土壤干湿探测器

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  本探测器可用来检测土壤干湿程度,以便确定农作物生长是否缺乏水分。该装置的优点在于它的一对探针能够准确检测土壤表层下面的湿度,而不是只靠土壤表面的情况来判断土壤的含水量。
  
  一、工作原理
  
  土壤干湿探测器的电路如图1所示。晶体三极管VT1、VT2组成简易差分放大器,其中R4为负反馈共模抑制电阻器。VT1的偏压取决于电阻器R1和土壤探针a、b所探测到的土壤电阻对电池G的分压,VT2的偏压取决于微调电位器RP对G的分压。发光二极管VD1、VD2分别为土壤湿度正常和土壤干燥指示灯。
  当土壤湿度正常时,探针a、b所检测到的土壤电阻较小。此时,通过调节微调电位器RP阻值,可使晶体三极管VT1的集电极电位高于VT2集电极电位约1.6V,于是发光二极管VD1导通发出绿光,表示土壤湿度正常。
  当土壤由湿润转为干燥时,探针a、b间检测到的土壤电阻较大,使得晶体三极管VT1导通而VT2受电阻器R4较高电压降影响而转为截止,从而使VT1集电极电位下降,VT2集电极电位上升。其结果是发光二极管VD1熄灭,VD2很快获得≥1.6V正向工作电压而导通发出红光,指示被测土壤已经干燥。急需灌水。
  
  电路中,探针a、b所检测到的土壤电阻和电阻器R1、微调电位器RP等实际上构成了一个土壤水分检测电桥,它具有检测灵敏、准确的特点;而由晶体三极管VT1、VT2所构成的差分放大器,工作状态不受电源电压变化、环境温度变化等的影响,所以尽管电路简单,但工作却稳定可靠,完全能够满足检测之要求。
  
  二、元器件选择
  
  晶体管VT1、VT2均用9014型(集电极最大允许电流ICM=0.1A,集电极最大允许功耗PCM=310mW)硅NPN小功率三极管,要求两管尽量配对、电流放大系数B>150。VD1、VD2均用φ5mm高亮度发光二极管,颜色为一绿一红。
  RP用WS-2型自锁式有机实芯微调电位器。R1~R4一律用RTX-1/8W型碳膜电阻器。SB用6mm×6mm立式微型轻触开关。G用一块6F22-9V型叠层干电池。要求配带揿钮式接线扣(可拆自同型号废干电池),以便通过引线将干电池接在电路板上。
  
  三、制作与使用
   
  图2所示为该探测器印制电路板接线图,印制电路板实际尺寸约为55mm×25mm。
  整个探测器电路参照图3所示,焊装在一个手持方便的长条形绝缘小盒内,盒子尺寸约为115mm×30mm×20mm。探针a、b可用自行车辐条加工而成,将它用小螺钉固定在电路板上(笔者用两个截掉一半塑料紧固帽的720型接线柱,效果不错),其针尖从盒子前端伸出,保证间距15mm,使用时插深10cm以上。盒体侧面为电源开关sB开出按键帽伸出孔;盒体正面为微调电位器RP开出调节孔,为发光二极管VD1、VD2开出伸出孔。为了方便使用,在面板上绿色发光二极管VDI的旁边标注上“正常”两字,表示该发光二极管点亮时,土壤湿度合乎要求;在红色发光二极管VD2的旁边标注上“缺水”两字,表示该发光二极管点亮时土壤太干燥,需要尽快灌水。检查电路焊接无误、安装正确后。便可进行调试。
  
  
  该探测器电路调试很简单:将探针a、b插入湿度合适的土壤中,按下按钮开关sB,调节微调电位器RP,使发光二极管VD1发出绿光、VD2刚好熄灭;拔出探针a、b,则发光二极管VD1熄灭、VD2发出红光即可。调节完毕,紧固微调电位器RP上的螺帽,使其阻值不随意发生改变。
  使用时,将探测器的探针a、b插入被测土壤中,按通电源开关sB,观察发光二极管发光情况;若VD1发出绿光,表示土壤湿度合乎要求;若VD2发出红光,表示土壤干燥,应及时灌水。该探测器用电很节省,实测总电流不足4mA;每换一次新干电池,一般可用一年时间。
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