摘要：昨天测试了土壤参数模块中的各个传感器的特性。下面设计一个电路，将这些传感器集中起来进行测量。并且连接外部的一个LED矩阵，能够将参数统一进行显示。其中，关于如何同时测量双金属电极中的极化电压以及导通电阻，是电路设计的关键。
昨天测试了土壤参数模块中的各个传感器的特性。下面设计一个电路，将这些传感器集中起来进行测量。并且连接外部的一个LED矩阵，能够将参数统一进行显示。其中，关于如何同时测量双金属电极中的极化电压以及导通电阻，是电路设计的关键。
设计电路。还是基于AI8051U单片机进行设计，通过USB进行程序下载调试。前面，对于外部 LED矩阵的驱动已经进行了初步的调试。
考虑到电路驱动LED矩阵，电流波动比较大，在电路中增加了 3.3V的稳压电路。它一方面给单片机提供工作电源，特别是给单片机的AD转换电路提供参考电压。另一方面，为外部的温度传感器给出稳定的分压电压。电路设计的关键部分，也是电路设计的核心部分，就是对外部双金属电极电路的设计。通过二芯端口将金属电极接入电路。一端连接到3.3V电路的分压中点。另外一端通过二选一模拟门连接到两个电路。一个是滤波电容，这种情况下，可以测量金属电极两端的原电池电压，反应外部土壤中的PH值。连接到另外一端，单片机发出交流方波信号，通过分压电阻R23，电容C23，连接到金属电极。通过测量金属电极上的交流电压，可以反应金属电极两端的电阻，进而得到土壤中的水分。
设计单面PCB，使用一分钟制版方法，一分钟之后，得到了电路板。对电路板进行焊接清洗之后，进行软件开发。
三、软件调试
使用弹簧夹子将单片机的调试端口接入计算机的USB端口。可以看到 ISP 软件可以检测到单片机。并且正常完成单片机软件下载。相比于之前的设计，在这个电路板上，单片机工作电源为 3.3V。通过刚才的测试，可以发现在AI8051U仍然可靠的与计算机USB连接。证明了这颗单片机在设计使用过程中非常稳定。如此简洁可靠的开发方式，令嵌入式系统开发起来非常轻松愉快。
将 LED 矩阵接入电路。LED开始闪烁。输出电流平均值达到了 800mA，峰值应该是 1.6A左右。电路中的5V电压出现了比较大的波动。3.3V中的电压波动非常小了。
将NTC电阻接入电路板。它与电路板的上拉电阻形成分压。随着外部的温度变化，使得分压变化，经过ADC转换，获得外部温度。外部温度越高，NTC电阻越小，对应的分压电压越低，ADC转换结果降低。最后经过标定，换算成外部的温度。
外部PH电极通过模拟门连接内部两个电路。SWT端口为高电平时，PH电极接入上面端口1，此时，与内部R23进行分压，测量PH电极的电阻。当 SWT为低电平，接入内部C22，此时，内部测量电极上的极化电压，用于测量土壤的PH值。不过，在这里，感觉可以省略这种设计，只要上面端口就可以完成两种测量。
使用LCR镊子，测量双电极探头的阻抗，将电极放置在稀盐酸溶液中，对应的电容居然有 9微法左右。这就使得原来希望通过测量探头交流电阻的方案失效了。利用方波电流是加载探头上的电压，但是这个电压呈现非常大的充放电过程。
根据测量结果，可以绘制出双电极等效电路。在昨天的实验中，这个等效电阻被测量，大约为 6k欧姆。电压是双电极原电池产生的电压。大约 300mV。通过 LCR镊子测量并联电容，大约为 10微法。这个效应出乎我的意料。由此，需要重新设计电路以及测量方案，来分别测量 电极的R1 以及对应的U1。
▲ 图1.5.1 双电极电极的等效电路
※ 总结 ※本文设计了基于AI8051的土壤参数测量电路。对于外部NTC以及双电极电压可以通过ADC进行读取。但是，对于双金属电极内部电阻的测量方案需要重新设计。
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土壤测量模块中的传感器: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/146602034?spm=1011.2415.3001.5331
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BL1551模拟开关，封装SC70-6:
来源：APPLE频道