Самодельный, стабильный датчик влажности почвы для автоматической поливальной установки. Датчик влажности почвы: принцип работы и сборка своими руками Системы автоматизации полива

Эта статья возникла в связи с постройкой автоматической поливальной машины для ухода за комнатными растениями. Думаю, что и сама поливальная машина может представлять интерес для самодельщика, но сейчас речь пойдёт о датчике влажности почвы. https://сайт/

Самые интересные ролики на Youtube

Пролог.

Конечно, прежде чем изобретать велосипед, я пробежался по Интернету.

Датчики влажности промышленного производства оказались слишком дороги, да и мне так и не удалось найти подробного описания хотя бы одного такого датчика. Мода на торговлю «котами в мешках», пришедшая к нам с Запада, уже похоже стала нормой.

Описания самодельных любительских датчиков в сети хотя и присутствуют, но все они работают по принципу измерения сопротивления почвы постоянному току. А первые же эксперименты показали полную несостоятельность подобных разработок.

Собственно, это меня не очень удивило, так как я до сих пор помню, как в детстве пытался измерять сопротивление почвы и обнаружил в ней... электрический ток. То есть стрелка микроамперметра фиксировала ток, протекающий между двумя электродами, воткнутыми в землю.

Эксперименты, на которые пришлось потратить целую неделю, показали, что сопротивление почвы может довольно быстро меняться, причём оно может периодически увеличиваться, а затем уменьшаться, и период этих колебаний может быть от нескольких часов до десятков секунд. Кроме этого, в разных цветочных горшках, сопротивление почвы меняется по-разному. Как потом выяснилось, жена подбирает для каждого растения индивидуальный состав почвы.

Вначале я и вовсе отказался от измерения сопротивления почвы и даже начал сооружать индукционный датчик, так как нашёл в сети промышленный датчик влажности, про который было написано, что он индукционный. Я собирался сравнивать частоту опорного генератора с частотой другого генератора, катушка которого одета на горшок с растением. Но, когда начал макетировать устройство, вдруг вспомнил, как однажды попал под «шаговое напряжение». Это и натолкнуло меня на очередной эксперимент.

И действительно, во всех, найденных в сети самодельных конструкциях, предлагалось замерять сопротивление почвы постоянному току. А что, если попытаться измерить сопротивление переменному току? Ведь по идее, тогда вазон не должен превращаться в "аккумулятор".

Собрал простейшую схему и сразу проверил на разных почвах. Результат обнадёжил. Никаких подозрительных поползновений в сторону увеличения или уменьшения сопротивления не обнаружилось даже в течение нескольких суток. Впоследствии, данное предположение удалось подтвердить на действующей поливальной машине, работа которой была основана на подобном принципе.

Электрическая схема порогового датчика влажности почвы.

В результате изысканий появилась эта схема на одной единственной микросхеме. Подойдёт любая из перечисленных микросхем: К176ЛЕ5, К561ЛЕ5 или CD4001A. У нас эти микросхемы продают всего по 6 центов.

Датчик влажности почвы представляет собой пороговое устройство, реагирующее на изменение сопротивления переменному току (коротким импульсам).

На элементах DD1.1 и DD1.2 собран задающий генератор, вырабатывающий импульсы с интервалом около 10 секунд. https://сайт/

Конденсаторы C2 и C4 разделительные. Они не пропускают в измерительную цепь постоянный ток, которые генерирует почва.

Резистором R3 устанавливается порог срабатывания, а резистор R8 обеспечивает гистерезис усилителя. Подстроечным резистором R5 устанавливается начальное смещение на входе DD1.3.

Конденсатор C3 – помехозащищающий, а резистор R4 определяет максимальное входное сопротивление измерительной цепи. Оба эти элемента снижают чувствительность датчика, но их отсутствие может привести к ложным срабатываниям.

Не стоит также выбирать напряжение питания микросхемы ниже 12 Вольт, так как это снижает реальную чувствительность прибора из-за уменьшения соотношения сигнал/помеха.

Всем привет, сегодня в нашей статье мы рассмотрим как сделать датчик влажности почвы своими руками. Причиной самостоятельного изготовления может послужить износ датчика (коррозия, окисление), либо просто невозможность приобрести, долгое ожидание и желание смастерить что-либо своими руками. В моем случае желанием сделать датчик самому послужил износ, дело в том что щуп датчика при постоянной подаче напряжение взаимодействует с почвой и влагой в результате чего окисляется. Например датчики SparkFun покрывают его специальным составом (Electroless Nickel Immersion Gold) для увлечения ресурса работы. Так же что бы продлить жизнь датчику лучше подавать питание на датчик только в момент замеров.
В один "прекрасный" день я обратил внимание что моя система полива увлажняет почву без лишней надобности, при проверке датчика я извлек щуп из почвы и вот что я увидел:

Из-за коррозии между щупами появляется дополнительное сопротивление в результате которого сигнал становиться меньше и arduino считает что почва сухая. По скольку Я использую аналоговый сигнал то схему с цифровым выходом на компараторе я делать не буду для упрощения схемы.

На схеме изображен компаратор датчика влажности почвы, красным цветом отмечена часть которая преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Не отмеченная часть это часть необходимая нам для преобразование влажности в аналоговый сигнал, мы ее и будем использовать. Чуть ниже я привел схему подключение щупов к arduino.

Левая часть схемы показывает как щупы подключаются к arduino, а правую часть (с резистором R2) я привел для того что бы показать за счет чего меняются показания АЦП. Когда щупы опущены в землю между ними образуется сопротивление (на схеме я отобразил его условно R2), если почва сухая то сопротивление бесконечно большое, а если влажное то оно стремиться к 0. Так как два сопротивления R1 и R2 образуют делитель напряжение, а средней точкой является выход (out a0) то от величины сопротивления R2 зависит напряжение на выходе. К примеру если сопротивление R2=10Kom то напряжение будет 2,5В. Можно сопротивление запаять на проводах что бы не делать дополнительных развязок, для стабильности показаний можно добавить конденсатор 0,01мкФ между - питания и out. схема подключение следующая:

Поскольку с электрической частью мы разобрались, можно перейти к механической части. Для изготовления щупов лучше использовать материал менее всего подверженного коррозии что бы продлить жизнь датчика. Можно использовать "нержавейку" или оцинкованный метал, форму можно выбрать любую, даже можно использовать два куска проволочки. Я для щупов выбрал "оцинковку", в качестве фиксирующего материал использовал небольшой кусок гетинакса. Так же стоит учесть что настояния между щупами должно быть 5мм-10мм, но не стоит делать больше. На концы оцинковки я напаял провода датчика. Вот что получилось в итоге:

Не стал делать подробный фото отчет, все и так просто. Ну и фото в работе:

Как я уже раньше указывал лучше использовать датчик только в момент измерений. Оптимальный вариант включение через транзисторный ключ, но так как потребление тока у меня составило 0,4мА можно включить на прямую. Для подачи напряжения во время замеров можно подключить контакт датчика VCC к пину ШИМ или использовать цифровой выход на момент измерений подавать высокий (HIGH) уровень, а потом устанавливать низкий. Так же стоит учесть что после подачи напряжения на датчик необходимо выждать некоторое время для стабилизации показаний. Пример через ШИМ:

Int sensor = A0; int power_sensor = 3;

void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
analogWrite(power_sensor, 0);
}

void loop() {

delay(10000);
Serial.print("Suhost" : ");
Serial.println(analogRead(sensor));
analogWrite(power_sensor, 255);
delay(10000);
}

Спасибо всем за внимание!

Прибор, которым измеряют уровень влажности, называется гигрометром или просто датчиком влажности. В повседневной жизни влажность выступает немаловажным параметром, и часто не только для самой обычной жизни, но и для различной техники, и для сельского хозяйства (влажность почвы) и много для чего еще.

В частности, от степени влажности воздуха немало зависит наше самочувствие. Особенно чувствительными к влажности являются метеозависимые люди, а также люди, страдающие гипертонической болезнью, бронхиальной астмой, заболеваниями сердечно-сосудистой системы.

При высокой сухости воздуха даже здоровые люди ощущают дискомфорт, сонливость, зуд и раздражение кожных покровов. Часто сухой воздух может спровоцировать заболевания дыхательной системы, начиная с ОРЗ и ОРВИ, и заканчивая даже пневмонией.

На предприятиях влажность воздуха способна влиять на сохранность продукции и оборудования, а в сельском хозяйстве однозначно влияние влажности почвы на плодородие и т. д. Здесь и спасает применение датчиков влажности — гигрометров .

Какие-то технические приборы изначально калибруются под строго требуемую важность, и иногда чтобы провести точную настройку прибора, важно располагать точным значением влажности в окружающей среде.

Влажность может измеряться несколькими из возможных величин:

Для определения влажности как воздуха, так и других газов, измерения проводятся в граммах на кубометр, когда речь об абсолютном значении влажности, либо в единицах RH, когда речь о влажности относительной.

Для измеряется влажности твердых тел или в жидкостях подходят измерения в процентах от массы исследуемых образцов.

Для определения влажности плохо смешиваемых жидкостей, единицами измерения будут служить ppm (сколько частей воды приходится на 1000000 частей веса образца).

По принципу действия, гигрометры делятся на:

емкостные;

резистивные;

термисторные;

оптические;

электронные.

Емкостные гигрометры, в самом простом случае, представляют собой конденсаторы с воздухом в качестве диэлектрика в зазоре. Известно, что у воздуха диэлектрическая проницаемость непосредственно связана с влажностью, а изменения влажности диэлектрика приводят и к изменениям в емкости воздушного конденсатора.

Более сложный вариант емкостного датчика влажности в воздушном зазоре содержит диэлектрик, с диэлектрической проницаемостью, могущей сильно меняться под влиянием на него влажности. Данный подход делает качество датчика лучше, чем просто с воздухом между обкладками конденсатора.

Второй вариант хорошо подходит для проведения измерений относительно содержания воды в твердых веществах. Исследуемый объект размещается между обкладками такого конденсатора, к примеру объектом может быть таблетка, а сам конденсатор присоединяется к колебательному контуру и к электронному генератору, при этом измеряется собственная частота полученного контура, и по измеренной частоте «вычисляется» емкость, полученная при внесении исследуемого образца.

Безусловно, данный метод обладает и некоторыми недостатками, например при влажности образца ниже 0.5% он будет неточным, кроме того, измеряемый образец должен быть очищен от частиц, имеющих высокую диэлектрическую проницаемость, к тому же важна и форма образца в процессе измерений, она не должна изменяться в ходе исследования.

Третий тип емкостного датчика влажности - это емкостный тонкопленочный гигрометр. Он включает в себя подложку, на которую нанесены два гребенчатых электрода. Гребенчатые электроды играют в данном случае роль обкладок. С целью термокомпенсации в датчик дополнительно вводят еще и два термодатчика.

Такой датчик включает в себя два электрода, которые нанесены на подложку, а поверх на сами электроды нанесен слой материала, который отличается достаточно малым сопротивлением, сильно, однако, меняющимся в зависимости от влажности.

Подходящим материалом в устройстве может выступать оксид алюминия. Данный оксид хорошо поглощает из внешней среды воду, при этом удельное сопротивление его заметно изменяется. В результате общее сопротивление цепи измерения такого датчика будет значительно зависеть от влажности. Так, об уровне влажности станет свидетельствовать величина протекающего тока. Достоинство датчиков такого типа - малая их цена.

Термисторный гигрометр состоит из пары одинаковых термисторов. К слову напомним, что — это нелинейный электронный компонент, сопротивление которого сильно зависит от его температуры.

Один из включенных в схему термисторов размещают в герметичной камере с сухим воздухом. А другой - в камере с отверстиями, через которые в нее поступает воздух с характерной влажностью, значение которой требуется измерить. Термисторы соединяют по мостовой схеме, на одну из диагоналей моста подается напряжение, а с другой диагонали считывают показания.

В случае, когда напряжение на выходных клеммах равно нулю, температуры обоих компонентов равны, следовательно одинакова и влажность. В случае, когда на выходе будет получено не нулевое напряжение, то это свидетельствует о наличии разности влажностей в камерах. Так, по значению полученного при измерениях напряжения определяют влажность.

У неискушенного исследователя может возникнуть справедливый вопрос, почему же температура термистора меняется при его взаимодействии с влажным воздухом? А дело все в том, что при увеличении влажности, с корпуса термистора начинает испаряться вода, при этом температура корпуса уменьшается, и чем выше влажность, тем более интенсивно происходит испарение, и тем стремительнее остывает термистор.

4) Оптический (конденсационный) датчик влажности

Этот вид датчиков наиболее точен. В основе работы оптического датчика влажности — явление связанной с понятием «точка росы». В момент достижения температурой точки росы, газообразная и жидкая фазы - в условии термодинамического равновесия.

Так, если взять стекло, и установит в газообразной среде, где температура в момент исследования выше точки росы, а затем начать процесс охлаждения данного стекла, то при конкретном значении температуры на поверхности стекла начнет образовываться водяной конденсат, это водяной пар станет переходить в жидкую фазу. Данная температура и будет как раз точкой росы.

Так вот, температура точки росы неразрывно связана и зависит от таких параметров как влажность и давление в окружающей среде. В результате, имея возможность измерения давления и температуры точки росы, получится легко определить и влажность. Этот принцип служит основой для функционирования оптических датчиков влажности.

Простейшая схема такого датчика состоит из светодиода, светящего на зеркальную поверхность. Зеркало же отражает свет, меняя его направление, и направляя на фотодетектор. В данном случае зеркало можно подогревать или охлаждать посредством специального устройства регулирования температуры высокой точности. Часто таким устройством выступает термоэлектрический насос. Конечно же, на зеркало устанавливают датчик для измерения температуры.

Прежде чем начать измерения, температуру зеркала выставляют на значение, которое заведомо выше температуры точки росы. Дальше осуществляют постепенное охлаждение зеркала. В момент, когда температура начнет пересекать точку росы, на поверхности зеркала тут же начнут конденсироваться капли воды, и световой луч от диода приломится из-за них, рассеется, а это приведет к уменьшению тока в цепи фотодетектора. Через обратную связь фотодетектор взаимодействует с регулятором температуры зеркала.

Так, опираясь на информацию, полученную в форме сигналов от фотодетектора, регулятор температуры станет удерживать температуру на поверхности зеркала точно равной точке росы, а термодатчик соответственно покажет температуру. Так, при известных давлении и температуре можно точно определить основные показатели влажности.

Оптический датчик влажности обладает самой высокой точностью, недостижимой другими типами датчиков, плюс отсутствие гистерезиса. Недостаток — самая высокая цена из всех, плюс большое потребление электроэнергии. К тому же необходимо следить за тем, чтобы зеркало было чистым.

Принцип работы электронного датчика влажности воздуха основан на изменении концентрации электролита, покрывающего собой любой электроизоляционный материал. Существуют такие приборы с автоматическим подогревом с привязкой к точке росы.

Часто точка росы измеряется над концентрированным раствором хлорида лития, который является очень чувствительным к минимальным изменениям влажности. Для максимального удобства такой гигрометр зачастую дополнительно оборудуют термометром. Этот прибор обладает высокой точностью и малой погрешностью. Он способен измерять влажность независимо от температуры окружающей среды.

Популярны и простые электронные гигрометры в форме двух электродов, которые просто втыкаются в почву, контролируя ее влажность по степени проводимости в зависимости от этой самой влажности. Такие сенсоры популярны у поклонников , поскольку можно легко настроить автоматический полив грядки или цветка в горшке, на случай если поливать в ручную некогда или не удобно.

Прежде чем купить датчик, подумайте, что вам нужно будет измерять, относительную или абсолютную влажность, воздуха или почвы, каков предвидится диапазон измерений, важен ли гистерезис, и какая нужна точность. Самый точный датчик — оптический. Обратите внимание на класс защиты IP, на диапазон рабочих температур, в зависимости от конкретных условий, где будет использоваться датчик, подойдут ли вам параметры.

Автоматика заметно упрощает жизнь обладателя теплицы либо приусадебного участка. Автоматическая совокупность полива избавит от однообразной повторяющейся работы, а избежать избытка воды окажет помощь датчик влажности земли — собственными руками таковой прибор собрать не так уж сложно. На помощь садоводу приходят законы физики: влага в грунте делается проводником электрических импульсов, и чем ее больше, тем ниже сопротивление.

При понижении влажности сопротивление возрастает, и это оказывает помощь отследить оптимальное время полива.

Конструкция и принцип работы датчика влажности

Конструкция датчика влажности земли представляет собой два проводника, каковые подключаются к не сильный источнику энергии, в схеме обязан находиться резистор. Когда количество жидкости в пространстве между электродами растет, сопротивление понижается, и сила тока возрастает.

Влага высыхает – сопротивление растет, сила тока понижается.

Потому, что электроды будут пребывать во мокрой среде, их рекомендуется включать через ключ, дабы уменьшить разрушительное влияние коррозии. В простое время совокупность стоит отключённой и запускается лишь для проверки влажности нажатием кнопки.

Датчики влажности земли для того чтобы типа возможно устанавливать в теплицах – они снабжают контроль за автоматическим поливом, исходя из этого совокупность может функционировать по большому счету без участия человека. В этом случае совокупность постоянно будет пребывать в рабочем состоянии, но состояние электродов нужно будет контролировать, дабы они не испортились под действием коррозии. Подобные устройства возможно устанавливать на газонах и грядках на открытом воздухе – они разрешат мгновенно взять необходимую информацию.

Наряду с этим совокупность выясняется намного правильнее несложного тактильного ощущения. В случае если человек будет вычислять почву всецело сухой, датчик продемонстрирует до 100 единиц влажности грунта (при оценке в десятеричной совокупности), сразу после полива это значение вырастает до 600-700 единиц.

Затем датчик разрешит осуществлять контроль изменение содержания влажности в грунте.

В случае если датчик предполагается применять на улице, его верхнюю часть нужно шепетильно загерметизировать, дабы не допустить искажения информации. Для этого ее возможно покрыть влагонепроницаемой эпоксидной смолой.

Сборка датчика влажности собственными руками

Конструкция датчика планирует следующим образом:

• Главная часть – два электрода, диаметр которых образовывает 3-4 мм, они прикрепляются к основанию, изготовленному из текстолита либо другого материала, защищенного от коррозии.
• На одном финише электродов необходимо нарезать резьбу, иначе они делаются заостренными для более эргономичного погружения в грунт.
• В пластине из текстолита просверливаются отверстия, в каковые вкручиваются электроды, их необходимо закрепить гайками с шайбами.
• Под шайбы необходимо завести исходящие провода, по окончании чего электроды изолируются. Протяженность электродов, каковые будут погружаться в грунт, образовывает около 4-10 см. в зависимости от применяемой емкости либо открытой грядки.
• Для работы датчика потребуется источник тока силой 35 мА, совокупность требует напряжения 5В. В зависимости от количества жидкости в земле диапазон возвращаемого сигнала составит 0-4,2 В. Утраты на сопротивление покажут количество воды в грунте.
• Подключение датчика влажности земли проводится через 3 провода к процессору, для данной цели возможно купить, к примеру, Arduino. Контроллер разрешит соединить совокупность с зуммером для подачи звукового сигнала при чрезмерном уменьшении влажности земли, либо к светодиоду, яркость освещения будет изменяться при трансформациях в работе датчика.

Такое самодельное устройство может стать частью автополива в совокупности Умный дом, к примеру, с применением Ethernet-контроллера MegD-328. Веб-интерфейс показывает уровень влажности в 10-битной совокупности: диапазон от 0 до 300 показывает, что почва совсем сухая, 300-700 – в земле хватает влаги, более 700 – почва мокрая, и полив не нужно.

Конструкция, складывающаяся из контроллера, реле и элемента питания убирается в любой подходящий корпус, для которого возможно приспособить любую пластиковую коробочку.

Дома применение для того чтобы датчика влажности будет весьма несложным и вместе с тем надежным.

Сферы применения датчика влажности

Использование датчика влажности грунта возможно самым разнообразным. Чаще всего они употребляются в совокупностях автополива и ручного полива растений:

1. Их возможно установить в цветочных горшках, в случае если растения чувствительны к уровню воды в грунте. В случае если речь заходит о суккулентах, к примеру, о кактусах, нужно вбирать долгие электроды, каковые будут реагировать на трансформацию уровня влажности конкретно у корней. Их кроме этого возможно применять для других растений и фиалок с хрупкой корневой совокупностью. Подключение к светодиоду разрешит определить, в то время, когда пора проводить полив.
2. Они незаменимы для организации полива растений в теплице. По подобному принципу кроме этого планируют датчики влажности воздуха, каковые необходимы для запуска в работу совокупности опрыскивания растений. Все это разрешит автоматическим образом обеспечить нормальный уровень и полив растений атмосферной влажности.
3. На даче применение датчиков разрешит не держать в памяти время полива каждой грядки, электротехника сама поведает о количестве воды в грунте. Это разрешит не допустить избыточного полива, в случае если сравнительно не так давно прошел ливень.
4. Использование датчиков весьма комфортно и в некоторых вторых случаях. К примеру, они разрешат осуществлять контроль влажность грунта в подвале и под домом вблизи фундамента. В квартире его возможно установить под мойкой: в случае если труба начнет капать, об этом тут же скажет автоматика, и возможно будет избежать последующего ремонта и затопления соседей.
5. Простое устройство датчика разрешит всего за пара дней всецело оборудовать совокупностью оповещения все проблемные участки дома и сада. В случае если электроды достаточно долгие, с их помощью возможно будет осуществлять контроль уровень воды, например, в неестественном маленьком водоеме.

Независимое изготовление датчика окажет помощь оборудовать дом автоматической совокупностью контроля с минимальными затратами.

Комплектующие фабричного производства легко купить через интернет либо в специальном магазине, солидную часть устройств возможно собрать из материалов, каковые постоянно найдутся в доме любителя электротехники.

Датчик влажности земли собственными руками. Новичок AVR.

Датчик влажности почвы своими руками. Новичок AVR.

Поэт Андрей Вознесенский однажды сказал так: «лень - двигатель прогресса». Пожалуй, трудно не согласиться с этой фразой, ведь большинство электронных устройств создаются именно с той целью, чтобы облегчить нашу с вами повседневную жизнь, полную забот и всяких разных суетных дел.

Если вы сейчас читаете эту статью, то вас, наверное, очень утомляет процесс полива цветов. Ведь цветы - существа нежные, чуть их перельёшь, недовольны, забудешь полить на денёк, так всё, они вот-вот увянут. А сколько цветов в мире погибло лишь от того, что их хозяева уехали в отпуск на недельку, оставив зелёных бедолаг чахнуть в сухом горшке! Страшно представить.

Именно для предотвращения таких ужасных ситуаций придуманы системы автоматического полива. На горшок устанавливается датчик, замеряющий влажность почвы - он представляет собой для металлических прутка из нержавеющей стали, воткнутые в землю на расстоянии сантиметра друг от друга.

По проводам они подключаются к схеме, задача которой открывать реле только тогда, когда влажность упадёт ниже заданной и закрывать реле в тот момент, когда почва вновь насытится влагой. Реле, в своё очередь, управляет насосом, который качает воду из резервуара прямо под корень растению.

Схема датчика

Как известно, электропроводимость сухой и влажной почвы отличается довольно значительно, именно этот факт лежит в основе работы датчика. Резистор номиналом 10 кОм и участок почвы между прутками образуют делитель напряжения, их средняя точка подключается напрямую на вход ОУ. На другой вход ОУ напряжение подаётся со средней точки переменного резистора, т.е. его можно настраивать от нуля до напряжения питания. С его помощью выставляется порог переключения компаратора, в роли которого и работает ОУ. Как только напряжение на одном его входе превысит напряжение на другом - на выходе окажется логическая «1», загорится светодиод, транзистор откроется и включит реле. Транзистор можно применить любой, структуры PNP, подходящий по току и напряжению, например, КТ3107 или КТ814. Операционный усилитель TL072 или любой аналогичный, например, RC4558. Параллельно обмотке реле следует поставить маломощный диод, например, 1n4148. Напряжение питания схемы - 12 вольт.

Из-за длинных проводов от горшка до самой платы может возникнуть такая ситуация, что реле переключается не чётко, а начинает щёлкать с частотой переменного тока в сети, и только спустя какое-то время устанавливается в открытом положении. Для устранения этого нехорошего явления следует поставить электролитический конденсатор ёмкостью 10-100 мкФ параллельно датчику. Архив с платой . Удачной сборки! Автор - Дмитрий С.

Обсудить статью СХЕМА ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ