Датчик влажности почвы

Датчик влажности почвы (резистивный): инструкция по использованию и примеры

Используйте резистивный сенсор влажности почвы для создания систем автоматического полива растений. Датчик подойдёт для ухода за комнатными цветками и флоре на огороде. Не дайте своим растениям засохнуть!

Принцип работы

Датчик для измерения влажности почвы выполнен в виде вилки с двумя электродами, которыми погружается в грунт на расстояние до 40 мм. При подключении питания на электродах создаёться напряжение. Если почва сухая, её сопротивление велико и через датчик между электродами течёт слабый ток. Если земля влажная — её сопротивление становится меньше, а ток датчика между электродами соответственно увеличивается. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени увлажнения почвы.

Максимальное напряжение на выходе S не превышает 75% от напряжения питания модуля V , т.е. сигнальный диапазон датчика равен:

На показания датчика также влияют следующие факторы:

Электроды датчика покрыты золотом, чтобы предотвратить пассивную коррозию, когда он выключен. Избавиться от электролитической коррозии, вызванной протекающим током, невозможно, поэтому сенсор резистивного типа рекомендуется запитывать через силовой ключ. То есть, включать его только на время измерений, чтобы максимально продлить ресурс. В плане эксплуатации это доставляет неудобство, поэтому рекомендуем обратить внимания на ёмкостный датчик влажности почвы, который в силу своего исполнения неподвержен корозии.

Пример работы для Arduino и XOD

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформу из серии Arduino, например Arduino Uno.

Схема устройства

Подключите датчик влажности почвы к аналоговому пину A0 платформы Arduino. Для коммуникации понадобятся соединительные провода «мама-папа».

Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Arduino Uno методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводной шлейф «мама-мама», который идёт в комплекте с датчиком.

Код для Arduino IDE

Прошейте платформу Arduino скетчем приведённым ниже.

После загрузки скетча, в Serial-порт будут выводиться текущие показания сенсора в 10-битном диапазоне.

Патч для XOD

После загрузки прошивки, в отладочной ноде watch будут выводиться текущие показания сенсора в диапазоне от 0 до 0,75:

Пример для Espruino

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформы из серии Espruino, например Iskra JS.

Схема устройства

Подключите датчик влажности почвы к аналоговому пину A0 платформы Iskra JS. Для коммуникации понадобятся соединительные провода «мама-папа».

Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Iskra JS методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводной шлейф «мама-мама», который идёт в комплекте с датчиком.

Исходный код

Прошейте платформу Iskra JS скриптом приведённым ниже.

После загрузки скрипта, в консоль будут выводиться текущие показания сенсора в диапазоне от 0 до 75%.

Пример для Raspberry Pi

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим одноплатные компьютеры Raspberry Pi, например Raspberry Pi 4.

Схема устройства

К сожалению в компьютере Raspberry Pi нет встроеенного аналого-цифрового преобразователя. Используйте плату расширения Troyka Cap, которое добавит малине аналоговые пины.

Подключите датчик влажности почвы к Raspberry Pi через плату расширения Troyka Cap к 3 пину. Для коммуникации используйте трёхпроводной шлейф «мама-мама», который идёт в комплекте с датчиком.

Программная настройка

Исходный код

Запустите скрипт на малине приведённым ниже.

После загрузки скрипта, в консоль малины будут выводиться текущие показания сенсора в диапазоне от 0 до 75%.

Элементы платы

Измерительные электроды

Датчик построен на основе транзисторного усилителя тока. Для измерения влажности почвы на датчике расположены два электрода, которые для проведения измерений необходимо воткнуть в почву. Электроды подключены в цепь между коллектором (точка SP) и базой (точка SN) встроенного транзистора на плате MMBT2222ALT1G.

При изменении влажности почвы, меняется сопротивление между базой и коллектором, к которому подключен положительный полюс источника питания. Соответственно меняется и протекающий ток от коллектора через эмиттер на землю. В результате изменяется и выходное аналоговое напряжение сенсора (точка OUT). Подробности найдёте на принципиальной схеме датчика.

Как работает датчик влажности почвы, и его взаимодействие с Arduino

Когда вы слышите термин «умный сад», вам приходит в голову система, которая измеряет влажность почвы и автоматически поливает ваши растения.

С этим типом системы вы можете поливать растения только при необходимости и избегать чрезмерного или недостаточного полива.

Если вы хотите построить такую систему, вам обязательно понадобится датчик влажности почвы.

Как работает датчик влажности почвы, и его взаимодействие с Arduino Как работает датчик влажности почвы, и его взаимодействие с Arduino

Как работает датчик влажности почвы?

Работа датчика влажности почвы довольно проста.

Вилка в форме зонда с двумя открытыми проводниками действует как переменный резистор (потенциометр), сопротивление которого изменяется в зависимости от содержания воды в почве.

Рисунок 1 – Работа датчика влажности почвы

Это сопротивление обратно пропорционально влажности почвы:

  • большее количество воды в почве означает лучшую проводимость и приводит к снижению сопротивления;
  • меньшее количество воды в почве означает худшую проводимость и приводит к повышению сопротивления.

Датчик выдает выходное напряжение в соответствии с сопротивлением, измеряя которое мы можем определить уровень влажности.

Обзор аппаратного обеспечения

Типовой датчик влажности почвы состоит из двух компонентов.

Датчик содержит вилочный зонд с двумя открытыми проводниками, который погружается в почву или в любое другое место, где должно измеряться содержание воды.

Как сказано выше, он действует как переменный резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от влажности почвы.

Рисунок 2 Зонд датчика влажности почвы Рисунок 2 – Зонд датчика влажности почвы

Модуль

Датчик также содержит электронный модуль, который соединяет датчик с Arduino.

В соответствии с сопротивлением датчика модуль выдает выходное напряжение, которое доступно на выводе аналогового выхода (AO).

Этот же сигнал подается на высокоточный компаратор LM393 для его оцифровки, с выхода которого сигнал подается на вывод цифрового выхода (DO).

Рисунок 3 Регулировка чувствительности датчика влажности почвы Рисунок 3 – Регулировка чувствительности датчика влажности почвы

Для регулировки чувствительности цифрового выхода (DO) модуль содержит встроенный потенциометр.

С помощью этого потенциометра вы можете установить пороговое значение; таким образом, когда уровень влажности превысит пороговое значение, модуль выдаст низкий логический уровень, в остальных случаях на цифровой выход будет подаваться высокий логический уровень.

Эта настройка очень полезна, когда вы хотите инициировать действие при достижении определенного порога. Например, когда уровень влажности в почве пересекает пороговое значение, вы можете активировать реле, чтобы начать перекачивание воды. Вот вам идея!

Совет: поверните движок потенциометра по часовой стрелке, чтобы увеличить чувствительность, или против часовой стрелки, чтобы уменьшить ее.

Рисунок 4 Светодиодные индикаторы питания и состояния почвы Рисунок 4 – Светодиодные индикаторы питания и состояния почвы

Помимо этого, модуль имеет два светодиода. Индикатор питания загорится, когда на модуль будет подано напряжение питания. Светодиод состояния загорится, когда на цифровой выход будет подаваться низкий логический уровень.

Распиновка датчика влажности почвы

Датчик влажности почвы очень прост в использовании и содержит только 4 вывода для связи с внешним миром.

Рисунок 5 Распиновка датчика влажности почвы Рисунок 5 – Распиновка датчика влажности почвы

AO (аналоговый выход) выдает аналоговый сигнал с напряжением в диапазоне между напряжением питания и 0 В и будет подключен к одному из аналоговых входов нашей платы Arduino.

Вывод DO (цифровой выход) выдает цифровой выходной сигнал со схемы встроенного компаратора. Вы можете подключить его к любому цифровому выводу на Arduino или напрямую к 5-вольтовому реле или подобному устройству.

Вывод VCC подает питание на датчик. Рекомендуется питать датчик напряжением от 3,3 до 5 В. Обратите внимание, что сигнал на аналоговом выходе будет зависеть от того, какое напряжение питания подается на датчик.

GND для подключения земли.

Измерение влажности почвы с помощью аналогового выхода

Поскольку модуль предоставляет как аналоговый, так и цифровой выходные сигналы, то для нашего первого эксперимента мы будем измерять влажность почвы, считывая аналоговые показания.

Подключение

Давайте подключим наш датчик влажности почвы к плате Arduino.

Сначала вам нужно подать питание на датчик. Для этого вы можете подключить вывод VCC на модуле к выводу 5V на Arduino.

Однако одной из широко известных проблем с этими датчиками является их короткий срок службы при воздействии влажной среды. При постоянной подаче питания на зонд скорость коррозии значительно увеличивается.

Чтобы преодолеть эту проблему, мы рекомендуем не подавать питание на датчик постоянно, а включать его только тогда, когда вы снимаете показания.

Самый простой способ сделать это – подключить вывод VCC к цифровому выводу Arduino и устанавливать на нем высокий или низкий логический уровень, когда это необходимо.

Кроме того, итоговая мощность, потребляемая модулем (оба светодиода горят), составляет около 8 мА, поэтому можно запитать модуль от цифрового вывода на Arduino.

Итак, давайте подключим вывод VCC модуля к цифровому выводу 7 Arduino, а вывод GND модуля к выводу GND Arduino.

И, наконец, подключите вывод AO модуля к выводу A0 аналого-цифрового преобразователя Arduino.

Схема соединений показана на рисунке ниже.

Рисунок 6 Подключение датчика влажности почвы к Arduino для считывания показаний на аналоговом выходе Рисунок 6 – Подключение датчика влажности почвы к Arduino для считывания показаний на аналоговом выходе

Читайте также  Из пластиковой бутылки . . .

Калибровка

Чтобы получить точные показания с датчика влажности почвы, рекомендуется сначала откалибровать его для конкретного типа почвы, которую вы планируете контролировать.

Различные типы почвы могут по-разному влиять на показания датчика, поэтому ваш датчик в зависимости от типа используемой почвы может быть более или менее чувствительным.

Прежде чем вы начнете хранить данные или запускать события, вы должны увидеть, какие показания вы на самом деле получаете от вашего датчика.

Чтобы отметить, какие значения выводит ваш датчик, когда почва максимально сухая, и когда она полностью насыщена влагой, воспользуйтесь скетчем, приведенным ниже.

Когда вы запустите этот скетч, вы увидите похожие значения в мониторе последовательного порта:

Этот тест может потребовать несколько проб и ошибок. Как только вы получите хороший контроль над этими показаниями, вы сможете использовать их в качестве пороговых значений, если намерены инициировать какое-либо действие.

Финальная сборка

Основываясь на значениях калибровки, программа, приведенная ниже, задает следующие диапазоны для определения состояния почвы:

  • <500 – слишком влажная;
  • 500-750 – это целевой диапазон;
  • >750 – достаточно сухая для полива.

Если все в порядке, вы должны увидеть вывод в мониторе последовательного порта, похожий на приведенный ниже.

Рисунок 8 Вывод аналоговых показаний датчика влажности почвы Рисунок 8 – Вывод аналоговых показаний датчика влажности почвы

Измерение влажности почвы с помощью цифрового выхода

Для нашего второго эксперимента мы определим состояние почвы с помощью цифрового выхода.

Подключение

Мы будем использовать схему из предыдущего примера. На этот раз нам просто нужно удалить подключение к выводу аналого-цифрового преобразователя и подключить вывод DO модуля к цифровому выводу 8 Arduino.

Соберите схему, как показано ниже:

Рисунок 9 Подключение датчика влажности почвы к Arduino для считывания показаний на цифровом выходе Рисунок 9 – Подключение датчика влажности почвы к Arduino для считывания показаний на цифровом выходе

Калибровка

Для калибровки цифрового выхода (DO) модуль имеет встроенный потенциометр.

Вращая движок этого потенциометра, вы можете установить пороговое значение. Таким образом, когда уровень влажности превысит пороговое значение, светодиод состояния загорится, и модуль выдаст низкий логический уровень.

Рисунок 10 – Состояния цифрового выхода датчика влажности почвы

Теперь, чтобы откалибровать датчик, вставьте зонд в почву, когда ваше растение будет готово к поливу, и подстройте потенциометр по часовой стрелке так, чтобы светодиод состояния горел, а затем подстройте потенциометр обратно против часовой стрелки, пока светодиод не погаснет.

Теперь ваш датчик откалиброван и готов к использованию.

Код Arduino

После того, как схема будет собрана, загрузите в Arduino следующий скетч.

Если все в порядке, вы должны увидеть вывод в мониторе последовательного порта, похожий на приведенный ниже.

Рисунок 11 Вывод цифровых показаний датчика влажности почвы Рисунок 11 – Вывод цифровых показаний датчика влажности почвы

DIY датчик влажности почвы с E-Ink экраном

Приветствую всех читателей Хабра! Сегодня хочу рассказать вам об одном из своих проектов, это датчиком влажности почвы с небольшим экраном на электронных чернилах, датчик работает от батарейки, умеет отправлять данные по воздуху в какую нибудь из систем Умного Дома. Данный проект это дальнейшее развитие другого моего DIY проекта датчика влажности почвы.
Хронология:

В этом проекте, как и в предшествующих ему для измерения влажности в почве используется 555-ый таймер. Так как в этом проекте не используется готовый китайский сенсор с АлиЭкспресс то для этого проекта я выбрал КМОП таймер LMC555CMX. Заявляется стабильная работа на низких напряжениях от 1.5в, сверх низкое потребление в районе 150мкА, частота 3 МГц (даташит). Таймер по ножкам совместим с NE555 и другими аналогами.

Для вывода информации на самом датчике был использовать e-ink дисплей с диагональю 1.02 дюйма, который я уже ранее использовал в другом своем проекте миниатюрного датчика температуры и влажности.

Характеристики дисплея:

  • модель: GDEW0102T4,
  • IC Driver: UC8175,
  • разрешение экрана: 128×80 пикселей (DPI 145),
  • напряжение питания: 2.3в — 3.6в,
  • потребление в режиме обновления изображения: 1.5мА,
  • потребление в режиме глубокого сна: 200нА,
  • время обновления экрана в стандартном режиме: 3сек,
  • время обновления экрана в режиме частичного обновления: 300мс.

Было разработано две версии плат под два радио модуля разных производителей. Радио модули были выбраны таким образом, что бы полностью перекрыть всю линейку nRF52. Модуль MINEW MS50SFA имеет три модификации на которые устанавливаются nRF52810, nRF52811 и nRF52832. И второй модуль это EBYTE E73-2G4M08S1 который имеет две модификации C и E (на само деле уже три, в третьей вместо керамической антенны используется внешняя) на которые устанавливаются nRF52840 и nRF52833.

Почему так много nRF? Просто мне хотелось минимизировать минусы при использовании датчиков в различных условиях. Например если сенсор находится недалеко от шлюза то будет достаточно мощности радиопередатчика в 4dBm, при этом получаем очень привлекательное потребление устройства когда оно находится в режиме сна(а это большая часть времени), примерно 2 мкА. Если шлюз находится на удалении, то можно будет использовать датчики на которых установлены радиомодули с nRF52833 или nRF52840, у которых максимальная мощность радиопередачи 8dBm. Ну и в мечтах есть планы на Тред и Зигби, а для этого нужно много места, которое есть только в nRF52833 и nRF52840.

Изготовление плат заказывалось в Китае, из-за габаритов основной платы с сенсором влажности стоимость заказа была выше, так как плата не вписывалась в 10х10см, а это максимальные размеры которые можно сделать за $2. Вторая плата для дисплея естественно вписалась в двухдолларовые условия.

Корпус устройства был отпечатан на FDM принтере PLA нитью, после печати корпус был отшлифован и отполирован.

Работа устройства

Устройство может быть сконфигурировано внешними командами отправляемыми через интерфейс контроллера Умного Дома. Внешними командами можно изменить интервал считывания сенсоров влажности почвы и температуры от 1 часа до 24 часов с шагом в один час. Можно изменить интервал считывания и отправки уровня заряда батарейки, от 1 часа до 3 суток с шагом в 1 час. Изменить порог оповещения о необходимости полива, в зависимости от модели вашего цветка :) и типа почвы, шаг 1 %, по умолчанию установлен порог в 45%. Так же можно внешней командой сделать сброс устройства к первоначальным настройкам, происходит полное очищение памяти устройства, после устройство перезагружается и пытается зарегистрироваться в сети как новое устройство.

Устройство имеет кнопку «меню», через меню можно инвертировать изображение на экране(черноебелое), вызвать презентацию(передача параметров в УД) устройства и доступных у него сенсоров, включить вручную одноразово режим поиска сети(при потере сети, минуя стандартный автоматический поиск с интервалом в 1 час), вызов режима конфигурации устройства внешними командами, сброс устройства к первоначальным настройкам.

Устойчивый к коррозии датчик влажности почвы, годный для дачной автоматики

Я немало обзоров написал про дачную автоматику, а раз речь идет про дачу — то автоматический полив — это одно из приоритетных направлений автоматизации. При этом, всегда хочется учитывать осадки, чтобы не гонять понапрасну насосы и не заливать грядки. Немало копий сломано на пути к беспроблемному получению данных о влажности почвы. В обзоре еще один вариант, устойчивый к внешним воздействиям.

Пара датчиков приехала за 20 дней в индивидуальных антистатических пакетиках:


Характеристики на сайте продавца :):
Бренд:ZHIPU
Тип: Датчик вибрации
Материал: Смесь
Выход: Коммутирующий датчик

Распаковываем:

Провод имеет длину в районе 1-го метра:

Помимо самого датчика в комплект входит управляющая платка:


Длина сенсоров датчика порядка 4 см:

Кончики датчика, похоже на графит — пачкаются черным.
Припаиваем контакты к платке и пробуем подключить датчик:


Самым распространенным датчиком влажности почвы в китайских магазинах является такой:

Многие знают, что через непродолжительное время его съедает внешняя среда. Эффект влияния коррозии можно немного снизить подавая питание непосредственно перед измерением и отключая, при отсутствии измерений. Но это мало что меняет, вот так выглядел мой через пару месяцев использования:


Кто-то пробует использовать толстую медную проволоку или пруты из нержавейки, альтернатива предназначенная специально для агрессивной внешней среды выступает в качестве предмета обзора.

Отложим плату из комплекта в сторону, и займемся самим датчиком. Датчик резистивного типа, меняет свое сопротивление в зависимости от влажности среды. Логично, что без влажной среды сопротивление датчика огромное:

Опустим датчик в стакан с водой и видим, что его сопротивление составит порядка 160 кОм:

Если вынуть, то все вернется в исходное состояние:

Перейдем к испытаниям на земле. В сухой почве видим следующее:

Добавим немного воды:

Еще (примерно литр):

Почти полностью вылил полтора литра:

Долил еще литр и подождал 5 минут:

Плата имеет 4 вывода:
1 + питания
2 земля
3 цифровой выход
4 аналоговый выход
После прозвонки выяснилось, что аналоговый выход и земля напрямую соединены с датчиком, так что, если планируете использовать этот датчик подключая к аналоговому входу, плата не имеет большого смысла. Если нет желания использовать контроллер, то можно использовать цифровой выход, порог срабатывания настраивается потенциометром на плате. Рекомендуемая продавцом схема подключения при использовании цифрового выхода:

При использовании цифрового входа:

Соберем небольшой макет:

Arduino Nano я использовал тут как источник питания, не загружая программу. Цифровой выход подключил к светодиоду. Забавно что светодиоды на плате красный и зеленый горят при любом положении потенциометра и влажности среды датчика, единственное при срабатывании порога, зеленый светит чуть слабже:

Выставив порог получаем, что при достижении заданной влажности на цифровом выходе 0, при недостатки влажности напряжение питания:


Ну раз уж у нас в руках контроллер, то напишем программу для проверки работы аналогового выхода. Аналоговый выход датчика подключим к выводу А1, а светодиод к выводу D9 Arduino Nano.

Читайте также  Простая светодиодная лампа-трубка 12 В

Весь код я прокомментировал, яркость светодиода обратно-пропорциональна влажности детектируемой сенсором. Если необходимо чем-то управлять, то достаточно сравнить полученное значение с определенным экспериментально порогом и, например, включить реле. Единственное, рекомендую обработать несколько значений и использовать среднее для сравнения с порогом, так возможны случайные всплески или спады.
Погружаем датчик и видим:

Вывод контроллера:

Если вынуть то вывод контроллера изменится:

Видео работы данной тестовой сборки:

В целом, датчик мне понравился, производит впечатление устойчивого к воздействию внешней среды, так ли это — покажет время.
Данный датчик не может использоваться как точный показатель влажности (как впрочем и все аналогичные), основным его применением, является определение порога и анализ динамики.

Если будет интересно, продолжу писать про свои дачные поделки.
Спасибо всем, кто дочитал этот обзор до конца, надеюсь кому-то данная информация окажется полезной. Всем полного контроля над влажностью почвы и добра!

Датчик влажности почвы в системах автоматического полива

Оглавление статьи: 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.

Датчик влажности1

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.

Датчик влажности выносной

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.

До полива

Показания после полива через 5 минут 12.65 кОм.

После полива

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.

Клапан

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.

LM393

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

Датчик влажности2

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

Реле влажности

Системы автоматизации полива

Если вас интересует полноценная система 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.

Контрольные системы полива

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.

Контроллер для комнатного растения

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:

  • MegaD-328;
  • Arduino;
  • Hunter;
  • Toro.

Контроллеры автополива Toro

Это гибкие устройства, позволяющие точно настроить автоматический полив в теплице, и можно доверить им 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.

Датчик из гвоздей

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.

Схема простого вырианта

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.

lm393 выводы

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.

Клапан Hunter

Существует множество управляемых кранов и других производителей.

Управляемый кран

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 автополив для цветов, 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.

Читайте также  Браслет из фетра и мулине в этно-стиле

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.

Zigbee-датчик влажности почвы для растений (проект modkam.ru)

В этом обзоре мы с вами познакомимся с еще одной разработкой Jagera, автора сайта modkam.ru, широко известного среди энтузиастов умного дома. Это zigbee датчик влажности почвы для растений, функционал которого, при необходимости может быть существенно расширен для других измерений.

Также, пользуясь случаем, хочу выразить благодарность Jager и всем кто приложил свои знания и умения к созданию таких полезных устройств.

Содержание

Где заказать ?

  • Заказать в РФ — телеграмм
  • Заказать в Украине — производитель датчика из обзора на OLX

О датчике

Информация о первой версии устройства появилась еще в августе 2020 года, как альтернативе Mi Flora, который существенно вырос в цене, хотя пару лет назад стоил меньше 10 долларов. Разработка построена на базе многократно проверенного модуля E18-MS1-PCB и измеряет влажность почвы емкостным методом, что защищает электроды датчика от коррозии, а кроме этого имеет возможность установки еще ряда сенсоров — влажности, давления, освещенности и двух датчиков температуры, включая выносной.

Меньше чем через месяц, благодаря участникам сообщества, свет увидела вторая версия датчика, кстати именно про нее и пойдет речь в этом обзоре. Не отличаясь от первой версии функционально, она была оптимизирована с точки зрения схемотехники, что позволило убрать часть лишних элементов и упростить монтаж.

В конце февраля 2021 года, вышла третья версия датчика. Функциональность не изменилась, главное отличие в том — полностью фабричная сборка. Приложенные к статье исходники для заказа содержат всю необходимую информацию для производства готового устройства, самостоятельно останется установить и припаять держатель элементов питания, прошить и распечатать корпус.

Внешний вид

Итак, как я уже сказал, герой этого обзора — датчик второй версии, оптимизированный. Собран в Украине, и очередная моя благодарность для Александра из Одессы, который собрал и безвозмездно передал мне несколько таких устройств.

Попавшие ко мне датчики рассчитаны на установку двух батареек формата ААА. Здесь важно использовать именно батарейки, так как их напряжение равно 1,5 В, что в сумме дает 3. А напряжение никелевых аккумуляторов в сумме дает около 2,5 В. Также можно заказать на базе круглой батарейки CR2032.

В датчике используется модуль E18-MS1-PCB от EBYTE на базе чипа CC2530 который очень часто используется в подобного рода DIY устройствах.

Эта часть датчика должна находится в почве. Прямого контакта электродов с влажным грунтом нет, что предотвращает коррозию. В моем случае это единственный измеряемый параметр, остальные сенсоры не установлены

В сочетании с высокой энергоэффективностью Zigbee, кстати в данной версии датчик передает данные раз в 30 минут, емкости батареек должно хватить на несколько лет минимум.

На датчике есть кнопка — короткое нажатие принудительно проводит обновление данных, а для синхронизации — нужно около 10 секунд удерживать ее, пока светодиод не начнет мерцать.

SLS gateway

Подключение начнем с SLS шлюза, в котором сразу появляется поддержка всех устройств с modkam. Синхронизация и подключения происходит в штатном режиме, поддержка — полная.

Помним что особенностью работы SLS является то, что сразу после подключения появляются не все объекты устройства. Они отобразятся по мере получения с них каких-то данных, это нормально так и должно быть.

Вот так выглядит перечень всех возможных параметров которые можно получать с шлюза. Влажность воздуха, освещение, тут кстати есть какое-то значение, давление, и два датчика температуры — воздуха и выносной для почвы.

Параметр LastSeen это время последнего отзыва от датчик в Unix формате — количество секунд прошедших от 00:00 01.01.1970

Сущности зеркально пробрасываются в Home Assistant. По мере обновления в SLS — будут появлятся и тут. Обновить их принудительно можно коротким нажатием на кнопку датчика. Из реальных параметров на этой версии — уровень заряда, сигнала и влажность почвы.

Напомню — интервал между передачей показания датчика — составляет 30 минут, для растений этого вполне достаточно.

Zigbee2mqtt

Это устройство поддерживается и в zigbee2mqtt — без применения внешних конвертеров и необходимости ставить версию для разработчиков. Сопряжение — тоже стандартное без каких-то специальных действий.

Поддержка полная, включая корректное изображение устройства. На всякий случай уточню — датчик является конечным устройством и не передает данные от других участников сети.

Чтобы данные датчика не исчезали после перезагрузки инстанса — в меню настроек нужно поставить галочку retain, тогда все данные в топике mqtt будут сохранятся.

Все основные параметры датчика тут те же самые что и в SLS — главный — влажность почвы, данные устройства — уровень заряда и сигнала и опциональные — влажность воздуха, давление, освещение и две температуры.

Корпус

Для этого датчика обязательно нужен какой-то корпус, по крайней мере для защиты от брызг при поливе. К вопросу можно подойти с фантазией — например корпуса в виде грибка, которые мне прислали вместе с датчиками.

Шляпка съемная — она открывает доступ внутрь ножки гриба, в которой и находится электронная часть датчика. Кроме этого она выполняет роль зонтика, защищающего датчик от попадания брызг.

На одной из стороны предусмотрено отверстие, через которое можно вывести например выносной датчик температуры.

Нижняя часть датчика с электродами, которую нужно погружать в грунт, выводится через прорезь в нижней части ножки гриба.

Кроме защиты от брызг, корпус выполняет и эстетическую функцию. Грибок в горшке с растением — смотрится оригинально и не чужеродно.

Mi Flora

А так выглядит датчик в грибном корпусе по соседству с заводским решением от Xiaomi Mi Flora. Лично мне больше симпатичен гриб.

Вот сравнение показаний датчиков сразу после полива. Емкостной сенсор Zigbee устройства показывает 100%, а miflora — 76%. Мне кажется что тут ближе к правде Zigbee устройство, так как верхний слой почвы полностью пропитан водой. Кстати хочу отметить что с последним обновлением интеграции Xiaomi gateway 3 — mi flora стала намного чаще отдавать показания, раньше было намного инертнее.

Показания примерно через час. Оба сенсора показывают снижение уровня влаги, но miflora — на 20 с лишним процентов, что как-то много, а Zigbee — всего на 6%.

А тут показания двух рядом стоящих датчиков в другом горшке, менее чем через сутки после полива. MiFlora показывает всего 11%, хотя земля чувствительно влажная на ощупь. При этом грибок считает что влажность — 76% и это больше похоже на правду.

Всего у меня в системе три таких датчика, как раз по количеству горшков в комнате.

Так они выглядят на карте сети. Они находятся в одной комнате с координатором, здесь это USB Zigbee Stick CC2652 и считают оптимальным подключаться прямо к нему.

Выводить в интерфейс мне удобнее всего при помощи кастомной карты Multiple Entity Row, она позволяет несколько значений выводить одной строкой. Я вывожу все что дает этот датчик — влажность почвы, уровень заряда и сигнала.

Видео версия обзора

Вывод

Говоря о достоинствах этого датчика — в первую очередь стоит упомянуть интерфейс, на мой взгляд Zigbee наиболее подходящий для таких устройств и возможность установки емкого источника питания в виде батареек ААА. Более адекватная, на мой взгляд, методика измерения влажности почвы, по крайней мере она более логичная.

Так же мне очень понравился корпус, но это уже немного другая история, так как его печать не связана с производством датчика, который, напоминаю, в третьей версии можно заказать сразу в сборе, либо приобрести локально с уже установленной прошивкой и элементами питания по одной из указанных мной ссылок.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: