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.
Troyka-контакты
Датчик подключается к управляющей электронике через три провода.
Источник
Тестируем почву с Ардуино и датчиком влажности FC-28
Соединяем Arduino с датчиком влажности почвы FC-28, чтобы определить, когда ваша почва под растениями нуждается в воде.
В этой статье мы собираемся использовать датчик влажности почвы FC-28 с Ардуино. Этот датчик измеряет объемное содержание воды в почве и дает нам уровень влаги. Датчик дает нам на выходе аналоговые и цифровые данное. Мы собираемся подключить его в обоих режимах.
Как работает датчик почвы FC-28?
Датчик влажности почвы состоит из двух датчиков, которые используются для измерения объемного содержания воды. Два зонда позволяют току пройти через почву, которая дает значение сопротивления, что позволяет в итоге измерить значение влаги.
Когда есть вода, почва будет проводить больше электричества, а это значит, что будет меньше сопротивление. Сухая почва плохо проводит электричество, поэтому когда воды меньше, почва проводит меньше электричества, а это значит, что сопротивление будет больше.
Датчик FC-28 можно соединить в аналоговом и цифровом режимах. Сначала мы подключим его в аналоговом режиме, а затем в цифровом.
Спецификация
Спецификации датчика влажности почвы FC-28:
- входное напряжение: 3.3–5V
- выходное напряжение: 0–4.2V
- входной ток: 35mA
- выходной сигнал: аналоговый и цифровой
Датчик влажности почвы FC-28 имеет четыре контакта:
- VCC: питание
- A0: аналоговый выход
- D0: цифровой выход
- GND: земля
Модуль также содержит потенциометр, который установит пороговое значение. Это пороговое значение будет сравниваться на компараторе LM393. Светодиод будет нам сигнализировать значение выше или ниже порогового.
Аналоговый режим
Для подключения датчика в аналоговом режиме нам потребуется использовать аналоговый выход датчика. Датчик влажности почвы FC-28 принимает аналоговые выходные значения от 0 до 1023.
Влажность измеряется в процентах, поэтому мы сопоставим эти значения от 0 до 100, а затем покажем их на последовательном мониторе (serial monitor). Вы можете установить различные значения влаги и повернуть водяную помпу «включено-выключено» согласно этим значениям.
Электрическая схема
Подключите датчик влажности почвы FC-28 к Ардуино следующим образом:
- VCC FC-28 → 5V Arduino
- GND FC-28 → GND Arduino
- A0 FC-28 → A0 Arduino
Код для аналогового выхода
Для аналогового выхода мы пишем такой код:
Объяснение кода
Прежде всего, мы определили две переменные: одну для контакта датчика влажности почвы, а другую для хранения выхода датчика.
В функции setup, команда Serial.begin(9600) поможет в общении между Arduino и серийным монитором. После этого, мы напечатаем «Reading From the Sensor . ” (англ. — считываем с датчика) на обычном дисплее.
В функции цикла, мы прочитаем значение от аналогового выхода датчика и сохраним значение в переменной output_value. Затем мы сопоставим выходные значения с 0-100, потому что влажность измеряется в процентах. Когда мы брали показания с сухого грунта, значение датчика было 550, а во влажном грунте значение датчика было 10. Мы сопоставили эти значения, чтобы получить значение влаги. После этого мы напечатали эти значения на последовательном мониторе.
Цифровой режим
Для подключения датчика влажности почвы FC-28 в цифровом режиме мы подключим цифровой выход датчика к цифровому контакту Arduino.
Модуль датчика содержит потенциометр, который использован для того чтобы установить пороговое значение. Пороговое значение после этого сравнивается со значением выхода датчика используя компаратор LM393, который помещен на модуле датчика FC-28. Компаратор LM393 сравнивает значение выхода датчика и пороговое значение, и после этого дает нам выходное значение через цифровой вывод.
Когда значение датчика больше чем пороговое значение, цифровой выход передаст нам 5В, и загорится светодиод датчика. В противном случае, когда значение датчика будет меньше чем это пороговое значение на цифровой вывод передастся 0В и светодиод не загорится.
Электрическая схема
Соединения для датчика влажности почвы FC-28 и Ардуино в цифровом режиме следующие:
- VCC FC-28 → 5V Arduino
- GND FC-28 → GND Arduino
- D0 FC-28 → Пин 12 Arduino
- Светодиод положительный → Вывод 13 Ардуино
- Светодиод минус → GND Ардуино
Код для цифрового режима
Код для цифрового режима ниже:
Объяснение кода
Прежде всего, мы инициализировали 2 переменные для соединения вывода светодиода и цифрового вывода датчика.
В функции setup мы объявляем пин светодиода как пин выхода, потому что мы включим светодиод через него. Мы объявили пин датчика как входной пин, потому как Ардуино будет принимать значения от датчика через этот вывод.
В функции цикла, мы считываем с вывода датчика. Если значение более высокое чем пороговое значение, то включится светодиод. Если значение датчика будет ниже порогового значения, то индикатор погаснет.
На этом вводный урок по работе с датчиком FC-28 для Ардуино мы завершаем. Успешных вам проектов.
Источник
Датчик влажности почвы (ёмкостный): инструкция по использованию и примеры
Ёмкостный сенсор влажности почвы пригодиться для создания систем автоматического полива растений. Датчик не даст засохнуть комнатным цветкам и флоре на огороде.
Принцип работы
Ёмкостный датчик выполнен в виде штыря, которым погружается в грунт на расстояние до 80 мм. На штыре в виде дорожек расположены два электрода, но в отличии от резистивной модели, электроды ёмкостного сенсора защищены токоизолирующей маской и неподвержены коррозии.
Внутри ёмкостного датчика находится RC-генератор на таймере 555, частота которого зависит от ёмкости между двумя электродами, которые выполняю роль конденсатора. Изменение влажности грунта сказывается на его диэлектрических свойствах и меняет ёмкость, что приводит к повышению или понижению выходного сигнала датчика. Итоговое напряжение пропорционально степени влажности почвы.
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.
Источник
Датчик уровня влажности почвы и автоматический полив на Arduino
Хотели бы вы, чтобы ваши растения сообщали о том, что их надо полить? Или просто держали вас в курсе уровня влажности почвы?
В этой статье мы рассмотрим проект автоматизированного полива с использованием датчика уровня влажности почвы:
Обзор датчика уровня влажности почвы
Подобные датчики подключаются достаточно просто. Два из трех коннекторов — это питание (VCC) и земля (GND). При использовании датчик желательно периодически отключать от источника питания, чтобы избежать возможного окисления. Третий выход — сигнал (sig), с которого мы и будем снимать показания. Два контакта датчика работают по принципу переменного резистора — чем больше влаги в почве, тем лучше контакты проводят электричество, падает сопротивление, сигнал на контакте SIG растет. Аналоговые значения могут отличаться в зависимости от напряжения питания и разрешающей способности ваших аналоговых пинов микроконтроллера.
Для подключения датчика можно использовать несколько вариантов. Коннектор, приведенный на рисунке ниже:
Второй вариант более гибкий:
Ну и конечно можно напрямую запаять контакты на датчик.
Если вы планируете использовать датчик за пределами квартиры, стоит дополнительно задуматься о защите контактов от грязи и прямого попадания солнечных лучей. Возможно, стоит подумать о корпусе или нанесении защитного покрытия непосредственно на контакты датчика уровня влажности и проводники (смотрите на рисунок ниже).
Датчик уровня влажности почвы с нанесенным защитным покрытием на контактах и изолированными проводниками для подключения:
Проблема недолговечности датчика уровня влажности почвы
Один из недостатков датчиков подобного типа — недолговечность их чувствительных элементов. К примеру, компания Sparkfun решает эту проблему, используя дополнительное покрытие (Electroless Nickel Immersion Gold). Второй вариант продления срока действия сенсора — подавать на него питание непосредственно при снятии показаний. При использовании Arduino, все ограничивается подачей сигнала HIGH на пин, к которому подключен датчик. Если вы хотите запитать датчик большим напряжением чем предоставляет Arduino, всегда можно использовать дополнительный транзистор.
Контроль уровня влажности почвы — пример проекта
В приведенном ниже проекте использованы датчик уровня влажности, аналог платы Arduino — RedBoard и LCD дисплей, на котором выводятся данные про уровень влажности почвы.
В приведенном ниже проекте использованы датчик уровня влажности, аналог платы Arduino — RedBoard и LCD дисплей, на котором выводятся данные про уровень влажности почвы.
Датчик уровня влажности почвы компании SparkFun:
Красный проводник (VCC) подключается к 5 В на Arduino, черный — к земле (GND), зеленый — сигнал — к аналоговому пину 0 (A0). Если вы используете другой аналоговый пин на Arduino, не забудьте внести соответствующие изменения в скетч для микроконтроллера, представленный ниже.
LCD дисплей подключен к 5 В, земле и цифровому пину 2 (также можно изменить и внести изменения в код) для обмена данными с микроконтроллером по серийному протоколу связи.
Стоит отметить, что если вы хотите продлить срок службы вашего сенсора, можно подключить его питание к цифровому пину и питать его только при считывании данных, а после — отключать. Если запитывать датчик постоянно, его чувствительные элементы вскоре начнут ржаветь. Чем больше влажность почвы, тем быстрее будет проходить коррозия. Еще один вариант – нанести гипс на датчик. В результате влага будет поступать, но коррозия значительно замедляется.
Программа для Arduino
Скетч достаточно простой. Для передачи данных на LCD дисплей вам необходимо подключить библиотеку Software Serial library. Если у вас в ее нет, скачать можно здесь: Arduino GitHub
Дополнительные пояснения приведены в комментариях к коду:
// Пример использования датчика уровня влажности почвы с LCD дисплеем.
// В скетче считываются данные с датчика и отображается уровень влажности почвы
// Для работы с дисплеем используется библиотека softwareserial library
// Подключите пин для обмена данными с использованием LCD дисплея по серийному протоколу RX к цифровому пину 2 Arduino
SoftwareSerial mySerial(3,2); // pin 2 = TX, pin 3 = RX (не используется)
// Тут мы настраиваем некоторые константы.
// Настройка констант зависит от условий внешней среды, в которой используется датчик
int thresholdUp = 400;
int thresholdDown = 250;
// Настраиваем пин A0 на Arduino для работы с датчиком:
int sensorPin = A0;
mySerial.begin(9600); // устанавливаем скорость обмена данными на 9600 baud
delay(500); // ждем пока дисплей прогрузится
// Здесь мы объявляем строку, в которой хранятся данные для отображения
// на жидкокристаллическом дисплее. Значения будут изменяться
// в зависимости от уровня влажности почвы
// В переменной sensorValue хранится аналоговое значение датчика с пина А0
// перемещение курсора к началу первой строки LCD дисплея:
// перемещение курсора к началу первой строки LCD дисплея:
// запись необходимой информации на дисплей:
mySerial.print(sensorValue); //Использование.print вместо .write для значений
// Теперь мы проведем проверку уровня влажности по сравнению с заданными нами предварительно числовыми константами.
// Если значение меньше thresholdDown, отображаем слова:
if (sensorValue = thresholdUp)<
// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:
DisplayWords = «Wet, Leave it!»;
// Если полученное значение в диапазоне между минимальным и максимальным
// и почва была раньше влажной, а теперь сохнет,
// отображаем надпись «Dry, Water it!» (то есть, когда мы
// приближаемся к thresholdDown). Если почва была сухой, а теперь
//быстро увлажняется, отображаем слова «Wet, Leave it!» (то есть, когда мы
// приближаемся к thresholdUp):
// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:
delay(500); //Задержка в пол секунды между считываниями
В программе использованы различные минимальное и максимальное значения. В результате среднее значение может характеризовать влажность в зависимости от того, почва увлажняется или сушится. Если вы не хотите использовать это среднее значение, максимальное и минимальное значения можно принимать одинаковыми. Однако эксперименты показывают, что предложенный подход позволяет более точно характеризовать процессы, которые происходят в почве. Определенного точного среднего значения в реальных условиях не существует. Так что с выборкой диапазона можно поиграться. Если вас интересуют процессы, которые происходят в почве при взаимодействии с водой, почитайте тут, например: Wiki. Процессы достаточно сложные и интересные.
В любом случае, переменные вам надо настроить под собственные условия: тип почвы, необходимый уровень увлажнения. Так что тестируйте, экспериментируйте пока не определитесь с подходящими значениями.
Автоматический полив
После организации считывания данных с датчика уровня влажности и их отображения, проект можно развить дальше, организовав систему автоматического полива.
Датчик уровня влажности в составе автоматической системы полива на основании Arduino:
Для автоматизации полива нам понадобятся дополнительные детали: возможно, шкивы, зубчатые шестерни, двигатель, муфта, транзисторы, резисторы. Список зависит от вашего проекта. Ну все, что может попасться под руку в быту. Более детально один из примеров показан ниже:
Это один из множества вариантов установки двигателя для системы автоматического полива. Колесо можно установить непосредственно в воде. В таком случае при его быстром вращении, вода будет подаваться к растению. В общем, можете проявить фантазию.
Схема подключения двигателя постоянного тока (статья с более подробным примером подключения двигателя к Arduino) на примере копии Arduino от SparkFun приведена ниже:
Ниже приведен скетч для Arduino (по сути он такой же как и приведенный выше с небольшим дополнением для управления двигателем):
// В скетче считываются данные с датчика и отображается уровень влажности почвы
// если почва сухая, начинает работать двигатель
// Для работы с дисплеем используется библиотека softwareserial library
// Подключите пин для обмена данными с использованием LCD дисплея по серийному протоколу RX к цифровому пину 2 Arduino
SoftwareSerial mySerial(3,2); // pin 2 = TX, pin 3 = RX (unused)
// Управляем двигателем с помощью пина 9.
// Этот пин должен обязательно поддерживать ШИМ-модуляцию.
const int motorPin = 9;
// Тут мы настраиваем некоторые константы.
// Настройка констант зависит от условий внешней среды, в которой используется датчик
int thresholdUp = 400;
int thresholdDown = 250;
// Настраиваем пин A0 на Arduino для работы с датчиком:
int sensorPin = A0;
pinMode(motorPin, OUTPUT); // устанавливаем пин, к которому подключен двигатель в качестве выхода
mySerial.begin(9600); // устанавливаем скорость обмена данными на 9600 baud
delay(500); // ждем пока дисплей прогрузится
// Здесь мы объявляем строку, в которой хранятся данные для отображения
// на жидкокристаллическом дисплее. Значения будут изменяться
// в зависимости от уровня влажности почвы
// В переменной sensorValue хранится аналоговое значение датчика с пина А0
// перемещение курсора к началу первой строки LCD дисплея: mySerial.write(254);
// перемещение курсора к началу первой строки LCD дисплея: mySerial.write(254);
// запись необходимой информации на дисплей:
mySerial.print(sensorValue); //Использование.print вместо .write для значений
// Теперь мы проведем проверку уровня влажности по сравнению с заданными нами предварительно числовыми константами.
// Если значение меньше thresholdDown, отображаем слова:
if (sensorValue = thresholdUp)<
// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:
DisplayWords = «Wet, Leave it!»;
// выключение двигателя (0 – остановка, 255 – максимальная скорость):
// Если полученное значение в диапазоне между минимальным и максимальным
// и почва была раньше влажной, а теперь сохнет,
// отображаем надпись «Dry, Water it!» (то есть, когда мы
// приближаемся к thresholdDown). Если почва была сухой, а теперь
//быстро увлажняется, отображаем слова «Wet, Leave it!» (то есть, когда мы
// приближаемся к thresholdUp):
// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:
delay(500); //Задержка в пол секунды между считываниями
Удачи вам в реализации автоматического полива ваших растений!
Источник