土壤干湿探测器

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。