土壤湿度检测电路的设计与制作

郭建巍 曹涌 冉菲帆

摘要：土壤湿度检测是实现并进行校园智能节水灌溉控制系统的基本条件，本系统主控采用AT89C52单片机，SMC1602A液晶显示模块，土壤湿度传感器模块，nRF24l01+无线数据传输模块，配合抽水电机完成智能灌溉控制。本系统的土壤湿度检测模块，通过探针土壤采集到的模拟数据，通过检测电路，捕捉脉冲变化，转换为精确的土壤湿度值。经过多次试验，检测电路功能精度与稳定性良好。

关键词：土壤湿度检测;电路设计;土壤湿度传感器

中图分类号：TP212.9  文献标识码：A  文章编号：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环境湿度，它直接关系到植物是否能生存且生长。各大校园之中，植被覆盖率占比很大，灌溉方式决定了用水量的多少。采用智能控制灌溉，能大大提高节水率。而土壤湿度检测的稳定性和准确性成为一个智能技术控制灌溉管理系统的关键。土壤湿度传感器，通过金属片探针表面湿度变化，改变自身电阻与电容值。土壤湿度检测系统电路可以通过湿度传感器数据采集到土壤湿度转换成数字信号形成电磁脉冲。

1  土壤湿度传感器说明

湿度传感器主要是采用湿敏元件，其中包括电阻式和电容式，根本原理是周围环境中湿度发生变化，它的电阻、电阻率和介电常数的变化，从而改变检测电路中的电压或电流。

土壤湿度传感器如图，采用宽度5mm，长度300mm的金属片作为土壤探针，两片金属片之间间隔约80mm，土壤湿度传感器的金属探针表面经过镀镍处理，加宽了对土壤中水分的感应面积，大大提高了探针的导电性能，并且能够有效预防金属探针长时间插入湿润土壤生锈从而无法导电使用的问题，延长了器件的使用寿命。土壤湿度传感器使用宽度金属片探针使得在一定宽度范围内均可进行土壤湿度检测。

2  土壤湿度检测电路

准备工作中，将土壤湿度传感器两个金属插片探针，插在土壤里，开始准备较为湿润的土壤环境，设备测定两个固定金属插片探针之间的电阻值大约在几百欧姆，如图1.1所示，土壤湿度传感器模块，相当于一个相当于电阻和电容组合模型，AO口用来采集电压值，土壤中水分减少湿度值降低，两金属插片探针之间电阻值无限增大，接近于无穷大，微弱电流通过，AO相当于和VCC直接相连，AC电压值相当于VCC电压值;向土壤中加水，土壤中水分增多，土壤湿度值升高，此时，两金属插片探针之间电阻值减少，至几百欧姆，同样，AO电压随之发生变化。

器件LM393充当一枚比较器，通过对滑动电阻VR1设置一初始电阻数值，当土壤湿度增大，同时AO电压值减小，DO输出低电平。反之，土壤湿度降低，同时AO电压值变大，DO则输出高电平。通过DO输出的电平信号能够大致用来估算土壤湿度的大小。数模转换模块将AO的数值变化转换成数字信号。

如图1.2，数模转换模块采用ADC0832芯片进行模拟信号与数字信号转换。ADC0832芯片，其主要特点是采用8位分辨率、双通道A/D转换。此芯片体积小，兼容性强，性价比高，从而被普遍使用。

ADC0832主要特性：

8路8位，即分辨率8位。

双通道 A/D 转换;

电压为5V电源供电时，输入电压在 0V至5V;

工作频率为 250000HZ;

转换时间为 0.000032S;

基本功耗低至15mW;

ADC0832芯片最高分辨可达256级，在日常应用过程中，满足模拟量转换的需求。在芯片内部有电源输入，外加和参考电压的复用机制，可以保持其输入电压值在0V和5V之间。该芯片工作过程中最短转换时间低至0.000032S，转换速度可以满足日常需求。ADC0832的转换速度快，稳定性能强。ADC0832的独立特性，能够使输入变得高效，使多器件挂接更加便捷，同时使处理器控制变的更加简单。ADC0832通道功能的选择通过DI数据输入端轻易实现。

在单片机中实现对ADC0832芯片的控制：

在一般使用情景当中，单片机和ADC0832芯片的对应汽车电器故障会严重影响汽车性能和司乘人员的舒适度，给人们的出行带来安全隐患，而且也为汽车维修工作带来较大的挑战。所以必须要掌握电器的维修技术，对汽车电器故障进行及时维修、排除，减少汽车电器故障带来的不[1]。