一 、前言
近日家中喜添新花，然而土干水竭之快令吾猝不及防。为防长假出门在外之时，花于家中无人照应，归来经历旧盆新栽之痛。故临时起意，欲借FastBond二季之东风，尽吾微薄之力，度土壤之湿度，做自动浇花之装置。
关于检测是否浇花的方法有几种常见的，可以花盆下面垫个电子秤，预先测得土干和浇完水时候的值，值低就浇，值高就关。问题是花会长大也会开花也会掉叶子，所以各个状态干扰需要额外注意很多，于是称重法就不考虑了。另外就是测土壤湿度，市面上便宜的产品一般是通过插入两个探针，土壤湿度变化导致探针之间的电阻或电容值变化，从而改变了探针的电压，经过放大之后虽精确度不高，但单单只是判断浇不浇水这两个条件还是足够了。
市面上还有一种三位数价钱稍贵的仪器，使用了频域反射法（FDR）来测土壤的介电常数，听起来很高端但是电路很简单，虽然电路很简单但是探针和传输线没成品......
所以为了FastBond第二季活动不翻车并且使板卡有支持继续探索FDR法的条件，阶段二的原理图中会增加跳帽，在FDR法成功应用之前使用电阻法。
本文之后的内容分别介绍设计框图和检测方法、原理图及各芯片说明。
二、设计框图及原理介绍
流程图及原理图初步设计都是由Scheme-it网页绘制，简单的方框图和引脚图在这上面自制还挺方便的。
这里是分享链接：https://www.digikey.cn/schemeit/project/土壤湿度检测-6b07a1c6125240f198038bc2ecdb99c3
如框图所示，由MCU核心板的TYPE-C接口提供5V电源，分别为LDO和运算放大器供电。LDO稳压至3.3v后为晶振供电，晶振提供高频振荡波通过探针入土，传出的信号经整流滤波成直流后通过运放放大。MCU使能ADC读取运放放大后的电压值以判断土壤干湿程度。流程图展示的是FDR法，电阻法则只需将探针的电压值经过运放放大即可，省去了LDO、晶振和整流滤波电路。
电阻法的原理很简单，众所周知水导电，探针之间塞满了土壤介质，土壤水分越多越导电。将探针理解为可变电阻，电阻越小越导电，而探针的电阻越小则电压越小。故检测探针的电压越小则土壤湿度越高，此为电阻法，方便实现的同时干湿两态的电压差值足以应付日常使用。
FDR法简单说也是测量探针反馈端的电压值，根据电压值判断土壤的介电常数。复杂说，土壤水分变化，干土的低介电常数混合了水的高介电常数，而介电常数影响探针的电容，在RLC谐振电路中充当电容角色的探针数值变化导致电压变化。
自制FDR法的装置硬件有几点需要注意。首先，查阅资料后晶振频率选择为100M相对合理，既频率够用也容易买到。其次，RLC电路中，R为同轴传输线等效电阻，C为探针，L为固定值，需要设计合理的谐振电路。
最麻烦的是三针探头的设计，某宝能买到传输线、探针、外壳，但就是买不到成品......经查阅资料，传输线使用了syv-50-5，特性阻抗50R。探针推荐长度10cm，粗0.8cm，三针间距3cm，我反正买不到，市面上有成品算是按比例缩小的，将就买着试试。三针之中，中间针连接同轴线的信号线做晶振输入端，两边针连接屏蔽层做探针反馈端。最后，外壳可有可无，防水肯定得要。
参考的几篇文章都贴在文末，上述原理还在探索阶段所以不保证正确。
三、原理图及芯片介绍
整个FDR法的原理图初步设计如下，使用了FastBond活动中要求的两家厂商的芯片，分别是ADI公司的ADP160供电芯片以及TI公司的LM358运放芯片，之后将详细介绍。
1. 首先是主控部分，选用的是灵动MM32G0001芯片的开发板，价格便宜性能够用，TYPE-C接口，板卡提供5v电压输出，官方SDK例程也不少，正好拿来试试水。
使用高性能的 Arm® Cortex-M0 为内核的 32 位微控制器，最高工作频率可达 48MHz，内置高速存储器，丰富的增强型 I/O 端口和多种外设。
- 16KB Flash，2KB SRAM
- 1 个 12 位 ADC
- 1 个 16 位高级定时器、1 个 16 位通用定时器、1 个 16 位基本定时器
- 2 个 USART 接口、1 个 SPI 接口和 1 个 I2C 接口
- 工作电压为 2.0V - 5.5V
- 工作温度范围（环境温度）包括 -20℃ - 70℃ 消费级（后缀为C）和 -40℃ - 85℃ 工业级
- 提供 TSSOP20、QFN20 和 SOP8 封装
2. 原理图中引了ADC用于采集电压数据，四个IO口引出用于之后控制抽水泵模块工作，一个IO用作ADP160电源芯片的使能端。
3. 主控的5v供电经ADP160降为3.3v供电输出。ADP160有150mA的输出电流，只是给晶振供电的话是足够的，其它并没有什么注意的地方。
ADP160/ADP161 均为超低静态电流、低压差线性调节器，工作电压为2.2 V至5.5 V，输出电流最高可达150 mA。在150 mA负载下仅有195 mV的低压差，有助于提高效率，使器件能在较宽的输入电压范围内工作。
4. 原理图中是根据芯片手册画出的经典电路，外围电路很简单，输入输出各加个1uf滤波电容即可 。
5. 3.3v供电电路之后连接的就是晶振电路，除了频率要100M以外，电路并没有特殊的地方。
6. 晶振输出的信号经探针入土后传出，需要进行整流滤波成直流电压后ADC采集的干扰才会降低。这里使用肖特基二极管整流后经二级π型RC滤去交流信号。
7. 最后一步则通过LM358运放放大滤波后的信号，方便ADC读取。
四、结语
以上便是FastBond活动阶段一的内容，因为阶段一只要求绘制出框图和原理图即可，实现上还是非常简单的，轻松可以获得返还，其他数值计算、原理图细节修缮、成品效果等将留在阶段二中展现。其中原理或有错误，请诸位看官谅解并辛苦告知。
五、参考资料
