土壤濕度感測模組的注意事項與運作原理

相信很多人都使用過土壤濕度感測器, 插入土壤探測的雙叉金屬會接到像是底下的模組上方的兩根針腳：

實際上這個模組就是提供一個分壓電路如下：

 Vcc   雙叉探測金屬  
  |       | |
  +---R---+ +---+
          |     |
         AO    Gnd

當土壤越濕, 雙叉金屬間的電阻就會變小, 因此 AO 的電壓就會下降。除了分壓電路外, 這個模組也使用了一個 LM393 的比較器, 根據 AO 與板子中間可變電阻的分壓來決定 DO 的輸出是高電位還是低電位。

分壓電路的電阻大不同

雖然上面兩個模組看起來很像, 不過他們有個最大的差別, 左邊 (我稱為『長版』) 的分壓電路採用的是 10KΩ 電阻, 而右邊 (我稱為『胖版』) 採用的是 500KΩ 電阻, 因此雙叉金屬探頭間的電阻只要降到 20MΩ 以下, 很容易就會在右邊胖版上的 AO 產生對應的變化；但是左邊長版因為電阻較小, 需要雙叉金屬探頭的電阻降到夠低所佔的分壓才會比較高, 能夠反應在 AO 看到變化。

如果只是單純拿來偵測土壤濕度, 左邊長版就比較適合, 因為土壤濕到相當程度才需要判別；但如果拿來當成導電性的偵測, 例如偵測膚電, 右邊胖版就會比較靈敏。

土壤濕度感測器雖然是很簡單的模組, 不過因為用料不同, 就會造成很大的差異, 購買零件時可以多加留意, 不然就會發生這個程式本來跑起來都好好的, 換了一個模組後就發瘋的慘狀。

LM393 的工作方式

LM393 有 8 個接腳:

        ____
  OUT1-|.   |-Vcc
       |    |
IN1(-)-|    |-OUT2
       |    |
IN1(+)-|    |-IN2(-)
       |    |
   GND-|____|-IN2(+)

Vcc 和 GND 是電源, 最高可接 34V, 有兩組比較器, 每組比較器都是 + 輸入端子電壓 > - 輸入端子電壓時 OUT 輸出高電位, 否則輸出低電位。

土壤濕度感測器的運作原理

前述的土壤濕度感測模組就會使用其中的一組比較器, 內部實際的電路圖如下：

上圖中應該少了如此文中逆向工程推出的電路圖所列的上拉電阻, 接在 DO 與 Vcc 之間：

當土壤濕度分壓比可變電阻分壓大時, DO 會輸出高電位, 指示燈不會亮；反之當土壤夠濕, 土壤濕度分壓低於可變電阻分壓時, DO 輸出低電位, 指示燈就會亮起。

如果你不需要 DO 的輸出, 其實不需要使用這個模組, 自己接兩條導線到土壤中, 再接分壓電路即可。

這個模組會用在很多需要用分壓電路讀取類比值的感測元件上, 像是光敏電阻等等, 因此瞭解這個模組的運作原理對於使用這些感測模組會很有幫助。