Diese Teilgruppe besteht aus Eric und Jonas.
Aufgabe
Ziel der Schaltung ist es, die Feuchtigkeit des Bodens abzuschätzen. Dabei wird mithilfe einer Kapazitätsmessung eine analoge Spannung ausgegeben.
Schaltung und Funktionsweise
Zwei in den Boden eingebrachte Messelektroden bilden mit der dazwischen befindlichen Erde eine zu messende Kapazität. Die Feuchtigkeit des Bodens verändert die Permittivität und damit auch die Kapazität. Das Ziel ist, die Änderung der Kapazität in ein analoges Spannungssignal zu überführen.
Zunächst wird mithilfe eines 555-Timers eine astabile Kippstufe realisiert, die ein PWM-Signal mit einem Tastgrad von weit über 0,5 erzeugt. Der im Vergleich zur Periodenlänge sehr kurze Low-Pegel startet das Zeitintervall eines zweiten 555-Timers, der sich in der Konfiguration einer monostabilen Kippstufe befindet. Die Dauer des High-Pegels wird dabei über ein RC-Glied bestimmt, dessen Kondensator (zwischen THR2 und GND geschaltet) die Messelektroden in der Erde darstellen. Der zweite 555-Timer liefert also ein PWM-Signal, dessen Tastgrad von der zu messenden Kapazität abhängt. Eine höhere Kapazität hat dabei einen längeren High-Pegel zur Folge. Eine anschließende Tiefpassfilterung über ein RC-Glied mittelt das Ausgangssignal, sodass sich eine Gleichspannung einstellt, die proportional zum Tastgrad ist. Damit das Signal bei der Weiterverarbeitung stabil bleibt und bei Belastung nicht einbricht, wird es schließlich noch über einen Operationsverstärker als Impedanzwandler gepuffert.
EAGLE-Schaltplan (klicken zum Vergrößern)