Простая схема определителя сухости почвы с печаткой. Самодельный, стабильный датчик влажности почвы для автоматической поливальной установки
Избавит от однообразной повторяющейся работы, а избежать избытка воды поможет датчик влажности почвы - своими руками такой прибор собрать не так уж сложно. На помощь садоводу приходят законы физики: влага в грунте становится проводником электрических импульсов, и чем ее больше, тем ниже сопротивление. При понижении влажности сопротивление увеличивается, и это помогает отследить оптимальное время полива.
Конструкция датчика влажности почвы представляет собой два проводника, которые подключаются к слабому источнику энергии, в схеме должен присутствовать резистор. Как только количество влаги в пространстве между электродами растет, сопротивление снижается, и сила тока увеличивается.
Влага высыхает – сопротивление растет, сила тока снижается.
Поскольку электроды будут находиться во влажной среде, их рекомендуется включать через ключ, чтобы уменьшить разрушительное влияние коррозии. В обычное время система стоит выключенной и запускается только для проверки влажности нажатием кнопки.
Датчики влажности почвы такого типа можно устанавливать в теплицах – они обеспечивают контроль за автоматическим поливом , поэтому система может функционировать вообще без участия человека. В этом случае система постоянно будет находиться в рабочем состоянии, но состояние электродов придется контролировать, чтобы они не пришли в негодность под воздействием коррозии. Аналогичные устройства можно устанавливать на грядках и газонах на открытом воздухе – они позволят мгновенно получить нужную информацию.
При этом система оказывается намного точнее простого тактильного ощущения. Если человек будет считать землю полностью сухой, датчик покажет до 100 единиц влажности грунта (при оценке в десятеричной системе), сразу после полива это значение вырастает до 600-700 единиц.
После этого датчик позволит контролировать изменение содержания влажности в грунте.
Если датчик предполагается использовать на улице, его верхнюю часть желательно тщательно загерметизировать, чтобы не допустить искажения информации. Для этого ее можно покрыть водонепроницаемой эпоксидной смолой.
Конструкция датчика собирается следующим образом:
- Основная часть – два электрода, диаметр которых составляет 3-4 мм, они прикрепляются к основанию, изготовленному из текстолита или другого материала, защищенного от коррозии.
- На одном конце электродов нужно нарезать резьбу, с другой стороны они делаются заостренными для более удобного погружения в грунт.
- В пластине из текстолита просверливаются отверстия, в которые вкручиваются электроды, их нужно закрепить гайками с шайбами.
- Под шайбы нужно завести исходящие провода, после чего электроды изолируются. Длина электродов, которые будут погружаться в грунт, составляет около 4-10 см. в зависимости от используемой емкости или открытой грядки.
- Для работы датчика потребуется источник тока силой 35 мА, система требует напряжения 5В. В зависимости от количества влаги в почве диапазон возвращаемого сигнала составит 0-4,2 В. Потери на сопротивление продемонстрируют количество воды в грунте.
- Подключение датчика влажности почвы проводится через 3 провода к микропроцессору, для этой цели можно приобрести, например, Arduino. Контроллер позволит соединить систему с зуммером для подачи звукового сигнала при чрезмерном уменьшении влажности почвы, или к светодиоду, яркость освещения будет меняться при изменениях в работе датчика.
Такое самодельное устройство может стать частью автополива в системе "Умный дом", например, с использованием Ethernet-контроллера MegD-328. Web-интерфейс показывает уровень влажности в 10-битной системе: диапазон от 0 до 300 говорит о том, что земля совершенно сухая, 300-700 – в почве достаточно влаги, более 700 – земля мокрая, и полив не требуется.
Конструкция, состоящая из контроллера, реле и элемента питания убирается в любой подходящий корпус, для которого можно приспособить любую пластиковую коробочку.
В домашних условиях использование такого датчика влажности будет очень простым и вместе с тем надежным.
Применение датчика влажности грунта может быть самым разнообразным. Наиболее часто они используются в системах автополива и ручного полива растений:
- Их можно установить в цветочных горшках, если растения чувствительны к уровню воды в грунте. Если речь идет о суккулентах, например, о кактусах, необходимо вбирать длинные электроды, которые будут реагировать на изменение уровня влажности непосредственно у корней. Их также можно использовать для и других растений с хрупкой . Подключение к светодиоду позволит точно определить, когда пора проводить .
- Они незаменимы для организации полива растений . По аналогичному принципу также собираются датчики влажности воздуха, которые нужны для запуска в работу системы опрыскивания растений. Все это позволит автоматическим образом обеспечить полив растений и нормальный уровень атмосферной влажности.
- На даче использование датчиков позволит не держать в памяти время полива каждой грядки, электротехника сама расскажет о количестве воды в грунте. Это позволит не допустить избыточного полива, если недавно прошел дождь.
- Применение датчиков очень удобно и в некоторых других случаях. К примеру, они позволят контролировать влажность грунта в подвале и под домом вблизи фундамента. В квартире его можно установить под мойкой: если труба начнет капать, об этом тут же сообщит автоматика, и можно будет избежать затопления соседей и последующего ремонта.
- Простое устройство датчика позволит всего за несколько дней полностью оборудовать системой оповещения все проблемные участки дома и сада. Если электроды достаточно длинные, с их помощью можно будет контролировать уровень воды, к примеру, в искусственном небольшом водоеме.
Самостоятельное изготовление датчика поможет оборудовать дом автоматической системой контроля с минимальными затратами.
Комплектующие фабричного производства легко приобрести через интернет или в специализированном магазине, большую часть устройств можно собрать из материалов, которые всегда найдутся в доме любителя электротехники.
Больше информации можно узнать из видео.
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.
Технические характеристики модуля
- Напряжение питания: 3.3-5 В;
- Ток потребления 35 мА;
- Выход: цифровой и аналоговый;
- Размер модуля: 16×30 мм;
- Размер щупа: 20×60 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.
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).
- Настройте потенциометром порог срабатывания. Проверьте соединение датчика YL-38 с щупом YL-69.
- Проверьте соединение датчика YL-38 с щупом YL-69.
- Проверьте наличие щупа в земле.
Нередко в продаже можно встретить такие приспособления, которые устанавливаются на цветочный горшок и следят за уровнем влажности почвы, включая при необходимости насос и поливая растение. Благодаря такому устройству можно будет спокойно уезжать в отпуск на недельку, не боясь, что любимый фикус завянет. Однако цена на такие приспособления неоправданно высока, ведь их устройство предельно простое. Так зачем покупать, если можно сделать самому?
Схема
Предлагаю к сборке схему простого и проверенного датчика влажности почвы, схема которого изображена ниже:В почку горшка опускаются два металлических прутка, сделать которые можно, например, разогнув скрепку. Их нужно воткнуть в землю на расстоянии примерно 2-3 сантиметра друг от друга. Когда почва сухая, она плохо проводит электрический ток, сопротивление между прутками очень велико. Когда почва влажная – её электропроводность значительно повышается и сопротивление между прутками уменьшается, именно это явление лежит в основе работы схемы.
Резистор 10 кОм и участок почвы между прутками образуют делитель напряжения, выход которого соединён с инвертирующим входом операционного усилителя. Т.е. напряжение на нём зависит лишь от того, насколько увлажнена почва. Если поместить датчик во влажную почву, то напряжение на входе ОУ будет равно примерно 2-3 вольтам. По мере высыхания земли это напряжение будет увеличиваться и достигнет значения 9-10 вольт при совершенно сухой земле (конкретные значения напряжения зависят от типа почвы). Напряжение на неинвертирующем входе ОУ задаётся вручную переменным резистором (10 кОм на схеме, его номинал можно менять в пределах 10-100 кОм) в пределах от 0 до 12-ти вольт. С помощью этого переменного резистора задаётся порог срабатывания датчика. Операционный усилитель в этой схеме работает в качестве компаратора, т.е. он сравнивает напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах. Как только напряжение с инвертирующего входа превысит напряжение с неинвертирующего, на выходе ОУ появится минус питания, загорится светодиод и откроется транзистор. Транзистор, в свою очередь, активирует реле, управляющее водяным насосом или электрическим клапаном. Вода начнёт поступать в горшок, земля вновь станет влажной, её электропроводность увеличиться, и схема отключит подачу воды.
Печатная плата, предлагающаяся к статье, рассчитана на использования сдвоенного операционного усилителя, например, TL072, RC4558, NE5532 или других аналогов, одна его половинка при этом не используется. Транзистор в схеме используется малой или средней мощности и структуры PNP, можно применить, например, КТ814. Его задача – включение и выключение реле, также вместо реле можно применить ключ на полевом транзисторе, как это сделал я. Напряжение питания схемы – 12 вольт.
Скачайте плату:
(cкачиваний: 371)
Сборка датчика влажности почвы
Может случиться такое, что при высыхании почвы реле включается не чётко, а сначала начинает быстро щёлкать, и только после этого устанавливается в открытом состоянии. Это говорит о том, что провода от платы до горшка с растением улавливают сетевые наводки, пагубно влияющие на работу схемы. В таком случае, не помешает заменить провода на экранированные и поставить электролитический конденсатор ёмкостью 4.7 – 10 мкФ параллельно участку почвы, вдобавок к ёмкости 100 нФ, указанной на схеме.Работа схемы мне очень понравилась, рекомендую к повторению. Фото собранного мной устройства:
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
Наконец я воплощаю эту задумку. Я собираюсь сделать датчик влажности почвы на базе Arduino, с ЖК-дисплеем 16х2, часами реального времени (показывают время даже при отключенном питании), датчиком температуры и SD-картой (дата-логгером).
Он может быть полезен в биотехнологических/ биологических/ ботанических проектах или проектах по сохранению растительности.
Суть проекта заключается в том, что я собираюсь сделать на базе Ардуино индикатор влажности почвы для комнатных растений, который можно собрать стационарным или портативным. Он сможет проводить измерения каждые Х миллисекунд, в зависимости от настроек.
Сделать зонды более долговечными можно путем пускания тока на короткий промежуток времени (дважды за 30 миллисекунд в моем случае) и оставлять их отключенными на определенное время (например, 1 800 000 миллисекунд = (30x60x1000) = 30 минут). Чтобы задать это значение, нужно изменить задержку в самом конце файла «project.ino».
Раз у нас имеется датчик, проводящий измерения каждые Х миллисекунд, нам нужно установить предельные значения. Значения будут меняться от пиковых 1000 до средних 400, чем ниже значение, тем ниже сопротивление. Так как зонды измеряют сопротивление между двумя штырями, нужно взять значение 400, или близкое к нему, за 100%-ную влажность. А большее значение сопротивления, 1000 или выше, за уровень влажности 0%. Значит, нам нужно установить соответствие значений 1000 – 400 как 0 – 100%.
Ниже мы рассмотрим, как это сделать своими руками.
Шаг 1: Собираем все необходимые материалы
Вам понадобятся:
- Arduino Uno (например)
- часы реального времени DS3231 с батарейкой
- MicroSD + SD адаптер или SD-карта
- SD-модуль
- ЖК-дисплей 16х2
- датчик уровня влажности почвы YL-69
- провода
- потенциометр, я использовал на 47 кОм, но лишь потому, что не нашел на 10 или 20 кОм в своей коллекции
- макетная плата
Все эти компоненты вполне доступны и совсем недороги.
Шаг 2: Соединяем компоненты
Теперь нужно соединить компоненты та, как показано на картинке. Из-за того, что модели ЖК-дисплеев и часов реального времени различаются у каждого производителя, при соединении проводов сверяйтесь с инструкцией, чтобы быть уверенным, что все соединения верны.
ЖК-дисплей
На схеме и на картинке показано корректное подключение дисплея (с названиями выводов).
Схема подключения:
- VSS Ground, рельса GND на макетной плате
- VDD рельса +5V на макетной плате
- V0 средний штырек потенциометра (регулируемый вывод)
- RS пин 10 на плате Arduino
- RW земля, рельса GND на макетной плате
- E пин 9 на плате Arduino
- D0 оставляем не соединенным
- D1 оставляем не соединенным
- D2 оставляем не соединенным
- D3 оставляем не соединенным
- D4 пин 7 на плате Arduino
- D5 пин 6 на плате Arduino
- D6 пин 5на плате Arduino
- D7 пин 3на плате Arduino
- A рельса +5V на макетной плате
- K земля, рельса GND на макетной плате
Модуль SD-карты
Схема подключения:
- GND GND на макетной плате
- +5V рельса +5V на макетной плате
- CS пин 4 на плате Arduino
- MOSI пин 11 на плате Arduino
- SCK пин 13на плате Arduino
- MISO пин 12 на плате Arduino
Датчик YL-69
Мы будем подключать только три вывода:
- VCC пин 2 на плате Arduino
- GND рельса GND земли на макетной плате
- A0 аналоговый вывод A0
Вывод D0 мы использовать не будем, это цифровой вывод, в нашем проекте он не нужен.
Часы реального времени DS 3231 с батарейкой
Батарейка нужна, чтобы часы продолжали работу, когда отключены от сети. Мы будем использовать следующие выводы:
- SCL SCL на плате Arduino
- SDA SCA на плате Arduino
- VCC рельса +5V на макетной плате
- GND рельса GND на макетной плате
Потенциометр
Нужен, чтобы регулировать напряжение, идущее на ЖК-дисплей. Если на дисплее нет никаких цифр, а вы уверены, что они должны быть, попробуйте покрутить потенциометр. Если все подключено правильно, цифры появятся.
Шаг 3: Устанавливаем время
При первом включении часов реального времени нужно их настроить. Потом этого делать не придется, но первая настройка имеет критическое значение. Для настройки часов вам будет нужна библиотека Sodaq DS3231 .
Можно добавить ее через опцию «добавить библиотеку» в программе Arduino. Кликните «Добавить библиотеку» и выберите тип «3231», и вы ее увидите. Теперь ее нужно установить.
Если установочного файла нет, вы можете загрузить его из интернета.
Далее загрузите скетч «исправить/правка» и измените следующие значения:
«ДатаВремя» (2011, 11, 10, 15, 18, 0, 5)
в следующем порядке:
год, месяц, число, час, минуты, секунды и день недели (от 0 до 6)
установите текущие значения.
Установка времени завершена.
Шаг 4: Код
После того, как все соединения сделаны, нужен код.
Поэтому я сделал отдельный файл со скетчем и просто огромным количеством подробных комментариев в каждой секции действий. Так как в часах реального времени DS3231 есть функция измерения температуры, я решил использовать и ее.
Вам нужно установить еще одну библиотеку, «DS3231.rar».
Стандартная версия проекта сделана для работы с монитором последовательного порта и SD-картой, это значит, что без подключения последовательного монитора она просто не будет работать. Это не удобно, особенно если вы хотите сделать портативный датчик. Поэтому я написал другой скетч, не требующий подключения последовательного монитора и вообще не использующий его. Это сильно облегчает кодирование. В первом файле находится код для портативной версии, которая не использует последовательный порт.
Важная часть кода – строки, которые обозначаются тремя буквами в правом нижнем углу дисплея:
- «I» от «initialized», значит, что SD-карта присутствует
- «E» от «Error», значит, что SD-карта отсутствует
- «F» от «False», «Ложь», значит, что файл недоступен, хотя карта присутствует
Эти три буквы прописаны, чтобы помочь вам диагностировать проблемы/ошибки, если они появятся.
Файлы
Шаг 5: Выбор источника питания
Вам нужен подходящий источник питания, его выбор зависит от того, как вы планируете использовать прибор в дальнейшем.
Вы можете использовать:
- стандартный блок питания
- 9В аккумулятор с проводным подключением/с проводами для подключения
Выбор питания очень важен для реализации проекта, так как если вы хотите сделать прибор стационарным, лучше будет использовать блок питания. Но если вы хотите сделать портативный измеритель, то ваш единственный вариант – аккумулятор.
Можно использовать маленькую хитрость – погасить дисплей, если он в данный момент не нужен. Для этого используйте/посмотрите/прочитайте сокращенный код, чтобы понять, как погасить дисплей. Я этого не делал, так как решил, что мне это не нужно. Возможно, такая опция нужна в портативной версии измерителя, я же собрал стационарный.
Шаг 6: Выбор SD-карты
Оказалось, что не все SD-карты работают с моим SD-модулем.
Исходя из своего жизненного опыта, я могу с уверенностью ответить на два вопроса:
- А они все подходят для измерителя? – нет, не все. Некоторые просто не взаимодействуют с определенным модулем. Оказалось, что все карты, не взаимодействующие с моим модулем, стандарта SDHC. Стандартные и микро-SD карты работают нормально, другие не работают совсем или работают только для чтения (данные не записываются) и настройки даты и времени слетают при каждом отсоединении карты от модуля.
- Есть разница в использовании SD-карты или микро SD-карты с адаптером? – нет, работают одинаково.
На этом я завершаю свое руководство по этому проекту.
Шаг 7: Продолжаем!
Я продолжаю дорабатывать свой проект, и решил сделать для измерителя деревянный корпус, и еще печатную плату.
Шаг 8: Экспериментальная печатная плата (не завершено, может не работать)
Для соединения всех компонентов с использованием минимального числа проводов я решил использовать печатную/макетную плату. Я так решил потому, что плат у меня много, а проводов мало. Смысла покупать новые макетные платы, когда я могу сделать печатную, я не вижу. Так как плата у меня односторонняя, провода для соединений с нижней стороной все-таки будут нужны.
