基于dsPIC30F2010的土壤水分測量儀的設(shè)計研究
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2．1 傳感器
本系統(tǒng)中傳感器的等效電路如圖2所示。在圖2中，Eg為高頻信號源電動勢；Rg是信號源的內(nèi)阻；Z1是傳輸線的阻抗；ZL是土壤探針的阻抗：R1、Gl和C1分別表示傳輸線上的分布電阻、電導(dǎo)和電容。這樣，根據(jù)傳輸線理論，可得到A點的峰值電壓為：Ua=A(1+ρ)；而如果傳輸線長度為電磁波波長的四分之一，則B點的峰值電壓為：Ub=A(1-ρ)，所以，A、B兩點的電壓差為△UAB=2Aρ。其中，ρ為傳輸線在A點的反射系數(shù)，可用表達(dá)式來表示。
當(dāng)傳感器的探針插入土壤時，ZL主要由土壤介電常數(shù)決定，它可隨著土壤水分的變化而變化，從而使傳輸線輸出電壓△UAB產(chǎn)生變化。因
此，通過測量傳輸線兩端的電壓差就能間接得到土壤水分的含量。
本測量系統(tǒng)的高頻信號采用100 MHz的正弦波信號，傳輸線采用同軸電纜，探針采用不銹鋼制成。100 MHz信號發(fā)生電路如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/195470.htm
圖3采用0X30系列MP3030型集成晶體振蕩器。該振蕩器的頻率范圍為10～160 MHz，電源電壓為+5 V，在引腳5和引腳2之間可連接一個20
kΩ的可調(diào)電阻，可通過引腳l來調(diào)節(jié)阻值，以得到100 MHz的正弦波信號，并通過引腳4輸出。
2．2檢波電路
檢波電路的作用是在傳輸線的兩端檢波出駐波的波峰和波谷，然后通過差分放大、輸出調(diào)節(jié)，再進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。
由于電壓信號是由100 MHz正弦波產(chǎn)生的，故若不對信號進(jìn)行預(yù)處理，dsPIC2010將無法有效處理信號，因而不能得到精確的結(jié)果。檢波電路采用峰值檢波，當(dāng)檢測出電壓信號峰值后，再對信號進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換并送入單片機(jī)處理，進(jìn)而得到精確結(jié)果。其檢波電路的電路圖如圖4所示。
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