專利名稱：單極板式土壤濕度自動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)自動灌溉、土壤濕度探測領(lǐng)域，具體涉及一種通過檢測土壤的濕 度來實(shí)現(xiàn)自動灌溉的系統(tǒng)
背景技術(shù)：
農(nóng)作物、花卉等生長的土壤需要具備一定的濕度環(huán)境，實(shí)施這個(gè)濕度環(huán)境的自動 控制不僅有利于減少灌溉時(shí)的勞動強(qiáng)度而且可以節(jié)約灌溉用水。在測定土壤濕度的方法 中，最直接的烘干法，這種方法雖然測定準(zhǔn)確，但采樣、烘干費(fèi)時(shí)費(fèi)事，不適用于自動化控制 中對土壤濕度的適時(shí)測量。土壤濕度的適時(shí)測量方法主要有電導(dǎo)法、熱傳導(dǎo)法、微波法、負(fù) 壓計(jì)法、中子測定法、時(shí)域反射法、電容法等。負(fù)壓計(jì)法僅能測定土壤毛細(xì)管段的含水；電導(dǎo) 法是通過測量土壤的電導(dǎo)率，間接得出土壤濕度值，由于土壤電導(dǎo)率不僅僅與土壤濕度相 關(guān)，還與土壤中的離子種類和濃度相關(guān)，因此測量受灌溉的水質(zhì)和施肥影響較大；電熱法、 微波法等在操作方法、重現(xiàn)性和使用靈活方面也有一定的局限性；中子法測量范圍寬，精度 高，但成本相對較高，具有一定的核輻射危險(xiǎn)，不適合普通農(nóng)業(yè)使用；時(shí)域反射法測量精確 但是工藝過程復(fù)雜成本高昂；普通的電容法利用了水的高介電常數(shù)特性，將被測土壤作為 電介質(zhì)，在被測土壤之間布置兩個(gè)極板，這樣只能測量極板之間的區(qū)域土壤濕度，而且都需 要在感應(yīng)極板上布置吸濕介質(zhì)，工藝過程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有的技術(shù)特點(diǎn)，本發(fā)明提供一種單極板式土壤濕度自動控制器，單極板式 土壤濕度自動控制器同時(shí)利用了不同濕度的土壤具有不同的導(dǎo)電率的特性和水的高介電 常數(shù)特性，使用簡單的材料就可以完成土壤濕度的測定。本發(fā)明由固定極板、絕緣薄膜、碳 棒、主電路、電源、電磁出水開關(guān)組成。固定極板通過表面處理，使其表面用一層絕緣薄膜塑 封，當(dāng)極板埋在被測土壤中時(shí)，極板兩側(cè)會形成一個(gè)氣隙帶，由于土壤具有一定的導(dǎo)電性， 因此氣隙帶與土壤形成另一個(gè)虛擬的極板；這個(gè)虛擬的極板通過碳棒與控制主電路相連， 構(gòu)成一個(gè)可以測量的電容；當(dāng)土壤濕度較低時(shí)，土壤的導(dǎo)電率較小，氣隙帶和土壤構(gòu)成的虛 擬極板和絕被緣材料塑封的固定極板相離較遠(yuǎn)，反映出來的電容值就??；主電路中采用定 時(shí)器和外圍電阻電容組成多諧振蕩器，將固定極板和虛擬極板形成的電容作為該振蕩器的 電容元件，用單片機(jī)的定時(shí)器計(jì)算出振蕩器的輸出信號頻率值，并與事先設(shè)定好的兩個(gè)極 限值比較，從而控制電磁出水開關(guān)何時(shí)打開向土壤供水和何時(shí)關(guān)閉停止供水，來保持所檢 測的土壤處在合適作物或花卉生長的濕度環(huán)境。


圖1是本發(fā)明的原理框2是固定極板的結(jié)構(gòu)3是主電路的結(jié)構(gòu)圖
圖中1固定極板，2絕緣薄膜，3碳棒，4主電路，5電源，6電磁出水開關(guān)，7 AT89S51單片機(jī)，8 555定時(shí)器
具體實(shí)施方案下面通過附圖來敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方案，選用一片35X25倒角為R2厚度為 0. 5mm的薄鋼片作為固定極板(1)，鋼片表面的粗糙度RaO. 8，平面度為0. 08(如圖2)。固定 極板(1)上用絕緣薄膜( 塑封，將固定極板(1)插入土壤中，用一根導(dǎo)線使固定極板(1) 與主電路(4)相接；將碳棒C3)用導(dǎo)線與主電路(4)相連，碳棒C3)另一端埋入土壤中，此 時(shí)固定極板(1)與被測土壤之間構(gòu)成一個(gè)虛擬的電容。主電路(4)(如圖3)利用555定時(shí)器⑶作為主要部件，虛擬電容作為振蕩電路 的電容元件，外接合適的電容和電阻，可以構(gòu)成多諧振蕩器，且振蕩脈沖的頻率和脈寬可以 受電容的調(diào)節(jié)。從而電路產(chǎn)生了振蕩，輸出矩形脈沖信號，用AT89S51單片機(jī)(7)計(jì)算出輸 入信號的頻率。先根據(jù)作物的生長土壤濕度環(huán)境給出需要灌溉和不需要灌溉時(shí)虛擬電容的兩個(gè) 極限值(Cl，C2)，這兩個(gè)極限值對應(yīng)主電路(3)的兩個(gè)設(shè)定好的振蕩頻率(fl，f2)，當(dāng)單極 板式土壤濕度自動控制器的主電路(3)接通電源( 時(shí)，主電路就會實(shí)時(shí)測量虛擬電容值， 在電路中形成實(shí)時(shí)振蕩頻率，實(shí)時(shí)測量的振蕩頻率與fl、f2比較，實(shí)時(shí)的測量頻率小于Π 時(shí)，則電磁出水開關(guān)(6)開啟，對土壤進(jìn)行灌溉；反之，如果實(shí)時(shí)的測量頻率大于f2時(shí)，則電 磁出水開關(guān)(6)關(guān)閉，對土壤停止灌水，控制土壤的濕度在適合植物生長的范圍內(nèi)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，巧妙地同時(shí)利用土壤的導(dǎo)電性和水的高介電常數(shù)特性，使 固定極板與土壤之間形成虛擬電容，固定極板制作工藝簡單，材料易于獲得，主電路中不需 要A/D轉(zhuǎn)換器，電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
權(quán)利要求
1.一種單極板式土壤濕度自動控制器，由固定極板(1)、絕緣薄膜O)、碳棒(3)、主電 路、電源(5)、電磁出水開關(guān)(7)組成。其特征在于固定極板⑴用絕緣薄膜(2)塑 封，并與主電路(4)通過導(dǎo)線相連，碳棒(3) —端埋與土壤中，另一端用導(dǎo)線與主電路(4) 相連，同時(shí)利用土壤的導(dǎo)電性和水的高介電常數(shù)特性此時(shí)固定極板(1)與被測土壤之間構(gòu) 成一個(gè)虛擬的電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極板式土壤濕度自動控制器，其特征在于固定極板(1) 為一片35X25、倒角為R2厚度為0. 5mm的薄鋼片，鋼片表面的粗糙度RaO. 8，平面度為 0. 08。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極板式土壤濕度自動控制器，其特征在于主電路(4)為 555定時(shí)器(8)和AT89S51單片機(jī)(7)組成的振蕩頻率測量電路，用電路中實(shí)時(shí)測量的振蕩 頻率與事先設(shè)定好的兩個(gè)極限頻率比較來控制電磁出水開關(guān)(7)的開閉。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單極板式土壤濕度自動控制器，本發(fā)明包括固定極板、絕緣薄膜、碳棒、主電路、電源、電磁出水開關(guān)組成，單極板式土壤濕度自動控制器同時(shí)利用土壤的導(dǎo)電性和水的高介電常數(shù)特性，通過碳棒使主電路與被測土壤相連，從而使固定極板與土壤之間形成虛擬電容，主電路通過振蕩電路來比較頻率，通過比較判斷來控制電磁出水開關(guān)的開閉，從而保持土壤處在一定的濕度范圍，工藝簡單、可大批量生產(chǎn)、成本低廉，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)自動灌溉、花卉養(yǎng)植等領(lǐng)域。
文檔編號G05D22/02GK102100168SQ20091026119
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月19日
發(fā)明者卓學(xué) 申請人:卓學(xué)