1.感測器物件
結合專業的特點，選擇grove公司的moisture senor感測器。根據官方**顯示：moisture senor感測器用於檢測土壤的水分或者判斷感測器周圍是否有水分，讓您花園裡的植物在渴望時能夠伸出援手。 該感測器非常易於使用，您只需將它插入土壤並讀取資料即可。 使用這個感測器，您可以製作乙個小工程，讓植物給您傳送訊息，如「我現在口渴，請給我一些水」。
2.感測器特性分析
根據官方文件資料，規格引數如下表：
專案 使用環境 最小 標準 最大 單位
工作電壓 ——- 3.3 ——- 5 v
工作電流 ——- 0 ——- 35 ma
輸出數值
在乾燥的土壤中 0 ——- 300 mv
在潮濕的土壤中 300 ——- 700 mv
在水中 700 ——- 950 mv
3.感測器輸出介面電路
感測器正常工作電壓輸入為3.3v~5v，輸出為電壓模擬量。依據土壤水分的不同，輸出電壓範圍在0~950mv，設計的輸出介面電路為4pin，分別是vcc，gnd，out_v，nc（用於固定）
4.訊號處理電路設計
4.1有源濾波器的設計
無源濾波器的通帶放大倍數不能大於1，而且在通帶的放大倍數和截止頻率和所帶的負載有關，有源濾波器是在無源濾波器的基礎上增加運放，通帶放大倍數帶負載的能力得到提高。根據感測器的輸出特點，設計的有源濾波是為了濾除額外加在輸出訊號的無關訊號，因為一階有源濾波器截止頻率和無源濾波器截止頻率f相同，且對數幅頻曲線以-20db的斜率下降，為了達到更好的濾波效果和更快衰減，這裡選擇二階有源濾波器。（最開始設計的一階濾波器，能夠達到效果，但是電阻增大，而且效果不如二階的好，這裡是根據**後進行的選擇。）
電阻r2=1k，r3=4k，假設系統因為某些原因存在1khz的干擾電壓存在,幅度為50mv，那麼r1=r2//r3=1kω，取1k。截止頻率f=1/2πrc，則計算出c=0.198uf，選擇電容為0.15uf。
4.2運放選擇
根據感測器使用的場合和實現檢測土壤水分的需求，訊號處理時，不需要非常快的電壓轉換速率，這一條件可以選擇通用的整合運放lm358。雖然它的帶寬窄，速率低，壓擺率不高，但由於經濟，成本低，替代性強，在本實驗中完全可以滿足濾波的需要。結合資料手冊lm358的工作電壓單電源3v—30v，無論控制器是選擇32位的stm32微控制器還是選擇8位的stc89c51微控制器，電壓具有很好的相容性。因此，有源濾波需要的運放選擇lm358。
4.3放大倍數計算
根據4.2的分析，考慮經濟性，控制器選擇常用的8位stc89c51微控制器，系統的正常供電電壓5v，感測器最大的輸出電壓為950mv，，最大的放大倍數不能超過6倍，考慮到一定的裕量以及電壓明顯的變化，選擇放大倍數為5。當感測器滿量程輸出的時候，在微控制器的ad埠可以讀到電壓為4.75v。當感測器沒有輸出的時候，在ad埠讀到的電壓為0v（不考慮運放的失調電壓，偏置電壓等問題。）
5.整體電路設計
5.1硬體設計
為了減小輸出電壓的誤差，在感測器輸出端加一級電壓跟隨器，因為同相放大器具有高阻抗的特點，一定程度較小濾波電路對感測器的影響。
5.2電路**
**軟體為multisim。multisim是美國國家儀器（ni）****推出的以windows為基礎的**工具，適用於板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬體描述語言輸入方式，具有豐富的**分析能力。
圖5.2濾波電路**電路
電路中：
c2電容10μf，c3電容1μf，電源去耦電源，模擬更真實的情形。
感測器電輸出電壓範圍0~950mv，**時利用1v電源下接滑動變阻器進行模擬。
特定頻率的50mv干擾訊號加上耦合電容取10uf，加入到原訊號中。
5.3**結果分析
（1）**結果
以上為模擬感測器在3環境中的資料，可以看出還是具有很小的誤差，但是在一定程度上有所改善。
（2）輸入訊號濾波後的訊號對比
紅色為輸入訊號波形，賦值為設定的50mv，1khz，綠色濾波後的訊號為16.28mv，二階有源濾波在一定程度上減小了干擾訊號對輸入訊號的干擾，改變rc濾波引數，還能夠將濾波後的訊號變得更小。但是根據51微控制器的特性和ad檢測使用的晶元pcf8591可以算出，adc檢測的解析度為：5/2^8-1=0.0196v，即20mv，此時濾波後訊號已經小於最小解析度所能讀到的數值，因此，這裡不用再過多的選擇rc，進行濾波，目前設計已經完全滿足需要。
6.總結
通過對濾波電路的設計，對有源濾波器和無源濾波器的知識有了新的認識，對二者的幅頻特性和波特圖進行了大致的計算。重要的是通過實際的從計算到**，切實的感受的到了乙個好的設計電路，僅僅純靠理論知識是不夠完美，要結合實際情況進行具體問題進行具體分析，從需求入手，對輸出結果進行不斷的除錯，改進，最終才能確定出乙個相對合適的電路。
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