Датчики влажности почвы для теплиц своими руками

Датчик влажности почвы своими руками

Пожалуй, у каждого из нас были такие моменты, когда нужно куда-нибудь уехать на недельку-две, всё бы хорошо, но вот кто позаботится о комнатных растениях? Одна неделя без полива запросто может оказаться роковой для цветов на подоконнике, особенно если дело происходит летом. Да и просто так, ради интереса автоматизировать процесс полива цветов хотелось бы многим. Ключевой элемент таких автоматизированных систем — датчик влажности почвы, который должен безошибочно срабатывать, когда почва подсохнет. Схема такого датчика представлена ниже.

Она основана на операционном усилителе, который работает в качестве компаратора, сравнивая напряжение на своих входах. К каждому из входов подключен делитель напряжения — в одном случае он представляет собой потенциометр, позволяющий вручную установить напряжение, а вот втором — делитель из постоянного резистора и почвенного щупа. Как известно, при иссушении земли её электрическое сопротивление увеличивается, именно этот эффект и регистрирует датчик. Потенциометром мы можем настраивать порог, при какой влажности почвы произойдёт срабатывание. В схеме можно использовать любой операционный усилитель, по распиновке на плату подойдут TL062, TL072, TL082, RC4558, NE5532.

Схема содержит два светодиода, красный и зелёный (цвета можно брать любые) — красный горит всегда, когда плата подключена к питанию, а зелёный загорается тогда, тогда влажность почвы падает до определённого порога. Через резистор выход операционного усилителя управляет базой транзистора, который, в свою очередь, коммутирует обмотку реле. Можно применить транзисторы КТ3107, КТ814 или другие PNP структуры с током не менее 100 мА, а лучше больше. Щуп, который находится в земле в самом простейшем случае может представлять собой две толстые проволочки длиной 4-5 см, воткнутые в землю на расстоянии 1-2 см друг от друга. Необходимо выбирать такие материалы, которые не окисляются и не ржавеют в земле. Также можно использовать готовые щупы, один из таких приведён на фото ниже.

Схема собирается на небольшой печатной плате, файл с которой прикреплён к статье. Плата содержит клеммную колонку на 6 контактов: 2 для питания, 2 для подключения реле и ещё 2 для подключения щупа. Следует отметить, что на выход схемы не обязательно подключать реле. Это может быть просто световой индикатор, сирена либо любой другое маломощное электронное устройство. Также схему можно усовершенствовать, поставив более мощный PNP транзистор, в этом случае схема сможет напрямую коммутировать мощную нагрузку, например, водяной насос. Удачной сборки!

Источник статьи: http://usamodelkina.ru/17974-datchik-vlazhnosti-pochvy-svoimi-rukami.html

Сделай сам своими руками О бюджетном решении технических, и не только, задач.

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://oldoctober.com/

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.

R1 = 22MΩ R2, R9 = 12kΩ R3 = 470kΩ R4 = 30kΩ R5 = 47kΩ R6 = 1MΩ R7 = 5,1MΩ R8 = 22MΩ

C1 = 1µF C2 = 1µF C3, C4 = 0,1µF C5 = 10µF DD1 = К561ЛЕ5 R9 = из расчёта 1kΩ на каждый Вольт напряжения питания.

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://oldoctober.com/

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.

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

Как это работает?

Прямоугольные импульсы большой длительности (поз.1), проходя через делитель напряжения, образованного элементами C2, R2, R3, Rпочвы, R4, C3, превращаются в короткие импульсы (поз.2). Эти импульсы через конденсатор С4 поступают на вход элемента DD1.3. Туда же, через резистор R6, поступает некоторый уровень постоянного напряжения (поз.3) с делителя напряжения R5.

Когда общий уровень напряжения на входе DD1.3 (поз.4) достигает порога срабатывания компаратора (отмечено красной точкой), запускается одновибратор на DD1.3, DD1.4. Длительность управляющего импульса на выходе DD1.4 определяется постоянной времени R7, C5.

Конструкция электродов.

Конструкция электродов должна обеспечить возможность измерения влажности почвы возле корней растения. Это особенно актуально для кактусов, полив которых осуществляется мизерным количеством воды.

Для изготовления электродов я сначала выбрал стальную углеродистую проволоку, но она слишком быстро заржавела, и её пришлось заменить на нержавеющею.

Для уменьшения уровня внешних электромагнитных помех, электроды соединяются со схемой экранированным кабелем, оплётка которого подключена к корпусу прибора.

А это детали, из которых были собраны электроды.

1. Винт М3х8.
2. Гровер М3.
3. Шайба М3.
4. Лепесток М3.
5. Втулка – сталь, Ø8х10мм.
6. Винт М3х6.
7. Пластина – стеклотекстолит S = 2мм.
8. Электрод – нерж. сталь Ø1,6х300мм.

Наверное, можно было бы выбрать и другой способ крепления электродов. Но, я выбрал такое крепление, чтобы можно было оперативно регулировать глубину погружения тридцатисантиметровых электродов в почву, а кабель, при этом, не создавал слишком большую нагрузку при погружении электродов в неглубокий горшок.

Источник статьи: http://oldoctober.com/ru/humidity_sensor/

Самодельный датчик влажности почвы лучше китайского

Так вот, с датчиком все нормально, но вот щуп за месяц ощутимо окислился и временами дает сбой в показаниях.

Как видите, пластина на щупе от коррозии превратилась в зеленый коралл и даже повреждена. При таких повреждениях чистка от окисления ничего не даст.

Если заказывать новый щуп, который стоит копейки , пройдёт больше месяца, прежде чем его доставят из Китая, он уже будет не актуален.

На ум пришла интересная идея: что если сделать щуп самому.

• Сэкономим деньги;
• Не потратим время;
• Рассада будет под контролем.
• Опять же, новый и бесценный опыт.

Точнее, использовать вместо стандартного щупа два нержавеющих электрода и клеммную колодку.

Эффект оказался тот же: те же показания.

Но я решил не останавливаться на достигнутом, и использовать эту конструкцию без применения датчика YL-38 , т. е. подсоединить к плате Arduino , но со стягивающим сопротивлением на 10 кОм.

Схема следующая, в дальнейшем можно добавить ещё элементы по мере необходимости и уже использовать в других проектах.

В программе XOD IDE для измерения влажности почвы использовал следующий алгоритм.

Как видите, показания меняются в зависимости от содержания воды в грунте.

В таком случае, есть ли смысл покупать китайские датчики, если можно обойтись и без них.

На этом сегодня все, надеюсь было интересно.

Готовую программу можете скачать по ссылке с Яндекс Диск .

Увлекаетесь конструированием на Arduino?

Вот ссылки, где можно приобрести выгодно и с быстрой доставкой платы Arduino UNO , но лучше купить Стартовый комплект для Arduino UNO , в котором уже находятся все компоненты для начального моделирования и программирования.

А ещё, Raspberry Pi 4 model B — покупайте у проверенного продавца и хорошего качества.

Хотите больше статей о программировании в программе XOD IDE, рекомендую перейти по ссылке в меню навигатора канала:

Спасибо, что дочитали статью до конца.

Надеюсь статья была вам полезна и интересна.

Понравилась статья, ставьте палец вверх.

Впереди ещё много интересного!

Вы можете помочь проекту в развитии:

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/wowelektro/samodelnyi-datchik-vlajnosti-pochvy-luchshe-kitaiskogo-5e690a57075f312cb699025a

Датчики влажности почвы своими руками

Влажность почвы во многом определяет условия всхожести сельскохозяйственных культур. Количество воды, содержащейся в грунте, определяют специальные датчики влажности почвы. Они широко применяются в сельском хозяйстве, при орошении земель, ботаническом садоводстве (см. рис.1).

Устройство детекторов влажности грунта

Для измерения используется объёмный или гравиметрический принцип. Почва состоит из воды, воздуха, минералов, органических веществ, а иногда и льда.

Как компонент, вода составляет определённый процент от общего количества вещества. Чтобы напрямую измерить содержание воды в почве, можно рассчитать процентное отношение по массе (гравиметрическое содержание воды), сравнив количество воды как массы с общей массой всего остального. Однако, поскольку этот метод является трудоемким, большинство исследователей используют датчики влажности почвы. (см. рис. 2).

Наиболее простой по конструкции ёмкостной датчик влажности почвы оценивает диэлектрическую проницаемость окружающей среды, которая является функцией содержания воды в почве. В конструкцию такого устройства входят:

1. Детекторы объёма воды в грунте.
2. Контактные щупы.
3. Потенциометр.
4. Компаратор.
5. Источник питания — аккумуляторный блок.
6. Корпус.

Два электрода позволяют электрическому току проходить через почву и, в соответствии с фактическим значением сопротивления грунта, измеряют уровень его влажности. Третий контакт используется в качестве базы, устанавливающей значение критическое значение данного показателя. Когда воды больше, почва становится более электропроводной, следовательно, её сопротивление будет меньше. Сухая же почва снижает проводимость. Таким образом, выходное напряжение повышается вместе с увеличением уровня влажности почвы.

При объединении датчика влажности, контроллера и GSM-модема можно получить станцию мониторинга, которая не только измеряет необходимые параметры, но и отправляет результаты на сервер или с помощью СМС на телефон — в случае отклонений от нормы или периодически по времени (в зависимости от настроек). Пример такой установки приведен на рис.2.

Измеритель влажности почвы быстро может быть получен с помощью платы Arduino, преобразователя напряжения и щупа FC-28. Для изготовления такого устройства потребуются навыки программирования, так как такой комплект потребует написания программы и прошивки платы (см. рис. 3).

Принцип функционирования прибора

Исходный сигнал передаётся через токопроводящие щупы и усиливается. Потенциометр преобразует значение напряжения в диэлектрическую проницаемость, и усредняет полученные значения по длине щупов. Обычно детекторы имеют зону воздействия длиной 20…40 мм относительно нижней поверхности корпуса. С увеличением длины чувствительность (особенно на крайних участках) возрастает. Для обеспечения необходимой точности измерений датчики подвергают предварительной калибровке.

Датчик влажности почвы позволяет оценивать потери влаги с течением времени из-за её испарения и жизнедеятельности растений. Прибором можно контролировать содержание влаги в почве, управляя орошением в теплицах и других закрытых помещениях (см. рис. 4).

• Рабочее напряжение: 2…5 В;
• Рабочий ток: 20…40 мА;
• Тип интерфейса: аналоговый или цифровой;
• Рабочая температура использования: 10°C … 30°C.

Для работы цифрового детектора его перед применением потребуется оснастить необходимым программным обеспечением.

Порядок применения

В большинстве современных конструкций датчиков предусматриваются и аналоговый, и цифровой выводы, которые следует подключить к щупам. Если выход – аналоговый, то на приборной панели будет указано значение влажности в процентах или относительных единицах. Если вывод – цифровой, то фактическое значение будет соотнесено с заданным. Если оно больше фактического, то на индикаторе высвечивается «1», а, если меньше – то «0».

Для цифровой техники важно установить необходимое программное обеспечение. Программа генерирует значение влажности в качестве выходного сигнала. Для калибровки используют различные типы почвы (минимум две — влажную и сухую), устанавливают требуемые границы влажности, после чего вставляют датчик в почву (см. рис. 5). Для приборов комбинированного типа рекомендуется проводить измерения сначала в аналоговом режиме, а затем в цифровом.

В зависимости от способа измерения щупы подключаются следующим образом:

• К источнику питания;
• К аналоговому выходу;
• К цифровому выходу;
• К заземлению.

Управляющий модуль, в который входит потенциометр, устанавливает пороговое значение, оно потом будет сравниваться компаратором. При достижении порогового значения влажности загорается выходной светодиод. Пользователь может устанавливать различные диапазоны значений влажности.

Как выбрать типоразмер детектора влаги

Прежде всего, устанавливают, какие из нижеследующих характеристик требуется получить:

• Объемное содержание воды в грунте.
• Водный потенциал почвы.
• Кривые выделения влаги.

Для выбора датчика важно верно принять тип почвы и её текстуру. Кроме того, точность показаний устройства ограничивается определённой площадью участка. Например, применительно к датчику влажности почвы для комнатных растений этот показатель несущественен, в то же время фермеру или агроному он весьма важен. Первичные сведения о типе грунта включают степень его засолённости (не более 10 дСм/м) и текстуру — форму и размеры составляющих его частиц, наличие слоёв, трещин и т.п. Точность работы возрастает, если прибор характеризуется минимальной чувствительностью к солям.

Тестирование детектора производят в следующей последовательности:

1. Включают влагомер.
2. Настраивают его на тот тип грунта, который предполагается исследовать на влажность.
3. Щупы вставляют в грунт на рекомендуемую глубину перпендикулярно поверхности до упора нижней плоскости корпуса в почву.
4. Снимают показания дисплея и сравнивают значения с эталонными для данных условий измерения.
5. Повторяют замер для участков почвы, которые располагаются на расстоянии 1,0…1,5 м. Разброс данных не должен превышать 0,5 %. Для неоднородных грунтов расстояния между точками замеров следует уменьшать.

Если грунт – сухой, то для улучшения ввода щупов почву допускается использовать деревянный молоточек, но при этом удары не должны восприниматься корпусом прибора.

Бесконтактные влагомеры: особенности применения

Такие измерители используют для работы электромагнитные колебания. Чувствительные элементы располагаются на задней панели прибора, поэтому для применения эту панель необходимо разместить параллельно поверхности грунта на расстоянии 3…5 мм от неё. Интенсивность создающегося при этом электромагнитного поля пропорционально удельной электропроводности среды, которая, в свою очередь, зависит от её влажности.

Преимущества такого рода измерительной техники заключаются в том, что глубина проникновения электромагнитных воле не зависит от плотности ввода щупов почву, а зона измерения не носит точечного характера (см. рис. 6). За одно измерение влажность определяется для участка объёмом до 100 см3, поэтому потребное количество замеров снижается. Поскольку следов от применения бесконтактного влагомера не остаётся, он может использоваться для определения влажности грунта контролирующей организацией.

Как самостоятельно изготовить датчик влажности

Датчик влажности почвы своими руками может стать экономичной альтернативой аналогичным гаджетам, доступным на рынке.

Его можно собрать из металлических зондов, которые вставляются в блок из гипса. Сопротивление между этими материалами даст уровни влажности, которые будут считываться с помощью аналогового измерительного прибора. Процесс изготовления устройства несложен:

1. В качестве зондов-штырей используются металлические гвозди, вставляемые в соломинки. Верхний конец следует скрепить клеем. Глубина свободного конца должна быть не менее 15 мм.
2. Для изготовления формы разводят гипсовую штукатурку, и при помощи отвёртки вставляют штыри в гипс. При этом рекомендуется слегка простучать по соломинкам, чтобы удалить оттуда воздух.
3. Краем отвёртки на торце штырей выполняется конус, после чего конструкции дают полностью высохнуть (это занимает не менее суток).
4. Форма прикрепляется к любой плоской поверхности, а лишняя часть соломинок обрезается. Ваш детектор влажности готов к тестированию.
5. Для проверки к выступающим гвоздям подключаются провода любого аналогового измерительного устройства. Это даст показания, которые будут стандартными для устройства в сухом состоянии.
6. Вставляют датчик влажности в почву так, чтобы полностью погрузить его верхнюю часть в почву. Разность показаний даст сравнительную оценку относительной влажности грунта.

Все работы необходимо производить в тонких резиновых перчатках (так как кожа человека проводит электричество). Это исключает влияние посторонних факторов на итоговый результат.

Видео по теме

Источник статьи: http://osensorax.ru/klimat/datchik-vlazhnosti-pochvy