Самодельный, стабильный датчик влажности почвы для автоматической поливальной установки

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.

Внимание!

Я не знаю, может ли длительное воздействие электрических импульсов оказать вредное воздействие на растения. Данная схема была использована только на стадии разработки поливальной машины.

В для полива растений я использовал другую схему, которая генерирует всего один короткий измерительный импульс в сутки, приуроченный ко времени полива растений.

Датчик влажности почвы Arduino предназначен для определения влажности земли, в которую он погружен. Он позволяет узнать о недостаточном или избыточном поливе ваших домашних или садовых растений. Подключение данного модуля к контроллеру позволяет автоматизировать процесс полива ваших растений, огорода или плантации (своего рода "умный полив").

Модуль состоит из двух частей: контактного щупа YL-69 и датчика YL-38, в комплекте идут провода для подключения.. Между двумя электродами щупа YL-69 создаётся небольшое напряжение. Если почва сухая, сопротивление велико и ток будет меньше. Если земля влажная - сопротивление меньше, ток - чуть больше. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени влажности. Щуп YL-69 соединен с датчиком YL-38 по двум проводам. Кроме контактов соединения с щупом, датчик YL-38 имеет четыре контакта для подключения к контроллеру.

• Vcc – питание датчика;
• GND – земля;
• A0 - аналоговое значение;
• D0 – цифровое значение уровня влажности.

Датчик YL-38 построен на основе компаратора LM393, который выдает напряжение на выход D0 по принципу: влажная почва – низкий логический уровень, сухая почва – высокий логический уровень. Уровень определяется пороговым значением, которое можно регулировать с помощью потенциометра. На вывод A0 подается аналоговое значение, которое можно передавать в контроллер для дальнейшей обработки, анализа и принятия решений. Датчик YL-38 имеет два светодиода, сигнализирующих о наличие поступающего на датчик питания и уровня цифрового сигналы на выходе D0. Наличие цифрового вывода D0 и светодиода уровня D0 позволяет использовать модуль автономно, без подключения к контроллеру.

Технические характеристики модуля

• Напряжение питания: 3.3-5 В;
• Ток потребления 35 мА;
• Выход: цифровой и аналоговый;
• Размер модуля: 16x30 мм;
• Размер щупа: 20x60 мм;
• Общий вес: 7.5 г.

Пример использования

Рассмотрим подключение датчика влажности почвы к Arduino. Создадим проект индикатора уровня влажности почвы для комнатного растения (ваш любимый цветок, который вы иногда забываете поливать). Для индикации уровня влажности почвы будем использовать 8 светодиодов. Для проекта нам понадобятся следующие детали:

• Плата Arduino Uno
• Датчик влажности почвы
• 8 светодиодов
• Макетная плата
• Соединительные провода.

Соберем схему, показанную на рисунке ниже

Запустим Arduino IDE. Создадим новый скетч и внесем в него следующие строчки: // Датчик влажности почвы // http://сайт // контакт подключения аналогового выхода датчика int aPin=A0; // контакты подключения светодиодов индикации int ledPins={4,5,6,7,8,9,10,11}; // переменная для сохранения значения датчика int avalue=0; // переменная количества светящихся светодиодов int countled=8; // значение полного полива int minvalue=220; // значение критической сухости int maxvalue=600; void setup() { // инициализация последовательного порта Serial.begin(9600); // настройка выводов индикации светодиодов // в режим OUTPUT for(int i=0;i<8;i++) { pinMode(ledPins[i],OUTPUT); } } void loop() { // получение значения с аналогового вывода датчика avalue=analogRead(aPin); // вывод значения в монитор последовательного порта Arduino Serial.print("avalue=");Serial.println(avalue); // масштабируем значение на 8 светодиодов countled=map(avalue,maxvalue,minvalue,0,7); // индикация уровня влажности for(int i=0;i<8;i++) { if(i<=countled) digitalWrite(ledPins[i],HIGH); //зажигаем светодиод else digitalWrite(ledPins[i],LOW); // гасим светодиод } // пауза перед следующим получением значения 1000 мс delay(1000); } Аналоговый вывод датчика подключен к аналоговому входу Arduino, который представляет собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с разрешением 10 бит, что позволяет на выходе получать значения от 0 до 1023. Значение переменных для полного полива (minvalue) и сильной сухости почвы (maxvalue) получим экспериментально. Большей сухости почвы соответствует большее значение аналогового сигнала. С помощью функции map масштабируем аналоговое значение датчика в значение нашего светодиодного индикатора. Чем больше влажность почвы, тем больше значение светодиодного индикатора (количество зажженных светодиодов). Подключив данный индикатор к цветку, мы издали можем видеть на индикаторе степень влажности и при определять необходимость полива.

Часто задаваемые вопросы FAQ

1. Не горит светодиод питания

• Проверьте наличие и полярность подаваемого на датчик YL-38 питания (3,3 – 5 В).

2. При поливе почвы не загорается светодиод индикации влажности почвы

• Настройте потенциометром порог срабатывания. Проверьте соединение датчика YL-38 с щупом YL-69.

3. При поливе почвы не изменяется значение выходного аналогового сигнала

• Проверьте соединение датчика YL-38 с щупом YL-69.

• Проверьте наличие щупа в земле.

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

Не все владельцы садов и огородов имеют возможность каждый день ухаживать за своими посадками. Тем не менее без своевременного полива нельзя рассчитывать на хороший урожай.

Решением проблемы станет автоматическая система, позволяющая добиться того, чтобы грунт на вашем участке сохранял требуемую степень влажности на протяжении всего вашего отсутствия. Главной составляющей частью любого автополива является датчик влажности почвы.

Понятие датчика влажности

Датчик влажности ещё имеет другие названия. Его называют влагомером или сенсором влажности.

Как видно на фото датчиков влажности почвы, такое устройство представляет собой прибор, состоящий из двух проводов, подключённых к слабому источнику электроэнергии.

При росте влажности между электродами сила тока и сопротивление снижаются и наоборот, если воды в грунте становится недостаточно, данные показатели увеличиваются. Устройство включается простым нажатием кнопки.

Следует учитывать, что электроды будут находиться во влажной почве. Поэтому включение прибора рекомендуется осуществлять через ключ. Такой приём уменьшит отрицательное воздействие коррозии.

Зачем необходим данный прибор

Влагомеры устанавливают не только на открытом грунте, но и в теплицах. Контроль времени полива – вот для чего используют датчики влажности почвы. Вам не понадобиться ничего делать, лишь включить устройство. После оно будет работать без вашего участия.

Однако огородникам и садоводам следует отслеживать состояние электродов, поскольку они могут подвергнуться коррозионному разрушению и в результате выйти из строя.

Виды датчиков влажности почвы

Рассмотрим, какие бывают датчики влажности почвы. Их принято делить на:

Емкостные. Их конструкция схожа с воздушным конденсатором. В основе работы лежит изменение диэлектрических свойств воздуха в зависимости от его влажности, которое вызывает увеличение или снижение ёмкости.

Резистивные. Принцип их действия заключается в изменении сопротивления гигроскопического материала в зависимости от того, сколько влаги в нём содержится.

Психометрические. Принцип работы и схема устройства таких датчиков будут посложнее. В основе лежит физическое свойство потери тепла при испарении. Прибор состоит из сухого и влажного детектора. По разнице температур между ними и судят о количестве водяных паров в воздухе.

Аспирационные. Данный вид во многом схож с предыдущим, отличие составляет вентилятор, который служит для нагнетания воздушной смеси. Аспирационные приборы определения влажности используют в местах со слабым или прерывистым движением воздуха.

Какой датчик влажности выбрать зависит от каждого конкретного случая. На выбор прибора влияют и особенности установленной у вас системы автоматического полива и ваши финансовые возможности.

Материалы, необходимые для создания датчика своими руками

Если вы решили заняться изготовлением влагомера собственноручно, то вам нужно подготовить:

• электроды диаметром 3-4 мм – 2 шт.;
• текстолитовое основание;
• гайки и шайбы.

Инструкция по изготовлению

Как же сделать датчик влажности почвы своими руками? Вот краткий инструктаж:

• Шаг 1. Прикрепляем электроды к основанию.
• Шаг 2. Нарезаем на концах электродов резьбу и заостряем с обратной стороны для более лёгкого погружения в почву.
• Шаг.3. Делаем в основании отверстия и вкручиваем в них электроды. В качестве крепёжных элементов используем гайки и шайбы.
• Шаг 4. Подбираем нужные провода, которые подойдут к шайбам.
• Шаг 5. Изолируем электроды. Углубляем их в грунт на 5 – 10 см.

Обратите внимание!

Для работы датчика требуются: сила тока в 35 мА и напряжение в 5 В. В конце подключаем прибор, используя три провода, которые присоединяем к микропроцессору.

Контроллер позволяет скомбинировать датчик с зуммером. После этого подаётся сигнал, если количество влаги в почве резко уменьшается. Альтернативой звукового сигнала может служить загорание лампочки.

Датчик влажности почвы, без сомнения, вещь в хозяйстве нужная. Если у вас есть дача или огород, то непременно озаботьтесь его приобретением. Причём прибор вовсе не обязательно покупать, поскольку можно легко сделать самим.

Фото датчиков влажности почвы

Обратите внимание!

Обратите внимание!