Датчики влажности почвы

Датчик влажности почвы собран на микроконтроллере ATMega48 (DD1). Тактируется микроконтроллер кварцевым резонатором частотой 11,0592 МГц (QZ1). Конденсаторы С6, С7 являются фильтром напряжения питания цифровой части, а конденсаторы С14, С15, дроссель L1 и резистор R9 – аналоговой части микроконтроллера. Резистор R6 подтягивает вход reset микроконтроллера к напряжению питания, конденсатор C10 обеспечивает небольшую задержку запуска микроконтроллера при подаче напряжения питания.

Для обмена данными по сети, используется модуль USART микроконтроллера. Он подключается к сети через приемопередатчик ST485B (DA2). Резистор R1 подтягивает вход RX к напряжению питания, чтобы во время работы приемопередатчика RS-485 на передачу, обеспечить уровень стопового бита на входе приемника модуля USART. Резистор R2 обеспечивает включение приемопередатчика на прием при запуске микроконтроллера. Конденсаторы С4 и С5 являются фильтром напряжения питания. Для индикации состояния обмена по сети предусмотрены три светодиода HL1..HL3 (ошибка обмена, передача данных, прием данных). Резисторы R3..R5 ограничивают ток через них.

Все устройства в сети, в зависимости от типа, имеют код устройства, который передается в ответ на запрос контроллера. Датчик влажности почвы имеет код 0xCD.

Подключение к шине производится кабелем «витая пара». Вместе с данными сети, по кабелю подается напряжение питания. Питается схема от интегрального стабилизатора L7805 (DA1). Диод VD1 защищает схему при неправильном подключении напряжения питания.

Элементы R7, C11, C12, R8 являются формирующей и измерительной цепью датчика.

Работает датчик следующим образом.

При включении питания, вывод 24 (PC1) настраивается как вход с высокоимпедансным состоянием, а вывод 23 (PC0) настраиваются как выходы с уровнем логического нуля. При этом конденсаторы С11 и С12 полностью разряжаются.

Затем на выходе PC1 формируется импульсы с периодом 5 мсек. Через резистор R7 и конденсатор С11, конденсатор С12 заряжается до напряжения примерно 3,5В.

По окончанию формирования импульсов, вывод PC1 настраивается на вход с высокоимпедансным состоянием. Конденсатор С12 начинает разряжаться через левый электрод датчика, сопротивление почвы и правый электрод датчика, подключенный к общему проводу. Поскольку оба вывода микроконтроллера находятся в высокоимпедансном состоянии, они не оказывают влияния на время разряда конденсатора.

Через 15 мсек запускается АЦП микроконтроллера, который через резистор R8 измеряет остаточное напряжение на конденсаторе С12. Напряжение на конденсаторе зависит от сопротивления почвы, которое в свою очередь зависит от содержания в ней влажности.

По окончанию преобразования данные АЦП сохраняются в промежуточную переменную, выход PC1 настраивается как выход с уровнем логического нуля и происходит полный разряд конденсаторов С11 и С12.

По истечению 20 мсек повторяется процесс формирования импульсов накачки заряда конденсатора С12.

Всего происходит 10 циклов измерения. Данные усредняются и по окончанию измерения сохраняются в буфер передачи модуля USART. Программно введено преобразование данных измерения в BCD формат. Измерения происходят каждые 30 секунд.

Поскольку на электродах датчика действует переменное напряжение, электроды не поляризуются.

Резистором R8 датчик настраивается на показания 99% при опущенных в воду электродах.

Конструктивно датчик выполнен в герметизированном пластиковом корпусе. Электроды из нержавеющей стали прижаты к печатной плате винтами. Со стороны печатных проводников под винтами крепления электродов датчиков предусмотрены контактные площадки в виде пятачков.

Ниже приведен чертеж печатной платы датчика влажности почвы.