向土壤中加水，土壤中水分增多，土壤濕度值升高，此時，兩金屬插片探針之間電阻值減少，至幾百歐姆，同樣，AO電壓隨之發生變化。

器件LM393充當一枚比較器，通過對滑動電阻VR1設置一初始電阻數值，當土壤濕度增大，同時AO電壓值減小，DO輸出低電平。反之，土壤濕度降低，同時AO電壓值變大，DO則輸出高電平。通過DO輸出的電平信號能夠大致用來估算土壤濕度的大小。數模轉換模塊將AO的數值變化轉換成數字信號。

如圖1.2，數模轉換模塊采用ADC0832芯片進行模擬信號與數字信號轉換。ADC0832芯片，其主要特點是采用8位分辨率、雙通道A/D轉換。此芯片體積小，兼容性強，性價比高，從而被普遍使用。

ADC0832主要特性：

8路8位，即分辨率8位。

雙通道 A/D 轉換;

電壓為5V電源供電時，輸入電壓在 0V至5V;

工作頻率為 250000HZ;

轉換時間為 0.000032S;

基本功耗低至15mW;

ADC0832芯片最高分辨可達256級，在日常應用過程中，滿足模擬量轉換的需求。在芯片內部有電源輸入，外加和參考電壓的復用機制，可以保持其輸入電壓值在0V和5V之間。該芯片工作過程中最短轉換時間低至0.000032S，轉換速度可以滿足日常需求。ADC0832的轉換速度快，穩定性能強。ADC0832的獨立特性，能夠使輸入變得高效，使多器件掛接更加便捷，同時使處理器控制變的更加簡單。ADC0832通道功能的選擇通過DI數據輸入端輕易實現。

在單片機中實現對ADC0832芯片的控制：

在一般使用情景當中，單片機和ADC0832芯片的對應汽車電器故障會嚴重影響汽車性能和司乘人員的舒適度，給人們的出行帶來安全隱患，而且也為汽車維修工作帶來較大的挑戰。所以必須要掌握電器的維修技術，對汽車電器故障進行及時維修、排除，減少汽車電器故障帶來的不[1]。