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
Датчики Влажности Почвы: Инновации В Точном Земледелии
Вода крайне важна для развития растений. По этой причине полив требует вдумчивого подхода и не должен быть избыточным или дефицитным. Сенсоры влажности почвы невероятно эффективны для определения уровня воды, что позволяет существенно сократить затраты и усилия фермеров.
Датчики помогают составить более эффективный график полива, отрегулировать его частоту и интенсивность, чтобы не вымывать питательные вещества и не пересушивать растение. Сенсор позволяет определить уровень влажности без вашего присутствия на поле.
Использование Датчиков Влажности Почвы В Точном Земледелии
Датчик влажности почвы – это прибор для измерения текущего уровня влажности почвы. Внедренные в систему орошения, датчики помогают составить более благоприятный график подачи и распределения воды. С помощью датчиков также можно увеличить или уменьшить полив для оптимального роста культур.
В зависимости от того как работают датчики влажности почвы, они делятся на три вида:
- Наземные – устанавливаются под землей для мониторинга корневой зоны.
- Воздушные – получение данных через беспилотные летательные аппараты; иногда используются для картографирования влажности почв.
- Спутниковые – оценка ситуации из космоса. Не мешают проведению работ в поле и помогают сэкономить средства; трудоемкой установки не требуют.
Системы датчиков влажности почвы стали необходимостью, поскольку выращивание сельскохозяйственных культур – это динамичный процесс, который нужно постоянно поддерживать. Динамика оправдывает использование датчиков на разных типах местности и стадиях развития растений, с учетом климатических особенностей, а также для прогнозирования погодных рисков. Посредством анализа инфракрасного (ИК) излучения, спутниковые бесконтактные датчики влажности почвы обеспечивают постоянный поток актуальных и надежных данных. Вместе со спутниковыми изображениями эти данные позволяют фермерам быть в курсе всех изменений уровня влажности почвы и вовремя принимать необходимые меры.
Интересный факт: любое поле – неоднородно и точность данных, полученных с датчиков уровня влажности почвы, напрямую зависит от их количества. В то же время спутники покрывают всю область интереса единовременно, а специализированное программное обеспечение создает карты полей с выделенными по уровню вегетации (NDVI) зонами.
Установка И Калибровка Датчиков
Датчики влажности почвы для капельного полива требуют установки и регулярного обслуживания. Для этого вам нужны специалисты, которые будут определять следующие параметры:
- расположение датчиков;
- расстояние между устройствами;
- количество устройств;
- глубину установки;
- способ размещения датчиков;
- время перекалибровки;
- чтение и интерпретацию данных.
Помимо данных процедур, эксперты должны производить ремонт датчиков, которые вышли из строя, валидировать точность данных, а также разрабатывать схемы полива.
Среди всех типов датчиков измерения влажности почвы, спутниковые действительно могут избавить вас от хлопот. Приложения для мониторинга удобны и доступны на различных устройствах, включая ПК, ноутбук и планшет. Вы можете узнать, что происходит на вашем поле, где бы вы ни были, если у вас есть доступ к Интернету. Такие приложения позволяют фермерам выявлять проблемы удаленно и вовремя на них реагировать.
EOS Crop Monitoring
Аналитика полей на основе актуальных спутниковых данных – принимайте эффективные решения!
Считывание И Интерпретация Данных Сенсора
Необходимо уметь правильно интерпретировать информацию, полученную с датчиков. Различные типы датчиков предоставляют разные типы данных, каждый из которых требует особого подхода. Таким образом, точность толкования напрямую зависит от навыков сотрудника.
С другой стороны, если вы используете специальное приложение, нет нужды нанимать профессионала.
Онлайн приложения для мониторинга упрощают задачу. Вы получаете показатели влажности грунта на любом выбранном поле за любой день. Кривые на графике быстро сообщают о ситуации и позволяют вовремя решить проблему.
Чем Полезен Crop Monitoring?
Crop Monitoring это мультифункциональное приложение от EOSDA, которое создано для фермеров, агрономов, страховых агентов и трейдеров. Приложение постоянно обновляется и совершенствуется. Одной из его новейших функций – является способность оценивать влажность грунта, на основе соотношения объема влаги в почве и общего объема грунта (в %).
Crop Monitoring оценивает влажность на двух уровнях:
- на поверхности почвы (5 см);
- в корневой зоне (корневище).
Оба показателя важны в процессе принятия решений. Существенное преимущество данного приложения заключается в том, что оно предоставляет аналитику, на основе спутниковых данных. Эти данные объединяются в единую диаграмму, которая предоставляет информацию о росте урожая, уровне осадков и вегетационных индексах. Таким образом вы получаете полную аналитику в одном месте. Crop Monitoring отображает кривые в следующем порядке: вегетация – влажность в корневой зоне – влажность на поверхности грунта.
Вам не нужно физически присутствовать на поле, чтобы регулярно следить за изменениями, если у вас есть ПК, ноутбук или планшет с подключением к интернету. В отличие от наземных датчиков влажности почвы, спутниковые приложения обходятся дешевле и не нуждаются в команде специалистов для его установки и обслуживания.
Crop Monitoring предоставляет дополнительные данные, которые будут полезны разным участникам аграрного бизнеса. Информация о влажности почвы наряду с множеством других параметров позволяет фермерам разрабатывать сложные схемы орошения и составлять график полива. Это возможно благодаря тому, что через приложение вы получаете средние показатели для всего поля, а не для одной определенной точки.
Что же касается других участников сельскохозяйственного бизнеса, страховый агенты, например, могут отслеживать и сравнивать ключевые исторические и текущие данные через Crop Monitoring. Полученные данные можно использовать как основу для принятия решений по страховым выплатам.
Мы подтвердили спутниковые данные со 170 цифровых датчиков влажности почвы в Юте, США.
На сегодняшний день функция определения влажности почвы доступна для следующих стран:
Этот список постоянно обновляется, так как мы планируем выйти на мировой рынок. А пока мы предлагаем Индивидуальные Проекты по всему миру, вне зависимости от вашей страны. Свяжитесь с нашим отделом продаж sales@eos.com, чтобы заказать Индивидуальный Проект.
Почему Мониторинг Влажности Почв Важен?
Достаточное водоснабжение жизненно необходимо для развития растений и обеспечить его – главная задача фермера. Недостаток полива приводит к увяданию, так как все силы растений уходят на то, чтобы впитать корнями дефицитную воду, при этом у них не остается энергии для созревания и высокой урожайности. Равномерный полив, однако, помогает растениям переживать регулярный стресс, оставаться здоровыми и развиваться в полной мере. С другой стороны, чрезмерный полив приводит к загниванию корней, перекрывает подачу кислорода, что в итоге приводит к разрушению растения.
Без поддержания стабильного уровня влажности ситуация в обоих случаях сложится неблагоприятно. Вот почему датчик влажности почвы для системы полива
является незаменимым инструментом, в то время как онлайн приложения для сельского хозяйства с функцией определения уровня влажности почвы эффективны, надежны и не требуют больших затрат.
Спутниковый беспроводной датчик влажности почвы это идеальный вариант, особенно если речь идет о сравнении объема вложений и усилий, необходимых для его использования, с тем объемом и качеством данных, которые он предоставляет. Внедрение датчиков в повседневную сельскохозяйственную деятельность помогает улучшить рост культур, при этом фермеры могут более эффективно управлять рисками избытка и дефицита воды.
Источник