简易自动浇花机的设计

2011-03-16王薇祖静张瑜

电子测试 2011年6期

王薇，祖静，张瑜

（中北大学测试计量技术与仪器，太原 030051 ）

0 引言

随着生活水平的提高，许多的城乡居民为了美化环境，净化空气，喜欢在家中种植一些花草。而植物是离不开水的，需要常常浇灌。而人们出差或有事不在家时，植物的供水就会中断，植物面临干枯[1]，从而影响到植物的正常生长。而本文介绍的自动浇花机都会根据花草对于土壤湿度的需求，而自动进行浇花，即可靠、方便也适用于实际生活。

1 简易自动浇花机的工作原理

在本设计中利用湿敏传感器感应土壤湿度[2]从而控制后面的装置，达到自动浇花的目的。整个装置由电源电路、湿度传感器、放大电路、比较电路、继电器、电磁阀和储水浇灌装置构成。图1即为自动浇花机的系统组成部分。

图1 自动浇花机的系统组成

该系统是利用电容式湿敏传感器[3]感应土壤湿度，当土壤的湿度发生变化时，其电容值也发生相应的变化，经过电容湿敏传感器转换电路后，输出电压也发生了相应的变化。由于输出电压较小，不易测量，因而要经过一个放大电路把电压放大。放大的电压作为比较电路的输入电压，与基准电压进行比较。该基准电压即为土壤的标准湿度对应的电压值。当土壤的湿度小于规定湿度时，即转换的电压值小于基准电压，输出端为高电平，从而使电磁继电器闭合，控制电磁阀打开，使储水浇灌装置对植物进行浇灌。当水浇灌到一定量时，土壤的湿度大于规定湿度，即转换的电压值会大于基准电压，此时，比较器的输出端为低电平，继电器打开，电磁阀关闭，浇灌装置停止浇灌。

2 系统各部分组成及工作原理

2.1 湿敏传感器

土壤湿度表示一定深度土层的土壤干湿程度的物理量，过低或过高都会影响植物的正常生长[4]。所以为了使植物正常生长，必须提供给土壤适当的水分[5]。为了达到自动浇花的目的，在设计中必须测量土壤的湿度。

考虑到设计成本以及简易程度和实现的可能性，本文利用湿度传感器对土壤湿度进行测量。在选择湿度传感器时，理想情况下应当选择能够插在土壤中，与理想土壤接触可以随时感应土壤的湿度变化的传感器。在本文中我们使用的是HS1101相对湿度传感器（电容传感器）。HS1101相对湿度传感器实物图如图2所示，湿度传感器的参数如表1所示[6]。

表1 湿度传感器的参数

图2 HS1101相对湿度传感器

HS1101电容传感器输出电容值与湿度的关系如式（1）所示：

式中：C、C0分别为不同的湿度对应的电容值和湿度为55%RH时对应的电容值；N为湿度的值。

2.2 电容式湿敏电阻HS1101的转换电路

由电容式湿敏电阻HS1101的线性电压输出回路内部电路方块图如图3所示[6]，它可将湿度传感器的电容变化转换为电压变化。

图3 电容式湿敏电阻HS1101的线性电压输出回路内部电路方块图

当环境温度为25℃，电源电压为5V时，电压输出方程式为：

式中： Vout、Vcc分别为电路输出电压和5V的电源电压；N为湿度的值。

输出的电压与湿度的对应关系如表2所示。

表2 湿度传感器转换电路输出电压

2.3 放大电路设计

将湿敏电阻放在一个简单电路中，当土壤湿度发生变化后，湿敏电阻两端的电压也会发生相应的变化，通过测量电阻两端的电压可以测量湿敏电阻的变化值。由于产生的电压值较小，因而需要一个放大电路将电压值进行放大，在本文中由于在湿度范围为10%RH~100%RH对应的电压为1.41~3.55V，用电压表测量不很准确，因而将其放大。在该文中运用反相串联结构型的双运放高共模抑制比放大电路，如图4所示[7]。