[发明专利]单极板式土壤湿度自动控制器

说明书

技术领域：

本发明涉及农业自动灌溉、土壤湿度探测领域，具体涉及一种通过检测土壤的湿度来实现自动灌溉的系统

背景技术：

农作物、花卉等生长的土壤需要具备一定的湿度环境，实施这个湿度环境的自动控制不仅有利于减少灌溉时的劳动强度而且可以节约灌溉用水。在测定土壤湿度的方法中，最直接的烘干法，这种方法虽然测定准确，但采样、烘干费时费事，不适用于自动化控制中对土壤湿度的适时测量。土壤湿度的适时测量方法主要有：电导法、热传导法、微波法、负压计法、中子测定法、时域反射法、电容法等。负压计法仅能测定土壤毛细管段的含水；电导法是通过测量土壤的电导率，间接得出土壤湿度值，由于土壤电导率不仅仅与土壤湿度相关，还与土壤中的离子种类和浓度相关，因此测量受灌溉的水质和施肥影响较大；电热法、微波法等在操作方法、重现性和使用灵活方面也有一定的局限性；中子法测量范围宽，精度高，但成本相对较高，具有一定的核辐射危险，不适合普通农业使用；时域反射法测量精确但是工艺过程复杂成本高昂；普通的电容法利用了水的高介电常数特性，将被测土壤作为电介质，在被测土壤之间布置两个极板，这样只能测量极板之间的区域土壤湿度，而且都需要在感应极板上布置吸湿介质，工艺过程复杂。

发明内容：

针对现有的技术特点，本发明提供一种单极板式土壤湿度自动控制器，单极板式土壤湿度自动控制器同时利用了不同湿度的土壤具有不同的导电率的特性和水的高介电常数特性，使用简单的材料就可以完成土壤湿度的测定。本发明由固定极板、绝缘薄膜、碳棒、主电路、电源、电磁出水开关组成。固定极板通过表面处理，使其表面用一层绝缘薄膜塑封，当极板埋在被测土壤中时，极板两侧会形成一个气隙带，由于土壤具有一定的导电性，因此气隙带与土壤形成另一个虚拟的极板；这个虚拟的极板通过碳棒与控制主电路相连，构成一个可以测量的电容；当土壤湿度较低时，土壤的导电率较小，气隙带和土壤构成的虚拟极板和绝被缘材料塑封的固定极板相离较远，反映出来的电容值就小；主电路中采用定时器和外围电阻电容组成多谐振荡器，将固定极板和虚拟极板形成的电容作为该振荡器的电容元件，用单片机的定时器计算出振荡器的输出信号频率值，并与事先设定好的两个极限值比较，从而控制电磁出水开关何时打开向土壤供水和何时关闭停止供水，来保持所检测的土壤处在合适作物或花卉生长的湿度环境。

附图说明：

图1是本发明的原理框图

图2是固定极板的结构图

图3是主电路的结构图

图中：1固定极板，2绝缘薄膜，3碳棒，4主电路，5电源，6电磁出水开关，7 AT89S51单片机，8 555定时器

具体实施方案：

下面通过附图来叙述本发明的具体实施方案，选用一片35×25倒角为R2厚度为0.5mm的薄钢片作为固定极板(1)，钢片表面的粗糙度Ra0.8，平面度为0.08(如图2)。固定极板(1)上用绝缘薄膜(2)塑封，将固定极板(1)插入土壤中，用一根导线使固定极板(1)与主电路(4)相接；将碳棒(3)用导线与主电路(4)相连，碳棒(3)另一端埋入土壤中，此时固定极板(1)与被测土壤之间构成一个虚拟的电容。

主电路(4)(如图3)利用555定时器(8)作为主要部件，虚拟电容作为振荡电路的电容元件，外接合适的电容和电阻，可以构成多谐振荡器，且振荡脉冲的频率和脉宽可以受电容的调节。从而电路产生了振荡，输出矩形脉冲信号，用AT89S51单片机(7)计算出输入信号的频率。

先根据作物的生长土壤湿度环境给出需要灌溉和不需要灌溉时虚拟电容的两个极限值(c1，c2)，这两个极限值对应主电路(3)的两个设定好的振荡频率(f1，f2)，当单极板式土壤湿度自动控制器的主电路(3)接通电源(5)时，主电路就会实时测量虚拟电容值，在电路中形成实时振荡频率，实时测量的振荡频率与f1、f2比较，实时的测量频率小于f1时，则电磁出水开关(6)开启，对土壤进行灌溉；反之，如果实时的测量频率大于f2时，则电磁出水开关(6)关闭，对土壤停止灌水，控制土壤的湿度在适合植物生长的范围内。

本发明具有结构简单，巧妙地同时利用土壤的导电性和水的高介电常数特性，使固定极板与土壤之间形成虚拟电容，固定极板制作工艺简单，材料易于获得，主电路中不需要A/D转换器，电路结构简单，成本低廉。