CN103592342A

CN103592342A - 一种土壤湿度检测装置

Info

Publication number: CN103592342A
Application number: CN201310586164.2A
Authority: CN
Inventors: 张军
Original assignee: SICHUAN YANCHENG COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN YANCHENG COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明公开了一种土壤湿度检测装置,涉及农业生产过程中的检测技术，旨在提供一种低成本的微型土壤湿度检测仪。本发明技术要点：包括湿度传感器、多谐振荡器、放大器、模数转换器、信号处理单元与显示器；所述湿度传感器用于检测土壤湿度，湿度传感器的电容值反应湿度；所述多谐振荡器用于检测湿度传感器的电容值，并输出频率随所述电容值变化的电信号；放大器用于对所述电信号进行放大；模数转换器用于采集放大后的电信号并将其转换为数字电信号；所述信号处理单元用于处理所述数字电信号得到其频率，将所述频率转换为对应的湿度值并将所述湿度值输出给所述显示器显示。

Description

一种土壤湿度检测装置

技术领域

本发明涉及农业生产过程中的检测技术，尤其是一种土壤湿度检测装置。

背景技术

湿度，被定义为表示大气干燥程度的物理量。即在一定的温度下在一定的体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥;水汽越多，则空气越潮湿。

土壤湿度表示一定深度土层的土壤干湿程度的物理量。又称土壤水分含量。土壤湿度的高低受农田水分平衡各个分量的制约。

土壤湿度决定农作物的水分供应状况。土壤湿度过低，形成土壤干旱，作用光合作用不能正常进行，降低作物的产量和品质；严重缺水导致作物凋萎和死亡。土壤湿度过高，恶化土壤通气性，影响土壤微生物的活动，使作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍，从而影响作物地上部分的正常生长，造成徒长、倒伏、病害滋生等。土壤水分的多少还影响田间耕作措施和播种质量，并影响土壤温度的高低。

农业生产在我国的经济发展中具有重要地位，为农业生产提供及时、可靠的技术服务已成为气象部门的重要职责之一。随着国家各级政府对农业生产的日益重视，各科研单位也在服务农业、促进农民增收等方面开展了许多研究.对农业生产中的各项问题也进行了广泛调研。调研发现，园艺栽培、温室花卉、大棚蔬菜等的某些名贵品种，对土壤湿度有着极高的要求，土壤湿度不当时，不仅严重影响其正常生长，甚至会导致种植品死亡，造成农民的严重损失。为此，从事该类农业生产的农民朋友非常需要一种成本低、体积小且检测可靠的土壤湿度检测仪，为水分供应提供依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种低成本的微型土壤湿度检测仪。

本发明采用的技术方案如下：包括湿度传感器、多谐振荡器、放大器、模数转换器、信号处理单元与显示器；

所述湿度传感器用于检测土壤湿度，湿度传感器的电容值反应湿度；

所述多谐振荡器用于检测湿度传感器的电容值，并输出频率随所述电容值变化的电信号；

放大器用于对所述电信号进行放大；

模数转换器用于采集放大后的电信号并将其转换为数字电信号；

所述信号处理单元用于处理所述数字电信号得到其频率，将所述频率转换为对应的湿度值并将所述湿度值输出给所述显示器显示。

优选地，所述湿度传感器为湿度电容器。

优选地，所述多谐振荡器包括555定时器、第一电阻及第二电阻；

所述第二电阻的一端连接直流电压源，第二电阻的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接555定时器的阈值端及触发端；

555定时器的阈值端还与所述湿度电容器的一端连接，所述湿度电容器的另一端接地；

555定时器的放电端与第二电阻的所述另一端连接；

555定时器的输出端为多谐振荡器的输出端。

优选地，第二电阻阻值R_x2远小于第一电阻阻值R_x1以使

基本等于0.5。

优选地，

其中R_x1为第一电阻阻值，R_x2为第二电阻阻值。

优选地，所述信号处理其为一具有脉冲计数端的单片机，所述多谐振荡器的输出端连接所述单片机的脉冲计数端。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提供的土壤湿度检测装置结构简单、成本低廉的，能够实时采集土壤的湿度，能够为作物种植提供有效的土壤湿度值，在农业生产推广上具有实际应用价值。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明电路原理框图。

图2为本发明中多谐振荡器的电路原理图。

图3为555定时器电路原理图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1,本发明的一个实施例包括湿度传感器、多谐振荡器、放大器、模数转换器、信号处理单元与显示器。

其中湿度传感器为HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测环境湿度的增大而增大。将该湿度传感器放入待测的土壤中，再检测其电容值便可测得待测土壤中的湿度。

本实施例中的多谐振荡器用于检测湿度传感器的电容值，并输出频率随所述电容值变化的电信号。

放大器用于对所述电信号进行放大；模数转换器用于采集放大后的电信号并将其转换为数字电信号；所述信号处理单元用于处理所述数字电信号，将其转换为对应的湿度值并将所述湿度值输出给所述显示器显示。

信号处理器将数字电信号转换为湿度值的方法可以是并预先建立一张表，该表记载了电信号频率值与湿度值的对应关系，将该表存储在信号处理器中，当信号处理器接收到数字电信号时，先计算数字电信号的频率，然后在表中查找该频率对应的湿度值即可。

当然也可以预先根据数字电信号频率与湿度值的对应关系求得二者之间的函数表达式，信号处理器接收到数字电信号后，先计算数字电信号的频率，然后根据该函数表达式计算出相应的湿度值即可。

具体的，信号处理器可以计数每秒钟内接收到的数字电信号的脉冲个数求得其频率信息。

如图2，所述多谐振荡器包括555定时器、电阻R6及电阻R8。

电阻R8的一端连接直流电压源Vcc，电阻R8的另一端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接555定时器的阈值端THR及触发端TRIG。

555定时器的阈值端THR还与所述湿度电容器C5的一端连接，所述湿度电容器C5的另一端接地。

555定时器的放电端DISC与电阻R8的所述另一端连接。

555定时器的输出端为多谐振荡器的输出端，输出具有一定频率的电信号。

如图3，展示了555定时器的内部电路结构。下面结合图2、3阐述本发明中多谐振荡器将电容值转换为频率随电容值变化的电信号的原理。

当电源接通时,由于阈值端THR6脚和触发端TRIG2脚的输入均为“0”,则555定时器输出端3脚输出为“1”；又由于湿度电容器C₅两端电压为0,故直流电压源V_CC通过电阻R₈和电阻R₆对湿度电容器C5充电,当湿度电容器C₅两端电压达到2V_CC/3时,555定时器的输出端变为“0”。此时555定时器内部的放电BJT的基极电压为“1”,放电BJT导通,从而使湿度电容器C₅通过电阻R₆和内部放电BJT放电,当湿度电容器C₅两端电压降低到V_CC/3时,555定时器的输出端输出变为“1”,内部放电BJT截止,直流电压源V_CC又开始通过电阻R₈和电阻R₆对湿度电容器C₅充电。如此周而复始,形成振荡，在555定时器输出端输出具有一定频率的电信号，即电脉冲信号。

其工作循环中的充电时间为

T_s=0.7(R₈+R₆)C₅；

放电时间为

T₁=0.7R₆C₅；

进而得到输出脉冲占空比为

q = \frac{T_{s}}{T_{s} + T_{1}} = \frac{R_{8} + R_{6}}{R_{8} + 2 R_{6}} .

优选的，可以使输出脉冲的占空比接近50％,即R₈应远远小于R₆，如

当外界湿度变化时,湿度电容器两端电容值发生改变,从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出555定时器的输出频率,并根据湿度与输出频率的关系,即可求得环境的湿度。

在其他实施例中，555定时器的输出端接有电阻R₅，电阻R5起输出短路保护作用，防止输出电流过大。555定时器的温度补偿端CVOLT5脚通过电阻R₇接地，电阻R₇是用作555定时器内部温度补偿的，其应该具有1％的精度。由于不同型号、不同厂家生产的555定时器芯片内部温度补偿有一定的差别，因此对于不同型号的555芯片，电阻R₇的取值也有所不同。555定时器的复位端RST4脚接直流电压源。

所述信号处理单元为带有脉冲计数端的单片机，如AT89S51，前述555定时器的输出端与单片机的脉冲计数端连接，单片机可以计数出每秒钟内输入的脉冲个数，即为555定时器输出的脉冲信号频率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种土壤湿度检测装置，其特征在于，包括湿度传感器、多谐振荡器、放大器、模数转换器、信号处理单元与显示器；

放大器用于对所述电信号进行放大；

2.根据权利要求1所述的一种土壤湿度检测装置，其特征在于，所述湿度传感器为湿度电容器。

3.根据权利要求2所述的一种土壤湿度检测装置，其特征在于，所述多谐振荡器包括555定时器、第一电阻及第二电阻；

555定时器的放电端与第二电阻的所述另一端连接；

555定时器的输出端为多谐振荡器的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种土壤湿度检测装置，其特征在于，第二电阻阻值R_x2远小于第一电阻阻值R_x1以使

基本等于0.5。

5.根据权利要求3所述的的一种土壤湿度检测装置，其特征在于，

其中R_x1为第一电阻阻值，R_x2为第二电阻阻值。

6.根据权利要求3所述的一种土壤湿度检测装置，其特征在于，所述信号处理其为一具有脉冲计数端的单片机，所述多谐振荡器的输出端连接所述单片机的脉冲计数端。