本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種電容型土壤濕度傳感器。

背景技術(shù)：

目前較為流行的頻域反射法，工作頻率一般為20-150MHz，由多個(gè)電路將介電常數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為直流電壓或其它輸出形式，在工作范圍內(nèi)其輸出的直流電壓與土壤含水率直接相關(guān)。

頻域反射法主要分為兩種：①頻率固定：通過測(cè)量其標(biāo)準(zhǔn)波形的變化測(cè)定土壤含水率；②頻率不固定：將以土壤為介質(zhì)的電容放在諧振回路中，當(dāng)土壤含水率不同其發(fā)生共振的頻率不同，通過共振頻率的變化測(cè)定土壤含水率。這兩種方法其實(shí)質(zhì)仍是電容法。

市面上的一些傳感器存在誤差較大，測(cè)量范圍有限等問題，并且電容探針金屬裸露，易腐蝕，并不能適應(yīng)長期埋在土壤中使用。某些誤差較小，測(cè)量范圍大的土壤濕度傳感器價(jià)格則相對(duì)昂貴。

我們旨在設(shè)計(jì)一種性價(jià)比較高的土壤濕度傳感器，在成本較低的基礎(chǔ)上擴(kuò)大測(cè)量范圍，提高測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型提供一種性價(jià)比較高的電容型土壤濕度傳感器，在成本較低的基礎(chǔ)上擴(kuò)大測(cè)量范圍，提高測(cè)量精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：

一種電容型土壤濕度傳感器，包括殼體、設(shè)置于殼體前端的若干根電容探針和設(shè)置于殼體內(nèi)的電路；

所述電容探針包括外連接有導(dǎo)線的外部環(huán)狀電極和內(nèi)部針狀電極，所述內(nèi)部針狀電極的外周和端面、所述外部環(huán)狀電極的內(nèi)外表面、端面設(shè)置有聚酰亞胺絕緣層，所述外部環(huán)狀電極的頂部設(shè)置有絕緣封閉的絕緣蓋；

所述電路包括晶振電路、多路開關(guān)電路、隔直檢波電路、倍壓整流電路、AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理電路、串口采集電路；所述多路開關(guān)電路通過電容探針后依次與隔直檢波電路、倍壓整流電路、AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理電路、串口采集電路串聯(lián)連接，所述多路開關(guān)電路分別連接有40M晶振電路、50M晶振電路、90M晶振電路，40M晶振電路、50M晶振電路、90M晶振電路并聯(lián)連接。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述40M晶振電路、50M晶振電路、90M晶振電路為有源晶振電路。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述多路開關(guān)電路為多路的數(shù)字開關(guān)電路。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述電容探針為同軸電纜狀電容探針。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，外部環(huán)狀電極和內(nèi)部針狀電極同軸。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述外部環(huán)狀電極高度50mm，外徑16mm，厚度1mm。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述內(nèi)部針狀電極：長度50mm，直徑1mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

本實(shí)用新型的電容型土壤濕度傳感器，采用有源晶振電路產(chǎn)生高頻等幅振蕩信號(hào)，數(shù)字開關(guān)電路可完成晶振的切換。輸出的交流信號(hào)經(jīng)隔直檢波電路，輸出到倍壓整流電路，變?yōu)橐子谟^測(cè)的直流信號(hào)，單片機(jī)采集信號(hào)并處理后，通過電腦串口接收并顯示含水率值。

本實(shí)用新型的電容型土壤濕度傳感器，通過對(duì)電容探針形狀的改造，絕緣的處理，對(duì)電路的改進(jìn)，通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證及統(tǒng)計(jì)分析，達(dá)到技術(shù)效果。

上述提及的電路均為已知電路：其中

晶振電路見：《高頻電子電路》(第二版)王衛(wèi)東編著，電子工業(yè)出版社P120～127。

多路開關(guān)電路見：電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版)，康華光，鄒壽彬，秦臻P153～158。

隔直檢波電路見：《高頻電子電路》(第二版)王衛(wèi)東編著，電子工業(yè)出版社P202～210。

倍壓整流電路見：電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)，康華光，陳大欽，張林P486～494。

AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理電路：單片機(jī)自帶AD，編程實(shí)現(xiàn)。

串口采集電路：單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過USB轉(zhuǎn)TTL模塊，實(shí)現(xiàn)與電腦上位機(jī)的通信。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型的電容探針的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本新型的軟件流程圖的前半部流程的步驟示意圖；

圖4為本新型的軟件流程圖的后半部流程的步驟示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

如圖1、2所示，本實(shí)用新型的電容型土壤濕度傳感器，電容型土壤濕度傳感器，包括殼體、設(shè)置于殼體前端的若干根電容探針和設(shè)置于殼體內(nèi)的電路；

所述電容探針包括外連接有導(dǎo)線的外部環(huán)狀電極1和內(nèi)部針狀電極2，所述內(nèi)部針狀電極2的外周和端面、所述外部環(huán)狀電極1的內(nèi)外表面、端面設(shè)置有聚酰亞胺絕緣層，所述外部環(huán)狀電極1的頂部設(shè)置有絕緣封閉的絕緣蓋3；

所述電路包括晶振電路、多路開關(guān)電路、隔直檢波電路、倍壓整流電路、AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理電路、串口采集電路；所述多路開關(guān)電路通過電容探針后依次與隔直檢波電路、倍壓整流電路、AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理電路、串口采集電路串聯(lián)連接，所述多路開關(guān)電路分別連接有40M晶振電路、50M晶振電路、90M晶振電路，40M晶振電路、50M晶振電路、90M晶振電路并聯(lián)連接。

所述40M晶振電路、50M晶振電路、90M晶振電路為有源晶振電路。所述多路開關(guān)電路為多路的數(shù)字開關(guān)電路。所述電容探針為同軸電纜狀電容探針。

外部環(huán)狀電極和內(nèi)部針狀電極同軸。所述外部環(huán)狀電極高度50mm，外徑16mm，厚度1mm。所述內(nèi)部針狀電極：長度50mm，直徑1mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

本實(shí)用新型的電容型土壤濕度傳感器，采用有源晶振電路產(chǎn)生高頻等幅振蕩信號(hào)，多路開關(guān)電路可完成晶振的切換。輸出的交流信號(hào)經(jīng)隔直檢波電路，輸出到倍壓整流電路，變?yōu)橐子谟^測(cè)的直流信號(hào)，單片機(jī)采集信號(hào)并處理后，通過電腦串口接收并顯示含水率值。

本實(shí)用新型的電容型土壤濕度傳感器，通過對(duì)電容探針形狀的改造，絕緣的處理，對(duì)電路的改進(jìn)，通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證及統(tǒng)計(jì)分析，達(dá)到技術(shù)效果。

上述提及的電路均為已知電路：其中

晶振電路見：《高頻電子電路》(第二版)王衛(wèi)東編著，電子工業(yè)出版社P120～127。

多路開關(guān)電路見：電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版)，康華光，鄒壽彬，秦臻P153～158。

隔直檢波電路見：《高頻電子電路》(第二版)王衛(wèi)東編著，電子工業(yè)出版社P202～210。

倍壓整流電路見：電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)，康華光，陳大欽，張林P486～494。

AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理電路：單片機(jī)自帶AD，編程實(shí)現(xiàn)。

串口采集電路：單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過USB轉(zhuǎn)TTL模塊，實(shí)現(xiàn)與電腦上位機(jī)的通信。

其軟件流程圖如圖3和圖4所示。

本新型的電容型土壤濕度傳感器：1)精度更高，靈敏度更好，解決了高含水率范圍測(cè)量精度不高，分辨率低的問題。2)成本較低，性價(jià)比高。3)其含水率測(cè)量范圍為0-100％，總體誤差為±2％。此系統(tǒng)能實(shí)時(shí)測(cè)量土壤水分，具有分辨率高、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。4)含水率0-15％時(shí)誤差小于0.5％，含水率15％-25％時(shí)誤差小于2％，含水率25％-60％時(shí)誤差小于1％，含水率60％-100％時(shí)誤差小于2％，分段方法提高了土壤低含水率和高含水率范圍的測(cè)量精度。