Индикаторы влажности почвы своими руками

Сделай сам своими руками О бюджетном решении технических, и не только, задач.

Самодельный, стабильный датчик влажности почвы для автоматической поливальной установки

Эта статья возникла в связи с постройкой автоматической поливальной машины для ухода за комнатными растениями. Думаю, что и сама поливальная машина может представлять интерес для самодельщика, но сейчас речь пойдёт о датчике влажности почвы. https://oldoctober.com/

Самые интересные ролики на Youtube

Пролог.

Конечно, прежде чем изобретать велосипед, я пробежался по Интернету.

Датчики влажности промышленного производства оказались слишком дороги, да и мне так и не удалось найти подробного описания хотя бы одного такого датчика. Мода на торговлю «котами в мешках», пришедшая к нам с Запада, уже похоже стала нормой.

Описания самодельных любительских датчиков в сети хотя и присутствуют, но все они работают по принципу измерения сопротивления почвы постоянному току. А первые же эксперименты показали полную несостоятельность подобных разработок.

Собственно, это меня не очень удивило, так как я до сих пор помню, как в детстве пытался измерять сопротивление почвы и обнаружил в ней. электрический ток. То есть стрелка микроамперметра фиксировала ток, протекающий между двумя электродами, воткнутыми в землю.

Эксперименты, на которые пришлось потратить целую неделю, показали, что сопротивление почвы может довольно быстро меняться, причём оно может периодически увеличиваться, а затем уменьшаться, и период этих колебаний может быть от нескольких часов до десятков секунд. Кроме этого, в разных цветочных горшках, сопротивление почвы меняется по-разному. Как потом выяснилось, жена подбирает для каждого растения индивидуальный состав почвы.

Вначале я и вовсе отказался от измерения сопротивления почвы и даже начал сооружать индукционный датчик, так как нашёл в сети промышленный датчик влажности, про который было написано, что он индукционный. Я собирался сравнивать частоту опорного генератора с частотой другого генератора, катушка которого одета на горшок с растением. Но, когда начал макетировать устройство, вдруг вспомнил, как однажды попал под «шаговое напряжение». Это и натолкнуло меня на очередной эксперимент.

И действительно, во всех, найденных в сети самодельных конструкциях, предлагалось замерять сопротивление почвы постоянному току. А что, если попытаться измерить сопротивление переменному току? Ведь по идее, тогда вазон не должен превращаться в «аккумулятор».

Собрал простейшую схему и сразу проверил на разных почвах. Результат обнадёжил. Никаких подозрительных поползновений в сторону увеличения или уменьшения сопротивления не обнаружилось даже в течение нескольких суток. Впоследствии, данное предположение удалось подтвердить на действующей поливальной машине, работа которой была основана на подобном принципе.

Электрическая схема порогового датчика влажности почвы.

В результате изысканий появилась эта схема на одной единственной микросхеме. Подойдёт любая из перечисленных микросхем: К176ЛЕ5, К561ЛЕ5 или CD4001A. У нас эти микросхемы продают всего по 6 центов.

Датчик влажности почвы представляет собой пороговое устройство, реагирующее на изменение сопротивления переменному току (коротким импульсам).

На элементах DD1.1 и DD1.2 собран задающий генератор, вырабатывающий импульсы с интервалом около 10 секунд. https://oldoctober.com/

Конденсаторы C2 и C4 разделительные. Они не пропускают в измерительную цепь постоянный ток, которые генерирует почва.

Резистором R3 устанавливается порог срабатывания, а резистор R8 обеспечивает гистерезис усилителя. Подстроечным резистором R5 устанавливается начальное смещение на входе DD1.3.

Конденсатор C3 – помехозащищающий, а резистор R4 определяет максимальное входное сопротивление измерительной цепи. Оба эти элемента снижают чувствительность датчика, но их отсутствие может привести к ложным срабатываниям.

Не стоит также выбирать напряжение питания микросхемы ниже 12 Вольт, так как это снижает реальную чувствительность прибора из-за уменьшения соотношения сигнал/помеха.

Я не знаю, может ли длительное воздействие электрических импульсов оказать вредное воздействие на растения. Данная схема была использована только на стадии разработки поливальной машины.

В реальной конструкции автомата для полива растений я использовал другую схему, которая генерирует всего один короткий измерительный импульс в сутки, приуроченный ко времени полива растений.

Как это работает?

Прямоугольные импульсы большой длительности (поз.1), проходя через делитель напряжения, образованного элементами C2, R2, R3, Rпочвы, R4, C3, превращаются в короткие импульсы (поз.2). Эти импульсы через конденсатор С4 поступают на вход элемента DD1.3. Туда же, через резистор R6, поступает некоторый уровень постоянного напряжения (поз.3) с делителя напряжения R5.

Когда общий уровень напряжения на входе DD1.3 (поз.4) достигает порога срабатывания компаратора (отмечено красной точкой), запускается одновибратор на DD1.3, DD1.4. Длительность управляющего импульса на выходе DD1.4 определяется постоянной времени R7, C5.

Конструкция электродов.

Конструкция электродов должна обеспечить возможность измерения влажности почвы возле корней растения. Это особенно актуально для кактусов, полив которых осуществляется мизерным количеством воды.

Для изготовления электродов я сначала выбрал стальную углеродистую проволоку, но она слишком быстро заржавела, и её пришлось заменить на нержавеющею.

Для уменьшения уровня внешних электромагнитных помех, электроды соединяются со схемой экранированным кабелем, оплётка которого подключена к корпусу прибора.

А это детали, из которых были собраны электроды.

1. Винт М3х8.
2. Гровер М3.
3. Шайба М3.
4. Лепесток М3.
5. Втулка – сталь, Ø8х10мм.
6. Винт М3х6.
7. Пластина – стеклотекстолит S = 2мм.
8. Электрод – нерж. сталь Ø1,6х300мм.

Наверное, можно было бы выбрать и другой способ крепления электродов. Но, я выбрал такое крепление, чтобы можно было оперативно регулировать глубину погружения тридцатисантиметровых электродов в почву, а кабель, при этом, не создавал слишком большую нагрузку при погружении электродов в неглубокий горшок.

Источник

Самодельные приборы для садовода

Предлагаю измерители влажности почвы и её температуры. Схема первого показана на рис. 1. Как показали опыты, более-менее объективными результаты измерения влажности почвы получаются при довольно большом токе через неё — несколько миллиампер.

Самодельная схема измерителя влажности почвы

Чтобы получить его, напряжение питания прибора выбрано равным 9 В (батарея “Крона”). Для предотвращения поляризации электродов направление тока должно быть переменным. Прибор представляет собой обычный симметричный мультивибратор на транзисторах VT1 и VT2 с эмиттерным повторителем на транзисторе VT3.

Частота генерируемых импульсов 400…500 Гц. Через конденсаторы СЗ и С4, металлические щупы и сопротивление почвы, зависящее от его влажности, генерируемые импульсы поступают на выпрямитель из диодов VD2 и VD3, нагруженный микроамперметром РА1 — М476 от переносного магнитофона.

Миллиамперметр зашунтирован диодом VD1, что приближает к линейной зависимость угла отклонения стрелки микроамперметра от влажности почвы. Подстроечным резистором R2 регулируют чувствительность прибора. Оценить влажность почвы можно и по громкости звучания пьезоизлучателя звука BQ1.

Погружаемые в грунт щупы длиной 20…25 см сделаны из шампуров из нержавеющей стали. Они согнуты в виде буквы Г и закреплены параллельно на пластине из изоляционного материала. Расстояние между щупами — 10…15 см. Большая их часть покрыта слоем эпоксидной смолы.

Оставлены незащищёнными лишь острые концы длиной 3…5 см. Это позволяет измерять влажность почвы на разной глубине. Перед использованием прибора его щупы нужно погрузить в грязную воду (например, в лужу) и подстроенным резистором R2 установить стрелку микроамперметра РА1 на последнее деление шкалы.

Контролировать влажность почвы обязательно нужно у влаголюбивых растений — капусты, огурцов, кабачков. Следует учитывать, что растения могут поглощать так называемую связанную влагу, при этом грунт кажется сухим на ощупь. Второй прибор — измеритель температуры грунта. Его схема — на рис. 2.

Он представляет собой резистивный мост, в одно из плеч которого включён терморезистор RK1, сопротивление которого зависит от температуры. На схеме указано его сопротивление при температуре 25 °С. При О °С оно возрастает приблизительно до 5 кОм. Питается прибор от двух гальванических элементов с общим напряжением 3 В.

Терморезистор имеет вид таблетки диаметром около 8 мм. Он приклеен у заострённого конца пластмассовой трубки, погружаемой в почву на глубину до 25…30 см. Для удобства отсчёта глубины погружения на стержень через каждые 1…3см нанесены риски. Провода от терморезистора проходят внутри трубки и заканчиваются штыревой частью разъёма Х1.

Для налаживания изготовленного прибора подключённый к нему терморезистор помещают в тающий лёд. Установив движок подстроенного резистора R3 в крайнее правое положение, подстроенным резистором R2 устанавливают стрелку микроамперметра РА1 на нулевое деление.

Затем берут терморезистор в руку и после его прогрева до температуры тела, не трогая подстроенный резистор R2, устанавливают подстроенным резистором R3 стрелку микроамперметра РА1 на последнее деление шкалы. Отрегулированный таким образом прибор будет с достаточной точностью измерять температуру от О °С до +37 °С.

Оптимальная температура почвы неодинакова для разных растений. Например, при её температуре менее +8 °С картофель может не взойти. Однако для всех садовых и огородных растений крайне низкая (ниже О °С) и крайне высокая (выше +30 °С) температура почвы опасна.

Источник

Индикатор влажности почвы

Сигнализатор в основном предназначен для мониторинга влажности почвы растений, выращиваемых в горшках, и наверняка заинтересует любителей комнатных растений, особенно тех, кто иногда забывает систематически их поливать. Схема представлена на рисунке.

При создании сигнального устройства использовался тот факт, что вода является хорошим проводником. Это означает, что влажная земля хорошо проводит, а при сушке она становится изолятором. Сопротивление заземления измеряется с помощью пары заостренных электродов, помещенных в горшок. Это сопротивление постоянно контролируется, и когда почва становится слишком сухой, пьезоизлучатель начинает издавать звук.

Поскольку потребности растений в области полива различны, потенциометром PR1 можно устанавливать минимальную влажность и температуру. R2, R3, C2 и C3 представляют собой генератор прямоугольных импульсов с частотой около 3 кГц. Он выполняет две функции — генерирует ток, протекающий через электроды, и сигнал управления зуммером.

Сигнал от генератора, усиленного транзисторами T3 и T6, подается на электроды. Конденсатор С5 предотвращает появление постоянного напряжения на них. Заземляющий проводник, расположенный между электродами, замыкает цепь, которая протекает к коммутатору с помощью транзисторов T4, T5. Этот переключатель управляется током — если он превышает определенный порог, транзистор T5 закрыт, поэтому, если влажность почвы в горшке в норме, зуммер не работает. Когда почва в горшке высыхает, ток, протекающий по цепи, уменьшается. В зависимости от настройки потенциометра PR1 транзисторы T4 и T5 переключаются. Когда это происходит, транзистор T5 открывается, и зуммер издает сигнал с частотой около 3 кГц. печатная плата представлена на рисунке.

Источник

DIY датчик влажности почвы с E-Ink экраном

Приветствую всех читателей Хабра! Сегодня хочу рассказать вам об одном из своих проектов, это датчиком влажности почвы с небольшим экраном на электронных чернилах, датчик работает от батарейки, умеет отправлять данные по воздуху в какую нибудь из систем Умного Дома. Данный проект это дальнейшее развитие другого моего DIY проекта датчика влажности почвы.
Хронология:

В этом проекте, как и в предшествующих ему для измерения влажности в почве используется 555-ый таймер. Так как в этом проекте не используется готовый китайский сенсор с АлиЭкспресс то для этого проекта я выбрал КМОП таймер LMC555CMX. Заявляется стабильная работа на низких напряжениях от 1.5в, сверх низкое потребление в районе 150мкА, частота 3 МГц (даташит). Таймер по ножкам совместим с NE555 и другими аналогами.

Для вывода информации на самом датчике был использовать e-ink дисплей с диагональю 1.02 дюйма, который я уже ранее использовал в другом своем проекте миниатюрного датчика температуры и влажности.

• модель: GDEW0102T4,
• IC Driver: UC8175,
• разрешение экрана: 128×80 пикселей (DPI 145),
• напряжение питания: 2.3в — 3.6в,
• потребление в режиме обновления изображения: 1.5мА,
• потребление в режиме глубокого сна: 200нА,
• время обновления экрана в стандартном режиме: 3сек,
• время обновления экрана в режиме частичного обновления: 300мс.

Было разработано две версии плат под два радио модуля разных производителей. Радио модули были выбраны таким образом, что бы полностью перекрыть всю линейку nRF52. Модуль MINEW MS50SFA имеет три модификации на которые устанавливаются nRF52810, nRF52811 и nRF52832. И второй модуль это EBYTE E73-2G4M08S1 который имеет две модификации C и E (на само деле уже три, в третьей вместо керамической антенны используется внешняя) на которые устанавливаются nRF52840 и nRF52833.

Почему так много nRF? Просто мне хотелось минимизировать минусы при использовании датчиков в различных условиях. Например если сенсор находится недалеко от шлюза то будет достаточно мощности радиопередатчика в 4dBm, при этом получаем очень привлекательное потребление устройства когда оно находится в режиме сна(а это большая часть времени), примерно 2 мкА. Если шлюз находится на удалении, то можно будет использовать датчики на которых установлены радиомодули с nRF52833 или nRF52840, у которых максимальная мощность радиопередачи 8dBm. Ну и в мечтах есть планы на Тред и Зигби, а для этого нужно много места, которое есть только в nRF52833 и nRF52840.

Изготовление плат заказывалось в Китае, из-за габаритов основной платы с сенсором влажности стоимость заказа была выше, так как плата не вписывалась в 10х10см, а это максимальные размеры которые можно сделать за $2. Вторая плата для дисплея естественно вписалась в двухдолларовые условия.

Корпус устройства был отпечатан на FDM принтере PLA нитью, после печати корпус был отшлифован и отполирован.

Работа устройства

Устройство может быть сконфигурировано внешними командами отправляемыми через интерфейс контроллера Умного Дома. Внешними командами можно изменить интервал считывания сенсоров влажности почвы и температуры от 1 часа до 24 часов с шагом в один час. Можно изменить интервал считывания и отправки уровня заряда батарейки, от 1 часа до 3 суток с шагом в 1 час. Изменить порог оповещения о необходимости полива, в зависимости от модели вашего цветка 🙂 и типа почвы, шаг 1 %, по умолчанию установлен порог в 45%. Так же можно внешней командой сделать сброс устройства к первоначальным настройкам, происходит полное очищение памяти устройства, после устройство перезагружается и пытается зарегистрироваться в сети как новое устройство.

Устройство имеет кнопку «меню», через меню можно инвертировать изображение на экране(черное\белое), вызвать презентацию(передача параметров в УД) устройства и доступных у него сенсоров, включить вручную одноразово режим поиска сети(при потере сети, минуя стандартный автоматический поиск с интервалом в 1 час), вызов режима конфигурации устройства внешними командами, сброс устройства к первоначальным настройкам.

Источник