盆花缺水自動(dòng)報(bào)警器

1、盆花缺水自動(dòng)報(bào)警器）作者:日期：成績(jī)?cè)u(píng)定：傳感器技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目盆花缺水自動(dòng)報(bào)警器摘要在人們眼中，光憑盆中表面的土壤濕潤(rùn)與否來(lái)判斷是否需要澆水 ，往 往不正確，或因一時(shí)的疏忽，勢(shì)必貽誤了澆水時(shí)間。一旦盆花缺水，探頭 a、b檢拾到的土電阻就會(huì)成倍增大，VT1失去合適偏流而退出飽和區(qū),A 的觸發(fā)端電壓A 1/2VDD, A內(nèi)部電路被觸發(fā)工作，其 OU端輸出內(nèi)儲(chǔ)電 信號(hào)，經(jīng)晶體三極管VT 2功率放大后，驅(qū)動(dòng)融小燈亮起來(lái)。主人看見澆 水后，小燈就會(huì)自己滅了。此報(bào)警器具有線路簡(jiǎn)單、容易安裝、容易調(diào) 整、效率高、成本低、元件少等特點(diǎn)，適合廣大市民的應(yīng)用，而且操作簡(jiǎn)單。報(bào)警器采用的報(bào)警裝置是小燈，而不是音

2、樂電路報(bào)警，如果盆花在夜間缺水，這樣不會(huì)影響人們的正常生活。本文主要研究了將普通電路的報(bào)警器與采用5 55集成電路的報(bào)警器 進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)對(duì)比顯現(xiàn)出555成電路的有點(diǎn)以及還有待改進(jìn)的不足之 處。本文還研究了濕度傳感器，以及濕度傳感器的分類還有一些濕度傳感 器的主要結(jié)構(gòu)。最后對(duì)5 5 5集成電路的工作原理進(jìn)行深入的分析，555集 成電路開始時(shí)作定時(shí)器應(yīng)用的，稱為55 5定時(shí)器或5 55時(shí)基電路。經(jīng)過(guò)開 發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光，調(diào)溫，調(diào)壓，調(diào)速等多種控 制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組成脈沖振蕩，單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路， 用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。關(guān)鍵詞：55

3、5觸發(fā)器濕敏傳感器土壤 電阻 小燈報(bào)警目錄 TOC o 1-5 h z 一、設(shè)計(jì)目的 1二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1?設(shè)計(jì)任務(wù) 12. 2設(shè)計(jì)要求1?三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析？ 2設(shè)計(jì)方法 2設(shè)計(jì)步驟2?設(shè)計(jì)原理分析 4四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì) 9五、參考文獻(xiàn)10?一、設(shè)計(jì)目的不論在家中養(yǎng)花還是在庭院中栽花，盆中的花卉都需要及時(shí)澆水。在人們眼中，光憑盆中表面的土壤濕潤(rùn)與否來(lái)判斷是否需要澆水 ，往 往不正確，或因一時(shí)的疏忽，勢(shì)必貽誤了澆水時(shí)間。利用濕敏傳感器制作 一個(gè)簡(jiǎn)單的可以進(jìn)行盆花缺水報(bào)警裝置：當(dāng)盆花缺水時(shí)，盆花缺水指示燈 就會(huì)閃爍發(fā)光，提醒人們及時(shí)給花澆水；使用 555時(shí)基電路組成的振蕩 器來(lái)實(shí)現(xiàn)缺水

4、時(shí)發(fā)光二極管VD閃爍。 二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求. 1 設(shè)計(jì)任務(wù)當(dāng)花盆缺水時(shí)，發(fā)光二極管隨著振蕩頻率一閃一閃發(fā)光，提示花盆該 澆水了。土壤不缺水時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光。2.2設(shè)計(jì)要求表1部分性質(zhì)土壤的電阻率扉吁土壤名特密求增土學(xué)應(yīng)嘎率L聯(lián)匣米1老化范出批存曲據(jù)11黑七加600-70003兀1臚2。匕10zooflo-ioo-oc3X101i阿地201000-8000】於4帖七20-10309010000白黃1臚5沙質(zhì)粘土203000* 26 000jnM6曲h0M2口IT因?yàn)樵诜N植花卉的時(shí)候選擇土壤上也是有所差異的，所以在這里我們將土壤的電阻率進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)。當(dāng)土壤的含水量的不同 ，也會(huì)引起電阻 率的變

5、化。這樣在具體的應(yīng)用上就需要提前對(duì)土壤進(jìn)行設(shè)定。圖1 5 5 5時(shí)基電路盆花缺水指示電路圖1所示的電路則是采用單片集成時(shí)基電路 5 5 5組成的一種盆花缺 水自動(dòng)指示電路。大家知道,5 5 5時(shí)基電路是一種將模擬功能和邏輯功能 巧妙地結(jié)合在同一硅片上的線性集成電路。這種電路可以應(yīng)用在微型計(jì)算機(jī)、電子控制、電子檢測(cè)、電子樂器、 電子報(bào)警、電子定時(shí)等許多方面。這里僅用了其中的控制與檢測(cè)等方面。 該電路工作原理如下：當(dāng)土壤中不缺水，兩探測(cè)電極在潮濕的土壤中近 于導(dǎo)通，電容C1,也近于短路而不能充電，因此I C5 5 5電路無(wú)工作電壓, 輸出端-3點(diǎn)無(wú)輸出，發(fā)光二極管LEX閃光。一旦土壤中缺水，探測(cè)電

6、極的 兩端近于開路，電源就對(duì)電容C1 ,進(jìn)行充電，H點(diǎn)的電位上升，這一充電 過(guò)程給I C 555電路提供了工作電壓，一旦達(dá)到集成時(shí)基電路555所組成的 振蕩器的工作條件，電路即開始振蕩，那么輸出端-點(diǎn)即有輸出，并使發(fā) 光二極管L ED發(fā)出紅色閃光信號(hào)，以告戒人們盆花缺水。本電路具有線 路簡(jiǎn)單、容易安裝、容易調(diào)整、效率高、成本低、元件少等特點(diǎn)。只要 按圖中元件的規(guī)格大小組裝，接線勿誤，便可達(dá)到滿意效果。三、設(shè)計(jì)步驟與原理分析.1設(shè)計(jì)方法利用濕敏傳感器制作一個(gè)簡(jiǎn)單的可以進(jìn)行盆花缺水報(bào)警裝置：當(dāng)盆 花缺水時(shí),盆花 缺水指示燈就會(huì)閃爍發(fā)光，提醒人們及時(shí)給花澆水；使用 555時(shí)基電路組成的振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)缺

7、水時(shí)發(fā)光二極管 VD閃爍。? 系統(tǒng)組成框圖花盆缺 水，電阻 章很大jDJ&E 截止花盆不破 水，電阻 率彳如5DJ6E 導(dǎo)通原理圖SQ13導(dǎo)通明）13截止-光譽(yù)煙發(fā)極閃-光萱高 發(fā)極不圖3盆花缺水制動(dòng)報(bào)警其原理圖設(shè)計(jì)步驟盆花缺水告知器的電路如圖3所示，它主要由報(bào)警小燈、晶體三極管VT 1及土壤探頭A、B等組成。VT1的基極偏流電阻由可變電阻器R環(huán)口土壤 電阻串聯(lián)而成。平常盆花不缺水時(shí)，置入盆花泥土內(nèi)的A、B探頭所檢拾出的土電阻較小，VT1獲得合適偏流而飽和導(dǎo)通 人的觸發(fā)端TGW處于低電 位，故A內(nèi)部電路不工作，壓電陶瓷片B無(wú)聲。一旦盆花缺水，探頭A、B檢拾到的土電阻就會(huì)成倍增大， VT佚去 合

8、適偏流而退出飽和區(qū)，A勺觸發(fā)端電壓A 1/2VDD網(wǎng)部電路被觸發(fā)工 作，其OU端輸出內(nèi)儲(chǔ)電信號(hào)，經(jīng)晶體三極管 VT2功率放大后，驅(qū)動(dòng)B(吏 小燈亮起來(lái)。主人看見澆水后，小燈就會(huì)自己滅了。設(shè)計(jì)原理分析3.1關(guān)于濕敏傳感器的知識(shí)濕度傳感器原理這種傳感器的工作原理是高分子電解質(zhì)吸濕而導(dǎo)致電阻率變化。濕敏元 件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕 敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。以往的濕敏材料單獨(dú)使用，但在結(jié)露狀態(tài)及高溫環(huán)境下 長(zhǎng)期使用時(shí)，由于聚合物膜吸濕而變形，導(dǎo)致特

9、性改變。為解決這一問 題,在聚合物膜上賦予耐水性。為此提出了接枝法、交聯(lián)法、相互浸入網(wǎng)絡(luò)法。接枝法是在耐水性、耐有機(jī)溶劑性的某種疏水性聚合物膜上， 將親水性聚合物用放射線或催化劑使其接枝聚合，制成不溶于水、其電阻 率具有濕度依存性的聚合物膜。如在疏水性的PTET膜或多孔的聚烯薄膜(PE)接枝上親水聚合物聚苯乙烯磺酸鹽或四級(jí)化聚乙烯毗咤。交聯(lián) 法是使用適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑，使可溶于水的聚合物進(jìn)行交聯(lián)，從而制成耐水 性感濕膜。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使 其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。濕度的表示法空氣的濕度對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類的生活有著密切的關(guān)系濕度有多種表示方法

10、，例如絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露（霜）點(diǎn)溫度、比濕度、飽和 度等。Ha皿 絕對(duì)濕度表示單位體積的空氣中所含水汽的質(zhì)量，其定義為 V 式中：mV為待測(cè)空氣中的水汽質(zhì)量，V為待測(cè)空氣的總體積。H a的單或 mg/m3 相對(duì)濕度定義為待測(cè)空氣的水汽分壓與相同溫度下水的飽和水汽壓比值的百分?jǐn)?shù)。這是一個(gè)無(wú)量綱量，常表示為區(qū)H（RH為相對(duì)濕度R elativ e H umidity 的縮寫），亦即P相對(duì)濕度100%RHPw T濕度傳感器的分類表2新型濕度傳感器分類濕度傳感器的類型按感濕材料分類MQKK系濕度傳感器陶毓?jié)穸葌鞲衅鱖nOCr2）3系濕度傳感器膜狀濕度傳感器Fe式）“膠質(zhì)涂膜濕度傳感器Al2（）3涂

11、膜濕度傳感器氧化鋁郁度傳感器多孔AbQ,膜濕度傳感器硅MOS刷A1式入濕度傳感器G-薄膜濕度傳感器元素半導(dǎo)體濕度傳感器Se薄膜濕度傳感器Si燒結(jié)型濕度傳感器電解質(zhì)類濕度傳感器化學(xué)感濕膜濕度傳感器!炭膜濕度傳感器高分子電解質(zhì)薄膜濕度傳感盎MgC r2 O 4- T iO2濕度傳感器的結(jié)構(gòu)金屬氧化物陶瓷中，由Mg Cr2 O4-TiO2固溶體制成的多孔性半導(dǎo)體 陶瓷濕敏材料的表面電阻率能在很寬的范圍內(nèi)隨著濕度變化，而且即使 在高溫條件下，對(duì)其進(jìn)行多次反復(fù)的熱清洗，性能仍不易改變。MgCr2 O4-TiO2半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。 在4 mm X5 mrnx 0.3 mm的MgCr2

12、O4-Ti O2陶瓷片的兩面，設(shè)計(jì)有多孔金電 極，并用摻金玻璃粉將引出線與金電極燒結(jié)在一起。在半導(dǎo)體陶瓷片的 外面，設(shè)置一個(gè)用銀銘絲燒制而成的加熱清洗線圈，以便對(duì)器件能夠經(jīng)常 加熱清洗，排除有害氣氛對(duì)器件的污染。器件安裝在一個(gè)高度致密的、 疏水性的陶瓷基片上。為了消除底座上測(cè)量電極2和3之間由于吸濕和污染引起的漏電，在電極2和 3的周圍設(shè)置了金短路環(huán)。圖中1和4為加熱器的引出線。MgCr2O4-TiO 2感濕陶瓷金短路環(huán)圖4半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器的結(jié)構(gòu)微型多孔SiO2濕度傳感器制作微型多孔SiO2濕度傳感器時(shí),首先是在硅單晶襯底上形成一個(gè)多 孔硅層。多孔硅層經(jīng)氧化后即成為一個(gè)具有感濕功能，性能比

13、較穩(wěn)定的 多孔SiO2層，在多孔SiO2層上制作適當(dāng)?shù)慕饘匐姌O，經(jīng)封裝、標(biāo)定后即 可使用。高分子電阻式濕度傳感器這種傳感器的工作原理是高分子電解質(zhì)吸濕而導(dǎo)致電阻率變化。以往 的濕敏材料單獨(dú)使用，但在結(jié)露狀態(tài)及高溫環(huán)境下長(zhǎng)期使用時(shí)，由于聚合物膜吸濕而變形，導(dǎo)致特性改變。為解決這一問題，在聚合物膜上賦予耐水性。為此提出了接枝法、交聯(lián)法、相互浸入網(wǎng)絡(luò)法。接枝法是在耐水性、耐有機(jī)溶劑性的某種疏水性聚合物膜上，將親水性聚合物用放射線或催化劑使其接枝聚合，制成不溶于水、其電阻率具 有濕度依存性的聚合物膜。如在疏水性的PT ET膜或多孔的聚烯薄膜（P E）接枝上親水聚合物聚苯乙烯磺酸鹽或四級(jí)化聚乙烯毗咤。交

14、聯(lián)法是使用適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑，使可溶于水的聚合物進(jìn)行交聯(lián)，從而制成耐水性感濕膜。如用三聚富胺樹脂使H NPTAC聚合物交聯(lián)，就可制成不溶于水的感 濕膜。相互浸入網(wǎng)絡(luò)法是將兩種以上的聚合物制成聚合物網(wǎng)絡(luò)（ Inte r pen e tratin g Poly m er Ne tworks, I PN,將分別為親水性和疏 水性的兩種交聯(lián)聚合物交織在一起，可以合成既是親水性卻不溶于水的 聚合物膜。用此I PN膜制成的高分子電阻式濕度傳感器做耐水性實(shí)驗(yàn)，浸在水中2 4小時(shí)，傳感器性能不變。3 . 3.2 關(guān)于5 55的介紹55 5內(nèi)部電路圖及引腳功能說(shuō)明圖5 555內(nèi)部電路引腳5 55閉環(huán)三相多諧振蕩器圖6

15、三相多諧振蕩器如圖6所示，這是由三個(gè)相同的施密特觸發(fā)器組成的閉環(huán)回路，首尾相接。每個(gè)觸發(fā)器的延時(shí)為td=l. 1 (R% R)C,延時(shí)t d即C上的電壓 升到1/3 VDD所需要的時(shí)間。而555復(fù)位后,C上的電荷是通過(guò) R W對(duì) 前一級(jí)IC的輸出端(3腳)進(jìn)行灌電流放電的，因而與 C的充電時(shí)間常 數(shù)一樣。因此，每個(gè)觸發(fā)電路的輸出端每改變一次要經(jīng)過(guò)三個(gè)單穩(wěn)觸發(fā) 電路傳輸，所需時(shí)間是3t d。故每個(gè)I C的輸出周期T d=6td。5 5 5集成電路工作原理5 55時(shí)基電路的特點(diǎn)5 55集成電路開始時(shí)作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555定時(shí)器或5 5 5 時(shí)基電路。但后來(lái)經(jīng)過(guò)開發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，

16、還可用于調(diào)光， 調(diào)溫，調(diào)壓，調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組成脈沖振蕩， 單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、 脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于 各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、 基本R-S觸發(fā)器、放電管以及脈沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù) 字電路的混合體，如圖7所示。圖7 55 5集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖55 5集成電路是8腳封裝，雙列直插型，如圖8 （A）所示，按輸入 輸出的排列可看成如圖8 （B）所示。其中6腳稱閥值端（TH）,是上比較 器的輸入；2腳稱觸發(fā)端（T& ,是下比較器的輸入；3

17、腳是輸出端（Vo）, 它有0和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電瓶決定；7腳是放電端（IS）, 它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)；4腳是復(fù)位端（M R）, 加上低電平時(shí)可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端（Vc）,可用它改 變上下觸發(fā)電平值；8腳是電源端,1腳是地端。5 5 5的應(yīng)用電路很多， 只要改變5 55集成電路的外部附加電路，就可以構(gòu)成幾百種應(yīng)用電路， 大體上可分為555單穩(wěn)、5 5 5雙穩(wěn)及555無(wú)穩(wěn)三類。四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)印制電路板實(shí)際尺寸僅為30 mrnx 30mm晶體三極管VT到直接插焊 在音樂集成電路A的芯片上。A芯片通過(guò)4根長(zhǎng)約6 mn的元件剪腳線插焊 在電路板上。焊

18、接時(shí)注意：電烙鐵外殼一定要良好接地，以免交流感應(yīng)電 壓擊穿A內(nèi)部CMOS路！焊接好的電路板連同干電池G、壓電陶瓷片 片塊裝入體積合適的絕 緣小盒內(nèi)。盒面板為 冊(cè)出釋音孔，盒側(cè)面開孔引出外接探頭的雙股軟導(dǎo) 線。土壤探頭a、b采用長(zhǎng)度約60 mmj兩根粗鋼絲或不銹鋼針，相間15m m左右插入花盆泥土中。為了使制成的告知器外觀漂亮，使用更加方便，還可將告知器制作成 “一體化”結(jié)構(gòu)。具體方法：土壤探頭a、b直接固定在電路盒上；盒子 的面板采用有機(jī)玻璃邊角余料，要求加工成向日葵（或其它花卉）形狀，并在上面用色漆描繪出向日葵圖案即成。如果要進(jìn)一步縮小整機(jī)體積， 可將干電池G改用成兩粒串聯(lián)的G 1 3 - A或S R44氧化銀扣式電池。本告知器調(diào)試很簡(jiǎn)單：在盆花缺水時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)微調(diào)電阻器RP阻值（必要時(shí)可改變探頭插入泥土的深度及間距），使壓電陶瓷片 或于臨界不 發(fā)聲狀態(tài)即可。555集成電路將運(yùn)算放大器和RS觸發(fā)器巧妙地集成于一體，通過(guò) 外圍電路的簡(jiǎn)單連接可構(gòu)成單穩(wěn)、雙穩(wěn)、多諧振蕩等多