Датчики для измерения влажности почвы

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?

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

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

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

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

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

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:

850, когда почва сухая;

400, когда почва полностью насыщена влагой.

Рисунок 7 – Калибровка датчика влажности почвы

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:

• 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

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

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

Источник

Чем можно измерить влажность почвы: ТОП-10 лучших электронных измерителей влаги

Гигрометр – это прибор, созданный для измерения влажности воздуха или почвы. Если человеку нужно понять состояние некоторой среды, то очень важным показателем будет являться влажность. В таком случае и выручит гигрометр. Однако, к выбору данного механизма стоит подойти очень серьёзно. Нередко на рынке продают некачественный товар, который неверно отображает характеристики. В данной статье мы разберём все нюансы, касающиеся гигрометра: лучшие модели данного механизма, его предназначение, виды приборов и советы при покупке.

Виды измерителей

По способу измерения гигрометры делятся на два типа: игольчатые или бесконтактные:

игольчатые представляют собой механизм, из которого торчат два электрода – иголки. Они погружаются в измеряемый материал. Далее через него проводится электрический ток, после чего происходит само измерение. Такой вариант имеет серьёзный недостаток – невозможно произвести измерение без вмешательства в почву;

Игольчатый измеритель почвы
бесконтактные несмотря на своё название всё равно требуют прикосновение к материалу. Механизмы имеют специальные щупы. При контакте с поверхностью почвы прибор автоматически сам вычисляет влажность среды.

Бесконтактный измеритель почвы

По строению инструменты делятся также на два вида:

1. Электронные. Такие механизмы работают от аккумулятора. Электронные модели имеют обычно больше функций, но и более высокую цену;
2. Механические. Эти приборы обладают более доступной ценой и автономностью работы (не зависят от АКБ). Однако, в отличие от электронных моделей они менее чувствительны, а также имеют более высокую погрешность измерения.

Зачем нужен измеритель

Измерители влажности помогают для фиксации состояния окружающей среды. Благодаря измерению влажности возможно судить о её особенностях почвы.

Гигрометры применяются во многих сферах деятельности. Они могут использоваться для профессиональной работы: экологами или географами. Также приборы применяются и в садоводчестве (очень часто для посадки растения необходимо знать состояние земли).

Измерители влажности помогают для фиксации состояния окружающей среды

Как пользоваться измерителем

Гигрометр сам по себе лёгок в применении. В любом случае при покупке к механизму также обычно прилагается и инструкция по эксплуатации. Однако, для более точного измерения показателя влажности необходимо учитывать некоторые нюансы. Разберём их:

• если почва была удобрена, то проводить измерения можно не ранее, чем через три дня;
• перед проведением процедуры необходимо обязательно пролить участок (но не перелить);
• участок земли, где будет происходить замер, должен быть предварительно уплотнён;
• если вы хотите получить точный результат, то следует провести хотя бы три измерения. А после этого вычислить средний результат;
• после измерения обязательно вытрите иглу (щуп).

Видео — Как определить кислотность почвы, калибровка pH-метра

ТОП-10 лучших электронных измерителей влаги

Сейчас рассмотрим лучшие модели гигрометров для измерения влажности. Все приборы мы расположили в статье в порядке увеличения их стоимости (а соответственно и функциональности).