一种基于振荡回路的土壤湿度传感器及其工作方法与流程

技术特征：

1.一种基于振荡回路的土壤湿度传感器，其特征在于，包括平行板电容器(1)、电感(L1)、振荡模块(2)、计数模块(3)和处理模块(4)，其中，所述平行板电容器(1)包括两电极板(101)和固定连接两电极板(101)的绝缘件，同时使两电极板(101)相互平行，并分别作为所述平行板电容器(1)的两极；

所述平行板电容器(1)的两极与所述电感(L1)并联构成一个振荡回路，并使所述振荡回路依次串联所述振荡模块(2)、所述计数模块(3)和所述处理模块(4)。

2.如权利要求1所述的一种基于振荡回路的土壤湿度传感器，其特征在于，所述振荡模块(2)包括型号为MC100EL1648D的压控振荡器放大器、第一电容(C1)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第一电阻(R1)和第三电阻(R3)；

所述压控振荡器放大器的第八引脚(BIAS)连接所述第三电阻(R3)的一端，所述第三电阻(R3)的另一端与所述压控振荡器放大器的第一引脚(TANK)之间并联所述振荡回路；

所述压控振荡器放大器的第二引脚(VCC1)和第三引脚(VCC2)相连，然后分别连接接地的所述第八电容(C8)和接地的所述第九电容(C9)；

所述压控振荡器放大器的第五引脚(AGC)和第七引脚(VEE2)相连，然后连接接地的所述第一电容(C1)，同时依次串联所述第一电阻(R1)和直流电源(VCC)；

所述压控振荡器放大器的第六引脚(VEE1)接地，所述压控振荡器放大器的第四引脚(OUT)作为所述振荡模块(2)的输出端。

3.如权利要求1所述的一种基于振荡回路的土壤湿度传感器，其特征在于，所述计数模块(3)包括型号为MC74HC4040AD的12级二机制纹波计数器、第四电阻(R4)和第七电阻(R7)；

所述12级二机制纹波计数器的第十引脚(CLOCK)作为所述计数模块(3)的输入端，并分别连接所述第四电阻(R4)的一端和所述第七电阻(R7)的一端，所述第四电阻(R4)的另一端和所述12级二机制纹波计数器的第十六引脚(VCC1)分别连接直流电源(VCC)，所述第七电阻(R7)的另一端接地；

所述12级二机制纹波计数器的第八引脚(GND)接地，所述12级二机制纹波计数器的第十一引脚(RESET)连接所述处理模块(4)的控制输出端，所述12级二机制纹波计数器的12个输出引脚(Q1～Q12)作为所述计数模块(3)的输出端。

4.如权利要求1所述的一种基于振荡回路的土壤湿度传感器，其特征在于，所述处理模块(4)包括型号为STM8L151C8T6-48的单片机芯片、第三电容(C3)和第五电阻(R5)；

所述单片机芯片的第二引脚(PA1/NRST)作为所述处理模块(4)的控制输出端，并分别连接所述第三电容(C3)的一端和所述第五电阻(R5)的一端，所述第五电阻(R5)的另一端连接直流电源(VCC)，所述第三电容(C3)的另一端接地。

5.如权利要求1所述的一种基于振荡回路的土壤湿度传感器，其特征在于，在所述振荡模块(2)与所述计数模块(3)之间串联有预分频模块(5)。

6.如权利要求5所述的一种基于振荡回路的土壤湿度传感器，其特征在于，在所述振荡模块(2)与所述预分频模块(5)之间或在所述预分频模块(5)与所述计数模块(3)之间串联有隔直电容。

7.如权利要求5所述的一种基于振荡回路的土壤湿度传感器，其特征在于，所述预分频模块(5)采用型号为MC12080D的预分配器。

8.如权利要求1所述的一种基于振荡回路的土壤湿度传感器，其特征在于，在所述电极板(101)的外表面设有镀锌层。

9.一种如权利要求1至8任意一项所述的基于振荡回路的土壤湿度传感器的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101.将平行板电容器插入到待测土壤中；

S102.启动振荡模块，对振荡回路进行激励，产生振荡信号；

S103.将所述振荡信号导入计数模块，通过计数模块的计数，获取所述振荡信号的频率测量值f；

S104.处理模块获取所述频率测量值f，并从本地读取平行板电容器的电极板面积S和板间距离d，然后按照如下公式计算待测土壤的介电常数ε：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{d}{{\mathrm{\ϵ}}_{0}SL{\left(2\mathrm{\π}f\right)}^2}$

式中，ε₀为真空介电常数，L为振荡回路中电感的电感值；

S105.按照如下公式计算待测土壤的湿度值

然后输出所述湿度值

10.如权利要求9所述的一种基于振荡回路的土壤湿度传感器的工作方法，其特征在于，当在所述振荡模块与所述计数模块之间串联有预分频模块时，则按照如下公式按照如下公式计算待测土壤的介电常数ε：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{d}{{\mathrm{\ϵ}}_{0}SL{\left(2\mathrm{\π}\mathrm{\λ}f\right)}^2}$

式中，ε₀为真空介电常数，L为振荡回路中电感的电感值，λ为预分频模块的预分频比。