1.传感器对象
结合专业的特点，选择Grove公司的Moisture Senor传感器。根据官方网站显示：Moisture Senor传感器用于检测土壤的水分或者判断传感器周围是否有水分，让您花园里的植物在渴望时能够伸出援手。 该传感器非常易于使用，您只需将它插入土壤并读取数据即可。 使用这个传感器，您可以制作一个小工程，让植物给您发送消息，如“我现在口渴，请给我一些水”。
2.传感器特性分析
根据官方文档数据，规格参数如下表：
项目 使用环境 最小 标准 最大
单位工作电压 ——- 3.3 ——- 5 V
工作电流 ——- 0 ——- 35 mA
输出数值在干燥的土壤中 0 ——- 300 mV
在潮湿的土壤中 300 ——- 700 mV
在水中 700 ——- 950 mV
3.传感器输出接口电路
传感器正常工作电压输入为3.3V~5V，输出为电压模拟量。依据土壤水分的不同，输出电压范围在0~950mV，设计的输出接口电路为4pin，分别是VCC，GND，OUT_V，NC（用于固定）
4.信号处理电路设计
4.1有源滤波器的设计
无源滤波器的通带放大倍数不能大于1，而且在通带的放大倍数和截止频率和所带的负载有关，有源滤波器是在无源滤波器的基础上增加运放，通带放大倍数带负载的能力得到提高。根据传感器的输出特点，设计的有源滤波是为了滤除额外加在输出信号的无关信号，因为一阶有源滤波器截止频率和无源滤波器截止频率f相同，且对数幅频曲线以-20dB的斜率下降，为了达到更好的滤波效果和更快衰减，这里选择二阶有源滤波器。（最开始设计的一阶滤波器，能够达到效果，但是电阻增大，而且效果不如二阶的好，这里是根据仿真后进行的选择。）电阻R2=1K，R3=4k，假设系统因为某些原因存在1KHZ的干扰电压存在,幅度为50mV，那么R1=R2//R3=1kΩ，取1K。截止频率f=1/2πRC，则计算出C=0.198uF，选择电容为0.15uF。
4.2运放选择
根据传感器使用的场合和实现检测土壤水分的需求，信号处理时，不需要非常快的电压转换速率，这一条件可以选择通用的集成运放LM358。虽然它的带宽窄，速率低，压摆率不高，但由于经济，成本低，替代性强，在本实验中完全可以满足滤波的需要。结合数据手册LM358的工作电压单电源3V—30V，无论控制器是选择32位的STM32单片机还是选择8位的STC89C51单片机，电压具有很好的兼容性。因此，有源滤波需要的运放选择LM358。
4.3放大倍数计算
根据4.2的分析，考虑经济性，控制器选择常用的8位STC89C51单片机，系统的正常供电电压5V，传感器最大的输出电压为950mV，，最大的放大倍数不能超过6倍，考虑到一定的裕量以及电压明显的变化，选择放大倍数为5。当传感器满量程输出的时候，在单片机的AD端口可以读到电压为4.75V。当传感器没有输出的时候，在AD端口读到的电压为0V（不考虑运放的失调电压，偏置电压等问题。）
5.整体电路设计
5.1硬件设计
为了减小输出电压的误差，在传感器输出端加一级电压跟随器，因为同相放大器具有高阻抗的特点，一定程度较小滤波电路对传感器的影响。
5.2电路仿真
仿真软件为Multisim。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
图5.2滤波电路仿真电路电路中：C2电容10μF，C3电容1μF，电源去耦电源，模拟更真实的情形。传感器电输出电压范围0~950mV，仿真时利用1V电源下接滑动变阻器进行模拟。特定频率的50mV干扰信号加上耦合电容取10uF，加入到原信号中。
5.3仿真结果分析
（1）仿真结果
以上为模拟传感器在3环境中的数据，可以看出还是具有很小的误差，但是在一定程度上有所改善。
（2）输入信号滤波后的信号对比
红色为输入信号波形，赋值为设定的50mV，1kHz，绿色滤波后的信号为16.28mV，二阶有源滤波在一定程度上减小了干扰信号对输入信号的干扰，改变RC滤波参数，还能够将滤波后的信号变得更小。但是根据51单片机的特性和AD检测使用的芯片PCF8591可以算出，ADC检测的分辨率为：5/2^8-1=0.0196V，即20mV，此时滤波后信号已经小于最小分辨率所能读到的数值，因此，这里不用再过多的选择RC，进行滤波，目前设计已经完全满足需要。
6.总结
通过对滤波电路的设计，对有源滤波器和无源滤波器的知识有了新的认识，对二者的幅频特性和波特图进行了大致的计算。重要的是通过实际的从计算到仿真，切实的感受的到了一个好的设计电路，仅仅纯靠理论知识是不够完美，要结合实际情况进行具体问题进行具体分析，从需求入手，对输出结果进行不断的调试，改进，最终才能确定出一个相对合适的电路。