基于电源降噪电路的信号放大式自动浇灌系统的制作方法

本发明涉及一种控制系统，具体是指一种基于电源降噪电路的信号放大式自动浇灌系统。

背景技术：

无花果富含多种氨基酸、有机酸、镁、锰、铜及维生素等营养成分，深受人们的喜爱。无花果生长于温暖湿润的环境，因此无花果的种植需要对土壤的湿度进行控制，使其能够更好的生长。目前大棚种植无花果时通常采用浇灌系统自动对无花果进行浇灌，该浇灌系统采用插入土壤中的探针对土壤湿度进行监测，当土壤湿度不够时则自动启动水泵对土壤进行浇灌，其可以节省大量的人力。然而，目前采用的浇灌系统还是存在很大的问题，即由于浇水速度比渗水速度快，当探针检测到土壤湿度足够时，土壤的表面已经有大量的积水，这样则导致浇水过多，影响无花果的生长。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服目前采用的浇灌系统容易出现浇水过多的缺陷，提供一种基于电源降噪电路的信号放大式自动浇灌系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：基于电源降噪电路的信号放大式自动浇灌系统，主要由探针g1，探针g2，水泵m，处理芯片u4，正极与处理芯片u4的cont管脚相连接、负极接地的电容c7，正极与处理芯片u4的thre管脚相连接、负极与处理芯片u4的tri管脚相连接的同时接地的电容c8，p极与电容c8的负极相连接、n极经电位器r7后与处理芯片u4的re管脚相连接的二极管d4，与处理芯片u4的out管脚相连接的触发电路，与处理芯片u4的re管脚相连接的高频干扰消除电路，与触发电路相连接的电源降噪电路和两级放大电路，以及同时与电源降噪电路和触发电路相连接的电源电路组成；所述处理芯片u4的vcc管脚同时与其re管脚和高频干扰消除电路相连接、其dis管脚与电位器r7的控制端相连接、其gnd管脚接地、其thre管脚与二极管d4的n极相连接；所述电容c8的正极与处理芯片u4的re管脚相连接；所述探针g1与触发电路相连接，探针g2则与两级放大电路相连接；所述水泵m与电源电路相连接；所述高频干扰消除电路与电源电路相连接。

所述电源降噪电路包括放大器p101，电容c103，一端与放大器p101的正极相连接、另一端与电源电路相连接的电阻r101，正极与放大器p101的正极相连接、负极接地的电容c101，负极接地、正极顺次经电阻r103和电阻r102后与放大器p101的输出端相连接的电容c102，负极接地、正极与电容c103的负极相连接的电容c104，正极与电容c103的负极相连接、负极经电阻r106后与触发电路相连接的电容c106，负极接地、正极经电阻r104后与放大器p101的输出端相连接的电容c105，以及串接在电容c105的正极和电容c106的负极之间的电阻r105；所述放大器p101的负极与电阻r102和电阻r103的连接点相连接，其输出端则与电容c103的正极相连接。

所述两级放大电路由放大器p3，放大器p4，三极管vt4，负极与放大器p3的负极相连接、正极与探针g2相连接的电容c16，串接在放大器p3的正极和输出端之间的电阻r14，p极接地、n极经电阻r13后与放大器p3的负极相连接的二极管d7，正极与二极管d7的n极相连接、负极经电阻r15后与放大器p3的输出端相连接的电容c17，p极与放大器p3的输出端相连接、n极与三极管vt4的基极相连接的二极管d8，一端与三极管vt4的集电极相连接、另一端接地的电阻r16，p极接地、n极与三极管vt4的发射极相连接的二极管d9，正极与放大器p4的正极相连接、负极与放大器p4的输出端相连接的电容c18，与电容c18相并联的电阻r17，以及正极与放大器p4的输出端相连接、负极与触发电路相连接的电容c19组成；所述三极管vt4的发射极与放大器p4的负极相连接。

所述高频干扰消除电路由放大器p1，放大器p2，三极管vt3，负极经电阻r11后与放大器p1的正极相连接、正极与电源电路相连接的电容c12，正极与电容c12的负极相连接、负极与放大器p1的输出端相连接的电容c13，一端与电容c12的负极相连接、另一端接地的电阻r10，正极与三极管vt3的发射极相连接、负极接地的电容c14，p极与三极管vt3的集电极相连接、n极与放大器p2的正极相连接的二极管d6，串接在放大器p2的正极和输出端之间的电阻r12，以及正极与放大器p2的负极相连接、负极与放大器p2的输出端相连接的电容c15组成；所述三极管vt3的基极与放大器p1的负极相连接的同时接地、其集电极与放大器p1的输出端相连接；所述放大器p2的输出端与处理芯片u4的re管脚相连接。

所述电源电路由变压器t，二极管整流器u1，三端稳压器u2，三端稳压器u3，正极与二极管整流器u1的负极输出端相连接、负极接地的电容c1，串接在二极管整流器u1的负极输出端和三端稳压器u2的in管脚之间的电阻r1，n极与三端稳压器u2的in管脚相连接、p极与三端稳压器u2的out管脚相连接的二极管d1，正极与二极管d1的p极相连接、负极接地的电容c2，n极与三端稳压器u3的in管脚相连接、p极与三端稳压器u3的out管脚相连接的二极管d2，以及正极与二极管d2的p极相连接、负极接地的电容c3组成；所述三端稳压器u2的gnd管脚和三端稳压器u3的gnd管脚均接地；所述电容c2的负极经电阻r101后与放大器p101的正极相连接；所述三端稳压器u3的in管脚与电容c1的正极相连接；所述电容c3的负极与电容c12的正极相连接；所述二极管整流器u1的输入端同时与变压器t的副边电感线圈的同名端和非同名端相连接；所述变压器t的原边电感线圈的同名端和非同名端则形成电源输入端。

所述触发电路由放大器p，与非门a1，与非门a2，与非门a3，与非门a4，三极管vt1，三极管vt2，正极与电容c19的负极相连接、负极与放大器p的负极相连接的电容c4，一端与探针g1相连接、另一端经电阻r106后与电容c106的负极相连接的电位器r5，负极经电阻r6后与与非门a2的输出端相连接、正极接地的电容c5，一端与探针g1相连接、另一端经电阻r3后与电容c5的正极相连接的电阻r2，串接在放大器p的正极和输出端之间的电阻r4，正极经电阻r106后与电容c106的负极相连接、负极与与非门a1的输出端相连接的电容c6，p极与顺次经电容c10和电阻r8后与与非门a4的输出端相连接、n极与三极管vt2的基极相连接的二极管d3，正极与与非门a3的输出端相连接、负极与与非门a4的正极相连接的电容c9，正极与电容c3的负极相连接、负极经电阻r9后与三极管vt1的集电极相连接的电容c11，n极与三极管vt2的发射极相连接、p极与三极管vt1的发射极相连接的同时接地的二极管d5，以及与二极管d5相并联的继电器k组成；所述三极管vt2的集电极与电容c3的负极相连接；所述与非门a4的负极与其正极相连接、其输出端则与三极管vt1的基极相连接；所述与非门a3的负极与处理芯片u的out管脚相连接，其正极与与非门a2的输出端相连接；所述与非门a2的正极与其负极相连接；所述与非门a1的输出端与与非门a2的正极相连接、其正极与其负极相连接；所述放大器p的正极与电阻r2和电阻r3的连接点相连接、其输出端与与非门a1的正极相连接；所述电位器r5的控制端与电容c2的负极相连接；所述变压器t的原边电线线圈的同名端经继电器k的常开触点k-1后与其非同名端共同形成负载输出端并与水泵m相连接。

所述处理芯片u4为ne555集成芯片，所述三端稳压器u2和三端稳压器u3均为lm317集成芯片。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明具有定时启动功能，可预先设定浇灌时间和停止时间，当探针检测到土壤湿度不达标时自行启动水泵进行浇灌，浇灌时间结束后水泵自动停止浇灌并进入停止时间段，在该停止时间段内水将持续渗入土壤深处，在该停止时间段内即使探针检测到的土壤湿度不达标也不会启动水泵，从而可防止水泵浇水过多的情况发生；停止时间完成后，若探针检测到土壤湿度还不够，则再次启动水泵浇灌；若探针检测到土壤湿度足够则不需要启动水泵，直到探针检测到的土壤湿度不够时再次启动水泵；如此循环则可以有效的对无花果进行浇灌，既能保证无花果生长的土壤湿度最为合适，又能避免出现浇水过多的现象。

(2)本发明可以过滤市电生产的高频干扰，从而使本发明运行更加稳定。

(3)本发明通过两级放大电路对测定信号进行放大，从而使提高本发明的灵敏度。

(4)本发明通过电源降噪电路对波纹电压进行抑制，防止波纹电压对系统造成损坏。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明的高频干扰消除电路的结构图。

图3为本发明的两级放大电路的结构图。

图4为本发明的电源降噪电路的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明主要由探针g1，探针g2，水泵m，处理芯片u4，正极与处理芯片u4的cont管脚相连接、负极接地的电容c7，正极与处理芯片u4的thre管脚相连接、负极与处理芯片u4的tri管脚相连接的同时接地的电容c8，p极与电容c8的负极相连接、n极经电位器r7后与处理芯片u4的re管脚相连接的二极管d4，与处理芯片u4的out管脚相连接的触发电路，与处理芯片u4的re管脚相连接的高频干扰消除电路，与触发电路相连接的电源降噪电路和两级放大电路，以及同时与电源降噪电路和触发电路相连接的电源电路组成；所述处理芯片u4的vcc管脚同时与其re管脚和高频干扰消除电路相连接、其dis管脚与电位器r7的控制端相连接、其gnd管脚接地、其thre管脚与二极管d4的n极相连接；所述电容c8的正极与处理芯片u4的re管脚相连接；所述探针g1与触发电路相连接，探针g2则与两级放大电路相连接；所述水泵m与电源电路相连接；所述高频干扰消除电路与电源电路相连接。

该探针g1和探针g2需插入土壤中，并且探针g1和探针g2之间的距离需固定，在本实施例中探针g1和探针g2的距离设置为5cm；该探针g1和探针g2均采用导电良好的铝合金探针，并且探针除了尖端露出导体之外，其他部分都要用绝缘体与土壤隔绝。该处理芯片u4，电容c7，二极管d4，电容c8以及电位器r7则组成一个多谐振荡器，通过多谐振荡器的自激振荡原理，可以得到不同占空比的矩形脉冲，通过输出脉冲的高低及时间周期来定时启动水泵。为了更好的实施本发明，该处理芯片u4优选ne555集成芯片来实现，该电位器r7的最大阻值为10kω，电容c7的容值为0.03μf，电容c8的容值为1000μf，二极管d4采用1n4001型二极管来实现。

其中，所述电源电路由变压器t，二极管整流器u1，三端稳压器u2，三端稳压器u3，电阻r1，电容c1，电容c2，电容c3，二极管d1以及二极管d2组成。

连接时，电容c1的正极与二极管整流器u1的负极输出端相连接，负极接地。电阻r1串接在二极管整流器u1的负极输出端和三端稳压器u2的in管脚之间。二极管d1的n极与三端稳压器u2的in管脚相连接，p极与三端稳压器u2的out管脚相连接。电容c2的正极与二极管d1的p极相连接，负极接地。二极管d2的n极与三端稳压器u3的in管脚相连接，p极与三端稳压器u3的out管脚相连接。电容c3的正极与二极管d2的p极相连接，负极接地。

所述三端稳压器u2的gnd管脚和三端稳压器u3的gnd管脚均接地。所述电容c2的负极与电源降噪电路相连接。所述三端稳压器u3的in管脚与电容c1的正极相连接。所述电容c3的负极与高频干扰消除电路相连接。所述二极管整流器u1的输入端同时与变压器t的副边电感线圈的同名端和非同名端相连接。所述变压器t的原边电感线圈的同名端和非同名端则形成电源输入端并与市电相连接。

该变压器t对220v市电进行变压后由二极管整流器u1整流为直流电。该电容c1为滤波电容，该电容c1对残留的交流信号进行过滤，使直流电更加平顺。该三端稳压器u2和三端稳压器u3则可以使直流电更加稳定，该二极管d1和二极管d2为保护二极管，其可以防止输入短路而损坏三端稳压器u2和三端稳压器u3。为了更好的实现本发明，该三端稳压器u2和三端稳压器u3均采用lm317集成芯片来实现，而变压器t采用5～low、二次电压为15v的电源变压器，该二极管整流器u1则由4个1n5401型硅整流二极管所构成，电阻r1的阻值设定为5kω，电容c1的容值为200μf，电容c2和电容c3的容值则均为50μf。

如图4所示，该电源降噪电路包括放大器p101，电容c103，一端与放大器p101的正极相连接、另一端与电容c2的负极相连接的电阻r101，正极与放大器p101的正极相连接、负极接地的电容c101，负极接地、正极顺次经电阻r103和电阻r102后与放大器p101的输出端相连接的电容c102，负极接地、正极与电容c103的负极相连接的电容c104，正极与电容c103的负极相连接、负极经电阻r106后与触发电路相连接的电容c106，负极接地、正极经电阻r104后与放大器p101的输出端相连接的电容c105，以及串接在电容c105的正极和电容c106的负极之间的电阻r105；所述放大器p101的负极与电阻r102和电阻r103的连接点相连接，其输出端则与电容c103的正极相连接。

具体的，该电阻r101和电容c101形成一个rc滤波电路，其进一步的对电压进行滤波处理。该电阻r104，电阻r105，电容c105，电容c103，电容c106以及电容c104则形成一个谐波消除器，该谐波消除器可以消除电压中的谐波，防止电路出现浪涌电压而损坏。在运行时，电压经电阻r101后输入到放大器p101，从放大器p101输出的电压输入到谐波消除器，经谐波消除器处理后的电压经电阻r106后输出给触发电路。在本实施例中，该放大器p101的型号为lm102，该电阻r101的阻值为16kω，电阻r102和电阻r103的阻值均为5kω，该电阻r104和电阻r105的阻值均为3kω，电阻r106的阻值则为22kω，电容c101的容值为0.1μf，电容c102的容值为10μf，电容c105和电容c104的容值均为15μf，电容c103和电容c106的容值均为22μf。

所述触发电路由放大器p，与非门a1，与非门a2，与非门a3，与非门a4，三极管vt1，三极管vt2，电阻r2，电阻r3，电阻r4，电位器r5，电阻r6，电阻r8，电阻r9，二极管d3，二极管d5，电容c4，电容c5，电容c6，电容c9，电容c10，电容c11以及继电器k组成。

连接时，电容c4的正极与两级放大电路相连接，负极与放大器p的负极相连接。电位器r5的一端与探针g1相连接、另一端经电阻r106后与电容c106的负极相连接。电容c5的负极经电阻r6后与与非门a2的输出端相连接，正极接地。电阻r2的一端与探针g1相连接，另一端经电阻r3后与电容c5的正极相连接。电阻r4串接在放大器p的正极和输出端之间。电容c6的正极经电阻r106后与电容c106的负极相连接，负极与与非门a1的输出端相连接。二极管d3的p极顺次经电容c10和电阻r8后与与非门a4的输出端相连接，n极与三极管vt2的基极相连接。电容c9的正极与与非门a3的输出端相连接，负极与与非门a4的正极相连接。电容c11的正极与电容c3的负极相连接，负极经电阻r9后与三极管vt1的集电极相连接。二极管d5的n极与三极管vt2的发射极相连接，p极与三极管vt1的发射极相连接的同时接地。继电器k与二极管d5相并联。

所述三极管vt2的集电极与电容c3的负极相连接。所述与非门a4的负极与其正极相连接，其输出端则与三极管vt1的基极相连接。所述与非门a3的负极与处理芯片u的out管脚相连接，其正极与与非门a2的输出端相连接。所述与非门a2的正极与其负极相连接。所述与非门a1的输出端与与非门a2的正极相连接，其正极与其负极相连接。所述放大器p的正极与电阻r2和电阻r3的连接点相连接，其输出端与与非门a1的正极相连接。所述电位器r5的控制端与电容c2的负极相连接。所述变压器t的原边电线线圈的同名端经继电器k的常开触点k-1后与其非同名端共同形成负载输出端并与水泵m相连接。

其中，该放大器p，电容c4以及电阻r4组成电压比较器，该电压比较器对探针g1和探针g2给出的测量值进行处理，从而输出一个控制信号。该与非门a1，与非门a2，电容c6，电位器r5，电阻r6以及电容c5则形成一个施密特触发器。该与非门a3，与非门a4，以及电容c9则形成一个单稳态触发器。三极管vt1，三极管vt2，二极管d5以及继电器k则为开关电路。该施密特触发器和单稳态触发器根据探针g1和探针g2给定的测量值，并结合多谐振荡器输出的脉冲信号来导通或截止开关电路，从而实现对水泵进行控制。为了更好的实施本发明，该放大器p的型号为lt1112。电阻r2、电阻r3、电阻r4以及电阻r6的阻值均为5kω，电阻r8和电阻r9的阻值均为8kω，该电位器的最大阻值为100kω，电容c4、电容c5、电容c6、电容c9、电容c10以及电容c11均采用耐压值为25v的铝电解电容，二极管d3和二极管d5均为1n4001型二极管，继电器k的型号为my218，三极管vt1则为bc547型三极管，三极管vt2则为bc557b型三极管。

如图2所示，该高频干扰消除电路由放大器p1，放大器p2，三极管vt3，电阻r10，电阻r11，电阻r12，电容c12，电容c13，电容c14，电容c15以及二极管d6组成。

连接时，电容c12的负极经电阻r11后与放大器p1的正极相连接，正极与电容c3的负极相连接。电容c13的正极与电容c12的负极相连接，负极与放大器p1的输出端相连接。电阻r10的一端与电容c12的负极相连接，另一端接地。电容c14的正极与三极管vt3的发射极相连接，负极接地。二极管d6的p极与三极管vt3的集电极相连接，n极与放大器p2的正极相连接。电阻r12串接在放大器p2的正极和输出端之间。电容c15的正极与放大器p2的负极相连接，负极与放大器p2的输出端相连接。所述三极管vt3的基极与放大器p1的负极相连接的同时接地，其集电极与放大器p1的输出端相连接。所述放大器p2的输出端与处理芯片u4的re管脚相连接。

其中，放大器p1，三极管vt3，电阻r11，电容c13以及电容c13组成第一滤波器。放大器p2，电容c15以及电阻r12则组成第二滤波器。通过两级滤波的方式使高频干扰过滤更加彻底，通过消除高频干扰可以使电源电路输出的电压更加稳定，从而提高本发明运行的稳定性。该放大器p1和放大器p2均采用sf356型放大器，电阻r10的阻值为1kω，电阻r11和电阻r12的阻值则均为5kω，二极管d6为1n4001型二极管，电容c12、电容c13、电容c14以及电容c15的容值为50μf，三极管vt3为bc547型三极管。

如图3所示，该两级放大器电路由放大器p3，放大器p4，三极管vt4，电阻r13，电阻r14，电阻r15，电阻r16，电阻r17，电容c16，电容c17，电容c18，电容c19，二极管d7，二极管d8以及二极管d9组成。

连接时，电容c16的负极与放大器p3的负极相连接，正极与探针g2相连接。电阻r14串接在放大器p3的正极和输出端之间。二极管d7的p极接地，n极经电阻r13后与放大器p3的负极相连接。电容c17的正极与二极管d7的n极相连接，负极经电阻r15后与放大器p3的输出端相连接。二极管d8的p极与放大器p3的输出端相连接，n极与三极管vt4的基极相连接。电阻r16的一端与三极管vt4的集电极相连接，另一端接地。二极管d9的p极接地，n极与三极管vt4的发射极相连接。电容c18的正极与放大器p4的正极相连接，负极与放大器p4的输出端相连接。电阻r17与电容c18相并联。电容c19的正极与放大器p4的输出端相连接，负极与电容c4的正极相连接。所述三极管vt4的发射极与放大器p4的负极相连接。

该放大器p3，电阻r14，电阻r15，电阻r16以及电阻r13组成第一级放大器。三极管vt4，放大器p4，电阻r17以及电容c18则组成第二级放大器。探针测定到的信号级过第一级放大器放大处理后再输入第二级放大器，由第二级放大器进一步的放大。由于信号进行了放大，所述触发电路可以更好的识别信号，从而提高本发明的灵敏度。为了更好的实现本发明，该放大器p3和放大器p4均采用op07d型放大器，电阻r13和电阻r15的阻值为5kω，电阻r14、电阻r16以及电阻r17的阻值则为8kω，二极管d7、二极管d8以及二极管d9均为1n4001型二极管，电容c16和电容c19的容值为1μf，电容c17和电容c18的容值则为0.05μf，该三极管vt4为3dg6型三极管。

当通电后该多谐振荡器开始起振，刚开始通电时处理芯片u4的thre管脚的起始电平为低电平，这时处理芯片u4置位，其out管脚为高电平，电容c8开始充电；当电容c8上的电压达到阈值电平2/3时，处理芯片u4复位其out管脚输出低电平，电容c8开始放电；即该多谐振荡器会交替输出高电平和低电平。

与此同时，探针g1和探针g2也对土壤的湿度进行测定，并给出一定的测量值输出给电压比较器，电压比较器则输出相应的信号给施密特触发器。当土壤的湿度不够时，探针g1和探针g2之间的阻值很大，其给出的测定值大于电位器r5所设定的值，这时电压比较器输出高电平。当土壤湿度足够时，探针g1和探针g2之间的阻值变小，其给出的测定值小于电位器r5所设定的值，这时电压比较器输出低电平。

当多谐振荡器和电压比较器均输出高电平时，即为土壤湿度不够时，与非门a4输出高电平，开关电路导通，继电器k得电其常开触点闭合，水泵开始抽水，抽水时间由电容c8的充电时间来决定，在本实例在设置为2分钟。当水泵抽水时间结束后多谐振荡器翻转，电容c8开始缓慢放电，多谐振荡器开始输出低电平，与非门a4输出低电，平水泵停止抽水；电容c8放电的时间即为水泵停止抽水的时间，在本实施例中水泵停止抽水时间为30分钟，在水泵停止抽水时，水继续往下渗，设置水泵停止抽水时间是为了防止抽水速度比渗水速度快而导致出现多浇水的情况。当停止抽水时间结束后，即电容c8放电结束后，处理芯片u4重新置位，多谐振荡器重新输出高电平，电容c8再次进入充电状态；同时探针g1和探针g2继续监测土壤湿度，如土壤湿度不足，电压比较器继续输出高电平，与非门a4也输出高电平，水泵再次抽水；如土壤湿度足够，电压比较器则输出低电平，这时即使谐振荡器输出高电平，与非门a4都输出低电平，水泵不再工作。之后探针g1和探针g2会一直检测土壤湿度，当土壤湿度再次不足时则重复上述步骤，如此循环则可以很好的对无花果进行浇灌，不会因浇水速度比渗水速度快而导致浇水过多的现象，提高本发明的浇灌效果。

如上所述，便可很好的实现本发明。