Система полива для теплиц с датчиком влажности

Автоматизация системы полива для теплиц с помощью датчиков влажности почвы

Полив растений в теплицах нужно проводить регулярно. Делать это вручную — довольно тяжело и трудозатратно, а значит процесс полива необходимо автоматизировать. Как правило, это несложно, но неэффективно с точки зрения расхода ценного и ограниченного ресурса — воды.

Часто для управления автоматическими системами полива используют таймеры, которые, однако, не учитывают ежедневные изменения уровня потребления воды растениями, связанные с их ростом и изменениями температуры, освещенности или влажности окружающей среды.

Эту проблему можно решить с помощью датчиков объемной влажности почвы. Например, датчики влажности почвы Decagon EC-5 достаточно компактны (длина менее 9 см) и способны измерять объемную влажность гидропонных субстратов. С их помощью автоматизированная система полива может работать учитывая реальное потребление воды растениями. Механизм работы такой системы выглядит примерно так: когда растения начинают потреблять воду из субстрата, датчики влажности фиксируют снижение его влажности и, на основе поступающих от датчиков данных, автоматика, управляющая поливом, повышает подачу воды в оросители. Применение такой системы во-первых, снижает расход воды, а во-вторых, для растений всегда доступен оптимальный объем влаги и нет опасности выщелачивания. При этом не требуется дорогостоящая замкнутая система полива или большой водоем.

Как система работает на практике?

Для практического подтверждения был построен прототип автоматизированной системы полива петуний (Petunia nyctaginiflora) на основе датчиков влажности почвы Decagon EC-5 и регистратора данных.

После высаживания рассады, субстрат был обильно увлажнен, после чего система была настроена на поддержание влажности субстрата в лотках с петуниями на уровне от 5 до 40% в течение 20 дней.

По итогам эксперимента прототип продемонстрировал работоспособность системы: например, как только субстрат в одном из контейнеров начинал подсыхать, автоматика начинала орошение именно этого контейнера.

Несмотря на то, что, в целом, влажность поддерживалась на уровне чуть выше заданной и объем орошения был достаточно высоким, вымывания субстрата не происходило — даже самое крупное растение получило всего 650 мл. воды в течение последних 20 дней эксперимента. Средний расход воды на 1 растение — от 20 мл. (чуть больше столовой ложки) до 45 мл. воды в день.

К тому же, т.к., рост растений сильно коррелирует с объемом получаемой ими воды, управление объемом полива на основе данных о влажности субстрата вполне может позволить управлять размерами сильно разрастающихся растений.

В ходе эксперимента влажность субстрата поддерживалась на заданном уровне автоматически, на основании данных, поступающих от датчиков влажности почвы

Как автоматизированную систему могут использовать сельхозпроизводители?

Разумеется, датчики влажности почвы — это только часть автоматизированной системы. Также необходим контроллер, который будет получать информацию с датчиков и управлять подачей воды в оросители. Такие контроллеры, например, разрабатывает компания Brower Electronics Laboratories (Питтсборо, штат Северная Каролина, США).

Однако, в некоторых случаях, вполне достаточно датчиков влажности и регистратора данных Decagon: с помощью портативного регистратора можно легко собирать данные с установленных в поле датчиков и передавать их в компьютер для ведения наблюдений и анализа полученных данных.

Компания Decagon Devices непрерывно работает над разработкой новых приборов. Вполне вероятно, что скоро пользователи получат в свое распоряжение датчики, которые дадут возможность понять, как различается потребление влаги растениями, расположенными на разном расстоянии от охлаждающих или вентилирующих устройств.

Также остается популярным датчик Decagon 5ТЕ, позволяющий автоматически управлять орошением и удобрением одновременно.

Источник статьи: http://decagon.ru/soil/greenhouse-automation/

Датчик влажности почвы в системах автоматического полива

Многие огородники и садоводы лишены возможности ежедневно ухаживать за посаженными овощами, ягодами, фруктовыми деревьями в силу загруженности по работе или во время отпуска. Тем не менее, растения нуждаются в своевременном поливе. С помощью простых автоматизированных систем можно добиться того, что почва на вашем участке будет сохранять необходимую и стабильную влажность на протяжении всего вашего отсутствия. Для построения огородной системы автополива потребуется основной контрольный элемент – датчик влажности почвы.

Датчик влажности

Датчики влажности также называют иногда влагомерами или сенсорами влажности. Почти все предлагаемые на рынке влагомеры почвы измеряют влажность резистивным способом. Это не совсем точный метод, потому что он не учитывает электролизные свойства измеряемого объекта. Показания прибора могут быть разными при одной и той же влажности грунта, но с разной кислотностью или содержанием солей. Но огородникам-экспериментаторам не столь важны абсолютные показания приборов, как относительные, которые можно настроить для исполнительного устройства подачи воды в определенных условиях.

Суть резистивного метода заключается в том, что прибор измеряет сопротивление между двумя проводниками, помещенными в грунт на расстоянии 2-3 см друг от друга. Это обычный омметр, который входит в любой цифровой или аналоговый тестер. Раньше такие инструменты называли авометрами.

Также существуют приборы со встроенным или выносным индикатором для оперативного контроля над состоянием почвы.

Легко сделать замер разницы проводимости электрического тока перед поливом и после полива на примере горшка с домашним растением алоэ. Показания до полива 101.0 кОм.

Показания после полива через 5 минут 12.65 кОм.

Но обычный тестер лишь покажет сопротивление участка почвы между электродами, но не сможет помочь в автополиве.

Принцип действия автоматики

В системах автополива обычно действует правило «поливай или не поливай». Как правило, никто не нуждается в регулировании силы напора воды. Это связано с использованием дорогостоящих управляемых клапанов и других, ненужных, технологически сложных, устройств.

Почти все предлагаемые на рынке датчики влажности, помимо двух электродов, имеют в своей конструкции компаратор. Это простейший аналого-цифровой прибор, который преобразует входящий сигнал в цифровую форму. То есть при установленном уровне влажности вы получите на его выходе единицу или ноль (0 или 5 вольт). Этот сигнал и станет исходным для последующего исполнительного устройства.

Для автополива наиболее рациональным будет использование в качестве исполнительного устройства электромагнитного клапана. Он включается в разрыв трубы и может также использоваться в системах микро-капельного орошения. Включается подачей напряжения 12 В.

Для простых систем, работающих по принципу « датчик сработал — вода пошла», достаточно использование компаратора LM393. Микросхема представляет собой сдвоенный операционный усилитель с возможностью получения на выходе командного сигнала при регулируемом уровне входного. Чип имеет дополнительный аналоговый выход, который можно подключить к программируемому контроллеру или тестеру. Приблизительный советский аналог сдвоенного компаратора LM393 — микросхема 521СА3.

На рисунке представлено готовое реле влажности вместе с датчиком в китайском исполнении всего за 1$.

Ниже представлен усиленный вариант, с выходным током 10А при переменном напряжении до 250 В, за 3-4$.

Системы автоматизации полива

Если вас интересует полноценная систем автополива, то необходимо задуматься о приобретении программируемого контроллера. Если участок небольшой, то достаточно установить 3-4 датчика влажности для разных типов полива. Например, сад нуждается в меньшем поливе, малина любит влагу, а для бахчи достаточно воды из почвы, за исключением чрезмерно засушливых периодов.

На основании собственных наблюдений и измерений датчиков влажности можно приблизительно рассчитать экономичность и эффективность подачи воды на участках. Процессоры позволяют вносить сезонные корректировки, могут использовать показания измерителей влажности, учитывают выпадение осадков, время года.

Некоторые датчики влажности почвы оснащены интерфейсом RJ-45 для подключения к сети. Прошивка процессора позволяет настроить систему так, что она будет оповещать о необходимости полива через социальные сети или SMS-сообщением. Это удобно в тех случаях, когда невозможно подключить автоматизированную систему полива, например, для комнатных растений.

Для системы автоматизации полива удобно использовать контроллеры с аналоговыми и контактными входами, которые соединяют все датчики и передают их показания по единой шине к компьютеру, планшету или мобильному телефону. Управление исполнительными приборами происходит через WEB-интерфейс. Наиболее распространены универсальные контроллеры:

Это гибкие устройства, позволяющие точно настроить систему автополива и доверить ей полный контроль над садом и огородом.

Простая схема автоматизации полива

Простейшая система автоматизации полива состоит из датчика влажности и управляющего устройства. Можно изготовить датчик влажности почвы своими руками. Понадобится два гвоздя, резистор с сопротивлением 10 кОм и источник питания с выходным напряжением 5 В. Подойдет от мобильного телефона.

В качестве прибора, который выдаст команду к поливу можно использовать микросхему LM393. Можно приобрести готовый узел или собрать его самостоятельно, тогда понадобятся:

• резисторы 10 кОм – 2 шт;
• резисторы 1 кОм – 2 шт;
• резисторы 2 кОм – 3 шт;
• переменный резистор 51-100 кОм – 1 шт;
• светодиоды – 2 шт;
• диод любой, не мощный – 1 шт;
• транзистор, любой средней мощности PNP (например, КТ3107Г) – 1 шт;
• конденсаторы 0.1 мк – 2 шт;
• микросхема LM393 – 1 шт;
• реле с порогом срабатывания 4 В;
• монтажная плата.

Схема для сборки представлена ниже.

После сборки подключите модуль к блоку питания и датчику уровня влажности почвы. На выход компаратора LM393 подсоедините тестер. С помощью построечного резистора установите порог срабатывания. Со временем нужно будет его откорректировать, возможно, не один раз.

Принципиальная схема и распиновка компаратора LM393 представлена ниже.

Простейшая автоматизация готова. Достаточно подключить к замыкающим клеммам исполнительное устройство, например, электромагнитный клапан, включающий и отключающий подачу воды.

Исполнительные устройства автоматизации полива

Основным исполнительным устройством автоматизации полива является электронный клапан с регулировкой потока воды и без. Вторые дешевле, проще в обслуживании и управлении.

Хорошо зарекомендовали себя клапаны производства американской компании Hunter. Для разных целей используются клапаны c проходным диаметром 1, 1.5, и 2 дюйма с наружной или внутренней резьбой.

Существует множество управляемых кранов и других производителей.

Если на вашем участке случаются проблемы с подачей воды, приобретайте электромагнитные клапаны с датчиком потока. Это предотвратит выгорание соленоида при падении давления воды или прекращении водоснабжения.

Недостатки автоматических систем полива

Почва неоднородна и отличается по своему составу, поэтому один датчик влажности может показывать разные данные на соседних участках. Кроме того, некоторые участки затемняются деревьями и более влажные, чем те, которые расположены на солнечных местах. Также значительное влияние оказывает приближенность грунтовых вод, их уровень по отношению к горизонту.

Используя автоматизированную систему полива, следует учитывать ландшафт местности. Участок можно разбить на сектора. В каждом секторе установить один или более датчиков влажности и рассчитать для каждого собственный алгоритм работы. Это значительно усложнит систему и вряд ли удастся обойтись без контроллера, но впоследствии почти полностью избавит вас от траты времени на нелепое стояние со шлангом в руках под знойным солнцем. Почва будет наполняться влагой без вашего участия.

Построение эффективной системы автоматизированного полива не может основываться только на показаниях датчиков влажности почвы. Непременно следует дополнительно использовать температурные и световые сенсоры, учитывать физиологическую потребность в воде растений разных видов. Необходимо также учитывать сезонные изменения. Многие компании производящие комплексы автоматизации полива предлагают гибкое программное обеспечение для разных регионов, площадей и выращиваемых сельскохозяйственных культур.

Приобретая систему с датчиком влажности, не поддавайтесь на глупые маркетинговые слоганы: наши электроды покрыты золотом. Даже если это так, то вы лишь обогатите почву благородным металлом в процессе электролиза пластин и кошельки не очень честных бизнесменов.

Заключение

В данной статье рассказывалось о датчиках влажности почвы, которые являются основным контрольным элементом автоматического полива. А также был рассмотрен принцип действия системы автоматизации полива, которую можно приобрести в готовом виде или собрать самому. Простейшая система состоит из датчика влажности и управляющего устройства, схема сборки которой своими руками также была представлена в этой статье.

Видео по теме

Источник статьи: http://vashumnyidom.ru/komfort/uxod/datchik-vlazhnosti-pochvy.html