Thomas Brand

本文介紹了如何測量土壤濕度和pH測量，以及如何使用它來實現有效的植物生長。

圖1所示電路是一款單電源、低功耗、高精度的完整解決方案，用于土壤濕度和pH測量，包括溫度補償。來自三個獨立測量部分的每個模擬傳感器的測量值被饋送到模數轉換器（ADC），然后以數字形式將其轉發到微控制器以進行進一步的信號處理。ADI公司（ADI）的24位Σ-Δ型ADC AD7124是合適的ADC的一個很好的例子，這是一款完全集成的低噪聲模擬前端，適用于高精度測量應用。其輸入可配置為差分或單端/偽差分輸入。此外，AD7124還具有可編程放大器級，可確保小幅度信號可直接接口。

圖1.用于土壤濕度、pH 值和溫度測量的簡化電路。

測量酸堿度

由于pH傳感器通常具有高阻抗輸出（約1 GΩ），因此無法驅動ADC輸入，因此還需要高精度運算放大器來緩沖傳感器輸出。由于傳感器具有高輸出阻抗，低運算放大器輸入偏置電流對于最小化失調誤差非常重要。本電路設計采用軌到軌運算放大器ADA4661-2。pH傳感器的輸出為雙極性，最大信號為±414 mV。AD7124的內部失調發生器可用于將其輸入的共模電壓設置為A電壓輸出/2，從而產生 A電壓輸出傳感器輸出端/2 ± 414 mV。

組件的噪聲行為也會影響測量系統的分辨率。AD7124的有效噪聲（全功率模式，增益 = 1，輸出數據速率 = 25 SPS）為 V噪聲，電磁脈沖= 570 nV，峰峰值為 V噪音，聚丙烯= 3.76 μV （6.6 × V噪聲，電磁脈沖).ADA4661-2的噪聲分量，V噪音，聚丙烯= 3 μV，加到其中，產生V的總噪聲噪聲，PP，總計= 4.8 μV。對于ADC6.6 V的最大輸入電壓范圍，無噪聲分辨率為：

土壤濕度測量

目前常用的土壤濕度傳感器通常是電容式的，通過介電常數測量含水量。由于水的介電常數比土壤中的其他元素高得多，因此傳感器可以通過電容變化來檢測含水量的變化。圖1所示電路使用3線傳感器（電源、接地和電壓輸出）。為了最大限度地降低功耗，傳感器大部分時間都處于休眠模式，并且僅通過 V 激活傳感器如果需要測量。

關于噪聲行為，與pH測量相比，由于傳感器直接連接到ADC，因此產生的無噪聲分辨率略高：

測溫

由于電極涂層和老化過程，pH傳感器的行為會隨著時間的推移而變化。為了保持最大精度，定期校準至關重要。為此，通常會測量已知液體，并將其與NIST參考表中給出的相應溫度的pH值進行比較，這些值應包含在軟件中。溫度測量使用3線電阻溫度檢測器（RTD）進行，如圖2所示。由于AD7124具有可編程激勵電流源，因此RTD可以直接連接到ADC（I輸出1我輸出2).

圖2.RTD溫度測量電路。

結論

通過所示的電路，可以相對容易地測量土壤濕度和pH值。由于pH傳感器具有很強的溫度依賴性，因此需要通過額外的溫度測量進行溫度補償。

審核編輯：郭婷