Емкостной датчик влажности почвы принцип работы

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

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Емкостной датчик влажности почвы

Датчик предназначен для определения влажности почвы емкостным методом, то есть датчик не имеет гальванического контакта с почвой, что потенциально делает его весьма долговечным , по сравнению с такими. Датчик был приобретен на Али за 100 рублей с небольшим.

Датчик поставляется в антистатическом пакете. К нему прилагается соединительный кабель, длиной 20 см.

Датчик влажности емкостной представляет собой печатную плату, с габаритами 100 х 22 мм.

Все электронные компоненты устройства смонтированы на плате с одной стороны. Для подключения к Arduino предназначен трех контактный разъем.

Схема подключения датчика к Arduino

Датчик влажности может питаться постоянным напряжением 3,3 В или 5 В, непосредственно от платы Arduino, при этом он потребляет ток 4,8 мА и 5,5 мА, соответственно. На фото видно как он подключен к плате.

Информационный выход датчика AUOT аналоговый. Для демонстрации работы устройства можно использовать программу AnalogInput2, которая считывает сигналы с одного аналогового порта 0 и отправляет их в последовательный порт. При напряжении питания 3,3 В напряжение на информационном выходе меняется в диапазоне от 560 (воздух) до 460 (датчик зажат в руке).

При напряжении питания 5 В напряжение на информационном выходе меняется в диапазоне от 670 (воздух) до 330 (датчик зажат в руке).

Таким, образом, видно, что напряжение на информационном выходе датчика снижается пропорционально повышению влажности окружающей среды.

Следует иметь в виду, что показания датчика меняются плавно, да и пропитывание грунта водой это тоже процесс явно не мгновенный, по этим причинам опрашивать такой датчик часто нет никакого смысла.

К недостаткам датчика можно отнести, то, что радиоэлементы не как не защищены от попадания влаги. Даже если устройство эксплуатируется в цветочном горшке, то попадание капель воды на плату датчика вполне возможно, что и говорить об использовании его в грунте. Вероятно, при практическом использовании датчика в реальном проекте следует покрыть все радиоэлементы слоем лака, парафина или эпоксидной смолы, так что бы случайная капля, попавшая на плату, не замкнула контакты и не стала причиной коррозии. В целом простой и потенциально весьма надежный датчик, который может стать элементом системы автоматического цветополива или домашней метеостанции.

Полезное видео

Файлы прошивки в архиве. Обзор для сайта 2Схемы подготовил Denev.

Читайте также: Грядки вровень с землей

Источник

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

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

Обзор емкостного датчика почвы v2.0

Автор: Сергей · Опубликовано 21.11.2020 · Обновлено 16.12.2020

Сегодня расскажу как подключить емкостный датчик влажности почвы к плате Arduino UNO с отправкой показаний на сериал порт. Так-же приведу пример калибровки, для вывода показаний в процентах %.

Технические параметры

► Напряжение питания: 3.3 — 5.5 В;
► Рабочий ток: 5mA
► Габариты: 99 х 16 х 10 мм;
► Выходное напряжение: 0 — 3.0 В
► Вес: 1 г

Общие сведения

Данный датчик, измеряет уровень влажности почвы посредством емкостного измерения, а не резистивного, как другие датчики. Это позволило увеличить срок службы датчика, так как он не подвержен коррозии. Так же, модуль включает в себя встроенный стабилизатор напряжения, с помощью которого обеспечивается диапазон работы от 3.3 В до 5.5 В, что позволяет подключить его к Arduino UNO, а так же к NodeMCU.

Выходное напряжение ёмкостного датчика почвы составляет от 1.2 В до 3.0 В. Принципиальную схему датчика можно посмотреть на рисунке ниже.

Назначение контактов модуля NEO-6M:
Емкостного датчика почвы v.2 имеет один разъем (PH2.0-3P) для подключения.
► GND — заземляющий вывод питания;
► VCC — вывод питания 3.3 В — 5 В.
► AUOT — аналоговый выход до 3В.

Подключение емкостного датчика почвы v.2 к Arduino UNO

Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Емкостной датчик почвы v.2 x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
► Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.

В данном примере подключим емкостной датчика почвы v.2 к Arduino UNO и отобразим аналоговое значение и значение влажности почвы в процентах.

Подключение:
Теперь приступим к подключению емкостной датчик почвы к Arduino UNO, схема для этого очень проста. Подключим вывод VCC к 3.3 В (Arduino UNO, а GND к GND (Arduino UNO). Точно так же подключаем вывод аналогового выхода к A0 (Arduino UNO).

Программа:
Скопируйте приведенный ниже скетч и загрузите его на свою плату Arduino.

Источник

Беспроводной модуль для ёмкостного датчика влажности почвы на nRF52832

Всем привет, сегодня расскажу о том как я решил проапгрейдить датчик влажности почвы с Алиэкспресс. Примерно месяц назад был куплен датчик влажности почвы. Зачем покупал и сам не знаю, наверное все из-за цены в 40 рублей 🙂

Получив и успешно проверив датчик(с помощью Ардуино Нано) стал думать куда бы его пристроить в уже работающей системе на основе Майсенсорс(что это такое поясню позже). Так как датчик супер дешевый, то очень хотелось бы найти так же дешевое и незатейливое решение.

Схема датчика построена на микросхеме таймере TLC555. В схему добавлен стабилизатор напряжения XC6206P332 (даташит) на 3.3в, соответственно схему можно запитывать от источника максимум в 6в. При подаче напряжения питания ниже 3.3в, стабилизатор отдает на выходе тоже, что и получает на входе.

Уже как месяца два у меня лежали без дела два модуля nRF52832 от компании EBYTE — E73-2G4M04S1B. Очень дешевые модули, в вопросе цены оставляют далеко позади все другие модули nRF52.

Но у них есть 2 существенных для меня минуса. Первый и менее важный это размеры модуля. Они довольно большие. Второй минус, более важный это отсутствие в схеме двух маленьких элементов из-за чего модуль теряет половину своей привлекательности. Отсутствующие элементы это две индуктивности подключаемые к ножкам DCC и DEC4. Плохо это тем что не позволяет использовать модули в режиме пониженного энергопотребления, 7-8мА VS 15-16мА. Почему их не стали ставить я не могу понять, вариант «из-за экономии» не вписывается, так как на схеме можно было сэкономить и на других элементах. В общем добавляем в хотелки установку индуктивностей и наличие режима DC-DC.

Следующее что надо решить это управление питанием датчика. Так как наша тема это батарейная тема то постоянное питание это плохой вариант. Самое простое что сразу напрашивается это использование транзистора в режиме ключа. Выбор пал на полевой p-канальный транзистор IRLML6402TRPBF.

Следующее о чем нужно было подумать это порт программирования, под SWD и Serial сделал просто контактные площадки. Конечно так же добавил микро разъем, который использую и в других устройствах 2x3P | 6pin | 1.27mm | SMT | Pin Header Female, но это теперь чисто опциональная штука.

Так же нужно добавить тактовую кнопку и как минимум один светодиод, что бы было по проще понимать работает оно или нет :).

Следующее что надо было решить это как соединять ноду радио модуль и емкостный датчик. Розетку которая установлена на датчике и провода идущие в комплекте использовать совсем не хотелось. Шаг отверстий в разъёме на плате куда напаивается розетка, составляет 2.54мм, так же на плате выведен дополнительный дублирующий ряд. Было принято решение использовать обычную «гребенку» с шагом 2.54, а использование сразу обоих рядов придаст дополнительную жесткость соединения.

Вроде бы всё, из плюшек несколько элементов которые можно оставить или спаять на черный день и розетка с проводом (где нибудь пригодится :)).

Плату, как обычно, делал в программе Диптрейс. Первый вариант был сделан для ЛУТ, собственно о том что получилось как раз речь в этой статье. Позже был сделан вариант платы для заказа на производстве.

После травления, лужения, вырезания, сверления и пайки пришло время тестов. Вообще ничего особого от датчика на модуле от EBYTE не ждал, тем более с каким то внешним влагомером с Али. Но по итогу был даже удивлен некоторыми результатами. Потребление в режиме передачи данных составило не более 9мА(на половину разряженной батарейке), потребление в режиме измерений составило не более 5 мА. Потребление в режиме сна составило 2.1-2.2мкА.

Итого что теперь может датчик. Работать в пониженном режиме энергопотребления. Измерять и передавать на контролер УД посредством сети Майсенсорс показания влажности почвы, показания температуры, показания оставшегося заряда батарейки, показания уровня радиосигнала.

А что такое Майсенсорс?

A это сообщество разработчиков програмного обеспечения с открытым исходным кодом. Данный протокол разработан сообществом для создания радио и проводных сетей. Первоначально проект разрабатывался для платформы Arduino.

Поддерживаемые радиопередатчики: NRF24L01 | RFM69 | RFM95 (LoRa) | nRF5x

Поддерживаемый проводной тип связи: RS485

Поддерживаемые типы связи между гейтом и контролером: MQTT | Serial USB | WiFi | Ethernet | GSM

ПО естественно тестовое, что я бы непременно добавил(и добавлю), это учет коэффициента разряда батарейки, хоть я и использую в ПО настройку опорного напряжения как внешнее батарейное vdd/4, но все равно присутствует небольшой шум при измерениях с разным уровнем напряжения. Так же пока не ясно стоит ли или нет вводить температурный коэффициент в расчеты. Неясно потому что пока нет статистики. Но, а в целом на выходе очень симпатиШные результаты:). Стоимость всего что пришлось добавить к китайскому датчику влажности составила что-то в районе 400 рублей. Вполне неплохо.

Источник