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1、. . . .Arduino Moisture Sensor土壤湿度传感器 自动浇花请看下面PDF技术文件介绍这个水分传感器可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，传感器输出值将减小，反之将增大。使用这个传感器制作一款自动浇花装置，让您的花园里的植物不用人去管理。传感器表面做了镀金处理，可以延长它的使用寿命。将他插入土壤，然后使用AD转换器读取它。在他的帮助下，植物会提醒您：嘿，我渴了，请给我一点水。技术规格供电电压：3.3V 或5V接口定义：1脚信号，2脚地，3脚电源正输出信号类型：模拟量使用寿命：大约1年（表面镀金处理，加强了导电性和抗腐蚀性）模块尺寸：20X60mm这是一个简易的水分传感器可
2、用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，传感器输出值将减小，反之将增大。使用这个传感器制作一款自动浇花装置，让您的花园里的植物不用人去管理。传感器表面做了镀金处理，可以延长它的使用寿命。将他插入土壤，然后使用AD转换器读取它。在他的帮助下，植物会提醒您：嘿，我渴了，请给我一点水。技术规格供电电压：3.3V -5V工作电流：最大45mA输出电压：0-2.3V【2.3V是完全浸泡在水中的电压值】，5V供电，湿度越大输出电压越大。接口定义：1脚信号，2脚地，3脚电源正使用寿命：大约1年（表面镀金处理，加强了导电性和抗腐蚀性）模块尺寸：60X20X5mmPDF：SEN0114资料概述这是一个简易的水分传感器
3、可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，传感器输出值将减小，反之将增大。使用这个传感器制作一款自动浇花装置，让您的花园里的植物不用人去管理。传感器表面做了镀金处理，可以延长它的使用寿命。将它插入土壤，然后使用AD转换器读取它。在他的帮助下，植物会提醒您：嘿，我渴了，请给我一点水。技术指标电源电压: 3.3v or 5v输出电压: 02.3v工作电流: 最大45mA接口定义：1脚信号，2脚地，3脚电源正使用寿命：1年左右模块尺寸: 60x20x5mm典型电压值:1.0 300: 干燥土壤2.300700: 湿润土壤3.700950: 放到水中土壤湿度传感器工作原理土壤湿度传感器是判断土壤中水分含量的
4、多少来判定土壤的湿度大小。如图所示，当土壤湿度传感器探头悬空时，三极管基极处于开路状态，三极管截止输出为0；当插入土壤中时由于土壤中水分含量不同，土壤的电阻值就不同，三极管的基极就提供了大小变化的导通电流，三极管集电极到发射极的导通电流受到基极控制，经过发射极的下拉电阻后转换成电压。土壤湿度传感器的测试这里我们使用Arduino控制器来做测试，Arduino内部自带10位AD采样电路，程序简单，使用非常方便。Arduino实验代码如下：/* # Example code for the moisture sensor # Editor : Lauren # Date : 13.01.2012
5、# Version : 1.0 # Connect the sensor to the A0(Analog 0) pin on the Arduino board # the sensor value description # 0 300 dry soil # 300700 humid soil # 700950 in water */ void setup() Serial.begin(57600); void loop() Serial.print(Moisture Sensor Value:); Serial.println(analogRead(0); delay(100); 土壤湿
6、度检测及自动浇水系统设计1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的： 随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐， 本设计要求利用单片机设计一 款 家庭智能浇 花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇 花器 。 （1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。 （2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。 1.2 基本要求 （1）通过 c8051f020 单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装置。 （2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自动浇水功能。 （3）要求
7、设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电路设计。 1.3 发挥部分 自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求 （1）基本部分必须完成，发挥部分可任选； （2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份； （3）报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 （1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于 4000 字。图纸 为 A4，所有插图不允许复印。 （2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设 计任务、 设计思路、 设计框图、
8、 各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、 工作过程分析、 元器件清单、主要器件介绍） 、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图） 。 3 时间进度安排 顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 阶段日期 计 划 完 成 内 容 讲解主要设计内容，安排学生查阅资料 检查任务框图的设计情况 检查整个设计理论方面的准备情况 指导学生进行传感器的选择 进程传感器及测量电路的硬件电路设计 讲解原理图的绘制要求 检查原理图完成情况，讲解及纠正错误 检查流程图的绘制及报告的书写要求 布置答辩 答辩、写报告 备注 打分 打分 打分 打分 打分 打分 打分 打分 打分 打分一 设计任务
9、描述1.1 设计题目：土壤湿度检测及自动浇水系统设计 1.2 设计要求1.2.1 设计目的：随着人们生活水平的提高花卉逐渐受到人们的青睐，本设计要求利用单片机设计一 款家庭智能浇花器，实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候不至于影响花卉的生 长，如果在家也可以关断浇花器 。 （1）了解土壤湿度检测的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。 （2）初步掌握常用土壤湿度检测传感器的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本 设计。1.2.2 基本要求：（1）通过 C8051F020 单片机编程来实现土壤湿度的实时显示，并具有超量程报警装 置。 （2）要求设计相关传感器系统和控制系统实现自
10、动浇水功能。 （3）要求设计相关的硬件电路，包括传感器的选型、控制系统和显示系统的硬件电 路设计。1二 设计思路我所设计的土壤湿度检测及自动浇水系统主要由七部分组成。 第一部分：精密对称方波发生器。用于驱动湿敏电阻，因为直流电流通过湿敏电阻时会 产生电化学迁移现象而损坏湿敏电阻，所以在这里我选择了具有稳幅作用的精密对 称方波发生器作为信号源。 第二部分：湿敏电阻传感器。由于湿敏电阻是最常见，价格也最低廉的一种湿度传感器 所以我选择了湿敏电阻作为本设计的核心传感器。 我选择的是 PCRC-55 这款湿敏传 感器。他是一种经过化学方法处理的聚苯乙烯聚合物。其电阻值（ R）与相对湿度 （RH）的曲线
11、近似指数曲线，即电阻值随相对湿度的增大为减小。 第三部分：对数放大器。为解决湿敏电阻自身的非线性问题，我选择了由晶体管和运算 放大器组成的对数放大电路来对湿敏电阻的指数型特性曲线进行线性化。 第四部分：相对湿度校准电路。利用湿度校准电路对 40%RH、100%RH 两点进行校准， 再通过滤波器产生一个代表相对湿度的直流输出电压，输出电压范围是 0+10V， 所对应的相对湿度变化范围是（0100%）RH。 第五部分：断点放大器。由于湿敏电阻在 RH40%时的非线性失真最为显著，我真对这 一情况采用断点放大器再做一次局部的线性化处理，即再进行一次线性补偿。 第六部分： 温度补偿电路。 利用集成恒流
12、源的正温度系数去补偿湿敏电阻的负温度系数， 大大降低了温漂。当环境温度发生变化时，必然导致组成对数放大器的晶体管的直 流工作点发生改变，而这也终究会影响到对数放大器的输出特性。因此我对组成对 数放大器的晶体管采取一定的温度补偿措施，即用一片廉价的集成音频放大器对其 补偿，以避免这种情况的发生。 第七部分：数据处理及自动浇水系统。利用单片机对湿敏电阻这一传感器所采集的代表 土壤湿度的电压信号进行处理、分析，并对土壤湿度进行实时显示、超范围报警以 及自动浇水。 对这以上就是我所设计的土壤湿度检测及自动浇水系统的设计思路。基于此设计思路设计 的土壤湿度检测及自动浇水系统的相对湿度测量范围为 0100
13、%,测量精度为2%，分辨 力可达 0.01%。2三 设计方框图精密对称 方波发生器湿敏电阻稳压电源对数放大器 （兼半波整流）稳压温度补偿电路 （恒温器）湿度校准电路 及滤波器断点补偿电路输出放大器C8051F020 单片机湿度显示、超量程报警 自动浇水3四 设计原理4.1 精密对称方波发生器湿敏电阻只能用交流的，直流会导致湿敏失效，因为直流的电场会导致高分子材料中 的带电粒子偏向两极，一定时间以后湿敏电阻就会失效。所以必须用交流维持其平衡，这 也是为什么测湿敏电阻阻值要用电桥而不能用普通万用表的原因。 水分子是极性分子，在直流电厂中会分解为 H2 和 O2, 影响测量，并且在湿敏传感器 中存在
14、导电离子，在高湿情况下，如采用直流电会漂移造成电导率漂移，影像传感器的使 用寿命。 综上所述：鉴于当直流电流通过湿敏电阻会产生电化学迁移现象而损坏湿敏电阻，因 此必须采用交流信号或对称方波信号来驱动湿敏电阻。 这里选用具有稳幅作用的精密对称方波发生器作为信号源，其输出信号中不包含直流 分量。4.2 湿敏电阻传感器湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而 制成的。工业上流行的湿敏电阻主要有：半导体陶瓷湿敏电阻、氯化锂湿敏电阻、有机高 分子膜湿敏电阻。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的 水蒸气吸附在感湿膜上时元件的电阻率和电阻值都发生变化。 PCRC-55 型湿敏电阻是用经过化学方法处理的聚苯乙烯聚合物制成的。其电阻值（R） 与相对湿度（RH）的影响曲线如图 4.2.1 湿敏电阻特性曲线所示。该曲线近似为指数曲线。 当湿度从 20%变化到 100%时，电阻值就从 100M 迅速减小到 35K ，电阻变化量超过了 4 个数量级。因此，构成相对湿度测量仪时必须进行线性化，才能获得线性输出电压。 PCRC-55 的温度系数为0.36%RH/，精度为1% 。图 4.2.1 湿敏电阻特性曲线4.3 对数放大器为解决湿敏电阻的非线性问题，由晶体管和运算放大器构成对数放大器，对湿敏电阻 的指数型特性曲线进行线性化。44
