土壤湿度传感器设计方案汇总（三款湿度传感器设计电路原理图详细）

土壤湿度传感器介绍

1.土壤湿度传感器原理--简介

土壤湿度传感器又名：土壤水分传感器、土壤墒情传感器、土壤含水量传感器。主要用来测量土壤容积含水量，做土壤墒情监测及农业灌溉和林业防护目前常用到的土壤湿度传感器有FDR型和TDR型，即频域型和时域型。目前比较流行的是FDR型，常用型号HA2001.FDR频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器，它利具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点。

2.土壤湿度传感器原理--特点

土壤湿度传感器由湿度检测电路和声报警电路等部分组成，它主要具有以下几种特点：

1.传感器体积小巧化设计，携带方便，安装、操作及维护简单。

2.结构设计合理，不绣钢探针保证使用寿命。

3.外部以环氧树脂纯胶体封装，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蚀。

4.测量精度高，性能可靠，确保正常工作。

5.响应速度快，数据传输效率高。

3.土壤湿度传感器原理

土壤湿度传感器就是监测土壤的湿度，将其的硬件控制电路埋在作物根部的土壤水分传感器监测根部土壤的水分，该传感器经检测电路将“湿度过高”和“湿度过低”信号经编码器传至主控制器，由主控制器决定控制状态。“湿度过高”则停止灌溉;“湿度过低”则通过光电隔离、继电器控制接在水源的电磁阀。该系统还具有故障报警功能。主控制器通过通讯接口与上位机通讯，可以实时监测系统运行状况或对历史数据进行分析。

土壤湿度传感器设计方案（一）

湿度传感器：

上面四个端口，从最左到右一次为A0，D0，GND，Vcc。A0接A4，D0接A0，GND接GND，Vcc接5V电压

下面两个端口接右边的探测插头，上面左右各一个指示灯当这个探测器插到面包板上时右边亮，当右边的插头插到土壤中时左边灯亮起，再下边靠左的是一个可调电阻，电阻右边为一个芯片。

电路图：

结果实物图：

原理：

1.这是一个简易的水分传感器可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，模块输出一个高电平，反之输出低电平。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。

2.灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节）

4.工作电压3.3V-5V

5.模块双输出模式，数字量输出简单，模拟量输出更精确。

6.设有固定螺栓孔，方便安装

7.小板PCB尺寸：3cm*1.6cm

8.电源指示灯（红色）和数字开关量输出指示灯（绿色）

9.比较器采用LM393芯片，工作稳定

10.VCC外接3.3V-5V

11.GND外接GND

12.DO小板数字量输出接口（0和1）

13.AO小板模拟量输出接口

土壤湿度传感器设计方案（二）

采用数字式温湿度传感器可以制作一温湿度实时显示系统，如图所示。采用AT89S52单片机作为该系统的控制单元，传感器采用DHT90，此传感器仅需要一条数据线进行数据传输，另外SCK端用于单片机与DHT90之间的通讯同步，这里采用AT89S52的P3．7与DHT90的SCK相连，用P3．6与DATA端相连，Vcc接电源，CND接地，显示模块为LCD12864。单片机采集到米自DHT90的数据，经过软件线性拟合，最终送列LCD12864上显示温湿度数据。

土壤湿度传感器设计方案（三）

振荡电路

振荡电路的作用是将电容的变化量转化为频率可变的方波。由图3可知，这是一个非对称多谐振荡器。或非门G1工作在电压传输特性的转折区，把它的输出电压直接连接到或非门G2的输入端。G2即可得到一个介于高低电平之间的静态偏置电压，从而使G2的静态工作点也处于电压传输特性转折区上。反馈环路中电容使电路在两个暂稳态之间往复振荡。

由于电容充放电的时间T为2.2RC，所以输出的方波频率：可见输出频率和电容值成反比。通过这个电路使湿度信号变为电容值，最后变为频率信号输出。

消除零点电容

需要指出的是，图3所示的湿度传感器零点电容比较大，灵敏度不够高，湿度从0%～100%RH，电容的变化量不超过30～50PF。为此，最好将零点电容消除掉，在实际设计中我们用两片CMOS4001集成电路对图3进行改造，具体见图4。

A、B、C、D四个点的波形如图5所示。由图4中U1的4个或非门组合逻辑可知：只要调整C的脉冲宽度，就可以得到D的脉冲宽度，从而可以消除零点电容，经过调制的电容变化信号也就是湿度信号。将同一封装内的门电路U2A、U2B、U2C、U2D并联使用，可以扩大CMOS门电路输出低电平时吸收负载电流的能力。

线性输出信号调理

电路湿度的脉冲信号再经过后面的二极管整流、RC积分电路，得到随温度变化的电压。由于信号比较微弱，再经过一个同向比例放大器把信号放大，最终把信号调理为0～3V的输出。

湿度变送器的设计

采用了美国BB公司生产的XTR105作为湿度变送器的芯片，把湿度传感器输入的0～3V电压转换为4～20mA的电流信号输出。其电路如图7所示。

湿度传感器输出的0～3V电压通过XTR105芯片的2和13引脚输入。调整3和4引脚间的电阻RG和RG1的值，可以改变XTR105芯片的内置仪表放大器增益值，从而选定合适的测量范围。RCM取为1KO，它提供一个附加电压降，使XTR105的输入电压限制在共模方式下的电压范围内。与RCM并联的0.01μF旁路电容用于降低共模噪声。整个装置的电压，电流传递函数为：

其中Rm=RG·RG1/（RG+RG1），VIN是VIN+（13引脚），VIN-（2引脚）两端输入电压。VREG引脚（11引脚）还专门为外部电路提供5.1V的精密电压，11引脚最大输出电流为1mA，超过1mA会影响到零输出电流。

三极管Q1是4～20mA电流回路的主要电流传导器件，用于吸收回路中的大部分电流。该器件将外部电源电流与XTR105的内部消耗严格分开。由于外接三极管位于反馈回路中，其参数不能在临界点。当电源电压低于36V时，功耗可低一些。IN4048接成的桥式电路可以保证XTR105的电源极性不反接，从而真正实现两线制。C2为去耦电容，其值是0.01μF，用于降低高频干扰。负载RL用于将传送的4～20mA的电流转换为电压，供后级处理。选择负载阻抗RL，应使得输出在4～20mA范围内变化时，引脚7和引脚8之间的电压保持在11.6V～40V的电源电压范围内。也可以由下式确定最大的RL：

所以取RL=250Ω。