Датчики влажности почвы для теплиц

Датчик влажности почвы в системах автоматического полива

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

Датчик влажности

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

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

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

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

Показания после полива через 5 минут 12.65 кОм.

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

Принцип действия автоматики

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

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

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

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

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

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

Системы автоматизации полива

Если вас интересует полноценная 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.

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

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

Это гибкие устройства, позволяющие точно настроить 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.

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

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

Схема для сборки представлена ниже.

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

Принципиальная схема и распиновка компаратора LM393 представлена ниже.

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

Исполнительные устройства автоматизации полива

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

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

Существует множество управляемых кранов и других производителей.

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

Недостатки автоматических систем полива

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

Используя 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.

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

Заключение

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

Видео по теме

Источник

Датчик влажности почвы в теплице

Автоматика упрощает жизнь владельца теплицы. Автоматическая система полива избавит от ежедневной работы, а предотвратить переизбыток воды поможет датчик влажности почвы.

Суть в том, что эта плата выдает 5 вольт, когда уровень влажности почвы падает ниже заданного крутилкой порога.

Когда влажность субстрата достаточная 5 вольт не подается.

Теперь можно взять модуль реле, который будет включать и выключать водяную помпу, поддерживая заданный уровень влажности субстрата.

Видите, как всё просто. Даже слишком просто 🙂

Подключаем и получаем сколько угодно канальный автополив, причем на каждый канал можно повесить свой датчик влажности почвы.

И заметьте, что никакого микроконтроллера здесь не нужно.

Только должен вас предупредить, что эти датчики влажности почвы покрыты не золотом, и со временем эти датчики в почве окисляются и перестают работать, поэтому, время от времени, их необходимо чистить резинкой для удаления чернил от шариковой ручки.

Она чистит контакты датчика очень бережно и, в то же время, содержит в составе абразив для удаления оксидной плёнки.

Принцип работы датчика влажности

Конструкция датчика влажности почвы — это два проводника, подключаюемых к слаботочному источнику энергии. При росте уровня вланости между электродами растет, сопротивление снижается, а сила тока увеличивается.

Чтобы избежать коррозии, так как электроды находятся во влажной среде, их подключают через ключ. Обычно система отключена и запускается только для проверки влажности нажатием кнопки.

Датчики влажности почвы устанавливают в теплицах – они обеспечивают контроль автоматического полива, а система может функционировать без вмешательства человека. Тогда автоматика всегда находится во ключенном состоянии, но состояние электродов нужно держать под контролем, чтобы они не разрушались коррозией. Такие системы можно монтировать на грядках, газонах и т.п. и на открытом воздухе – они позволят получить информацию о влажности почвы.

Такая система точнее тактильного ощущения. Если человек посчитает землю полностью сухой, то датчик покажет до 100 единиц влажности грунта, а после полива это значение вырастает до 650-900.

При использовании датчика на улице, верхнюю его часть надо загерметизировать, чтобы информация не искажалась. Для этого его можно покрыть эпоксидной смолой, либо, водонепроницаемым силиконовым герметиком.

Читайте также: Чем хорошо полоть грядки

Сборка датчика влажности для теплицы

Датчик собирается так:

Измерительная часть – это два электрода, шириной 3-4 мм, они крепятся к основанию, изготовленному из текстолита.
К контактам нужно подключить исходящие провода, после чего контакты изолируются. Длина электродов, которые будут погружаться в грунт, составляет от 4 до 10 см. в зависимости от используемой емкости или открытой грядки.
Для датчика необходим источник питания 35 мА и напряжением 5В. В зависимости от количества влаги в почве диапазон возвращаемого сигнала составит 0—4,2 В. Потери на сопротивление определяют наличие воды в субстрате.
Датчика влажности почвы подключают 3мя проводами к микроконтроллеру, например, Arduino. Контроллер объединяет датчик с зуммером для подачи сигнала при чрезмерном уменьшении влажности почвы, или к светодиоду, яркость, которого будет меняться при изменениях показаний датчика.

Такое автоматическое устройство может стать частью автополива в системе «Умная теплица», например, с использованием Ethernet-контроллера MegD-328. Web-интерфейс показывает уровень влажности в 10-битной системе: диапазон от 0 до 250 говорит о том, что земля совершенно сухая, 300-650 – в почве достаточно влаги, более 700 – земля мокрая, и полив не требуется.

Такую автоматическую систему, собранную из микроконтроллера, реле и источника питания помещают в любой подходящий корпус, для которого можно приспособить какой-либо пластиковый бокс.

В дачных условиях использование такого датчика влажности почвы будет простым и надежным.

Сферы применения датчика влажности

Использование датчика влажности почвы может быть разным. Часто их применяют в системах авто-полива и ручного полива растений в теплицах:

Их можно монтировать в цветочных горшках, если растения чувствительны к уровню воды. 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 фиалок и других растений с хрупкой корневой системой. Подключение к светодиоду позволит точно определить, когда пора проводить полив.
Они незаменимы для организации полива растений в теплице. 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.

Источник