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
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
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.
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
Arduino и датчик влажности почвы
Описание
Ёмкостный датчик влажности почвы позволяет, как понятно из названия, измерять влажность почвы. В отличие от обычных резистивных датчиков не окисляется со временем и не теряет своих свойств и точности.
- Питание: 2.5.. 5V
- Аналоговый выход:
Подключение
Подключается к питанию (GND, VCC), выход AOUT – на любой аналоговый пин:
Примеры
Выведем показания с датчика в порт. Он подключен в аналоговый пин 0, поэтому читаем как analogRead(0) :
Открываем порт и наблюдаем показания.
Прежде чем делать автоматический полив, нужно знать диапазон показаний датчика, изучив значения из монитора порта. У меня получилось так:
| Окружение датчика | Показания (Arduino 5V) | Показания (Wemos Mini 3.3V) |
| Воздух | 500 | 670 |
| Прижал палец | 300 | 350 |
| Сухая земля | 260 | 330 |
| Мокрая земля | 180 | 280 |
Сделаем простую условную конструкцию, которая будет включать бортовой светодиод на плате, если земля слишком сухая:
Источник
Емкостной датчик влажности почвы V1.2. Подключение к Ардуино
Применение автоматизации при выращивании растений не является чем-то новым. Автоматическое орошение, системы подкормки удобрениями, а также контроль влажности почвы стали частью современных фермерских хозяйств.
Сегодня мы поговорим о емкостном датчике влажности почвы V1.2 . Он отличается от простых датчиков влажности почвы, доступных любителям домашнего хозяйства, своим принципом действия.
Обычно датчики влажности работают по принципу измерения сопротивления. Их зонд имеет два электрода, погруженных в почву на некотором расстоянии друг от друга.
Датчик пропускает небольшой ток через зонд и отслеживает изменение сопротивления почвы. Эти изменения связаны с изменениями влажности. Принцип работы прост и пока все нормально.
Однако не все помнят о явлении электролиза, возникающее при протекании тока между электродами. Через непродолжительное время непрерывной работы зонда один из электродов подвергается действию коррозии. Это в свою очередь приводит к выходу из строя всего датчика влажности. Изменение режима работы с непрерывного на прерывистый только откладывает проблему, но зачастую является оптимальным решением.
Есть ли решение данной проблемы? Да. Изменить принцип измерения. Вместо измерения сопротивления мы будем измерять емкость. В этом случае ток практически не течет, и соответственно нет эффекта электролиза. Датчик влажности почвы V1.2, о котором пойдет речь далее, работает именно по такому принципу.
Описание датчика влажности почвы V1.2
Принципиальная схема самого датчика приведена ниже.
Здесь мы видим генератор с фиксированной частотой, который построен на микросхеме таймера NE555. Прямоугольная волна с генератора подается на датчик, который является, по сути, конденсатором.
Однако для прямоугольного сигнала этот конденсатор имеет определенное реактивное сопротивление. Чем больше влажность почвы, тем выше емкость датчика. Следовательно, существует меньшее реактивное сопротивление для прямоугольной волны, что снижает напряжение на сигнальной линии.
Напряжение на выводе аналогового сигнала датчика можно измерить с помощью аналогового вывода на Arduino, который отображает влажность почвы.
Подключение датчика влажности почвы V1.2 к Arduino
Чтобы подключить датчик к плате нам нужно только три провода, GND, VCC и AOUT. Датчик прост в использовании, поскольку он связывается с платой через аналоговый вывод, и нет необходимости использовать какие-либо библиотеки.
Для чтения данных с нашего датчика мы будем использовать контакт A0, а схема соединения будет следующей:
Первая программа – проверка датчика
Чтобы проверить, работает ли датчик, нам понадобится лишь немного переработанная программа «AnalogReadSerial», которая представлена ниже:
Программа призвана отобразить данные, полученные с датчика в монитор последовательного порта. Если данные стабильны (допустимы колебания в размере 0.5%), то значит датчик работает.
По умолчанию программа “AnalogReadSerial” возвращает считанное значение на пин A0 в диапазоне 0-1024, но мы внесли небольшую модификацию, которая позволяет отображать данные в диапазоне 0-100. Это позволит оценивать степень влажности почвы в процентах.
Датчик выдает напряжение в диапазоне 0-3В, так что с помощью функции map() мы эффективно выделили только диапазон, который использует датчик.
Результаты, отображаемые на мониторе последовательного порта, приведены ниже:
Работу датчика можно очень легко проверить. Если в мониторе последовательного порта значения сухого датчика составляют 0…2, а погруженного в стакан с водой 98…100, то это значит, что датчик работает правильно!
Вторая программа – автоматический полив
Проверив работу датчика, можно переходить к следующей программе. Это будет простая схема устройства, которая будет автоматически поливать почву в горшке с цветком.
Для этого мы используем Arduino Pro Mini , водяной насос, светодиод и, конечно же, датчик влажности почвы.
В дополнение к ранее упомянутым элементам, для управления насосом потребуется MOSFET-транзистор. Вам понадобится резистор 220 Ом для светодиода и 10 кОм для транзистора, программатор FTDI для загрузки программы в Pro Mini, панель блока питания для макетной платы пластины, к которой мы подключим блок питания.
Зачем нужен отдельный источник питания? Так как насос потребляет гораздо больше энергии, чем может обеспечить нас Arduino и FTDI преобразователь, то питание всего устройства только через порт USB может привести к сгоранию платы, преобразователя или даже материнской платы.
Если мы подобрали все элементы, то можем приступить к построению схемы. Все должно выглядеть, как показано ниже:
Насос должен быть отключен до момента отключения программатора и подключения внешнего источника питания.
Краткое пояснение: датчик подключен к контакту А0, транзистор управления насосом вместе со светодиодом подключен к контакту 11. Программатор для Pro Mini подключен — GND к GND, VCC к VCC, RX к TX и TX к RX.
Когда мы обсудили подключение всех элементов, мы можем перейти к самой программе.
Программа предназначена для включения водяного насоса при падении влажности почвы ниже 60%. О работе насоса будет сигнализировать светодиод, а измерение влажности должно выполняться каждые 30 минут.
Программа, несмотря на небольшое расширение схемы, очень проста и выглядит следующим образом:
Теперь нам остается проверить всю систему на работоспособность. Проще всего вставить датчик и шланг от помпы в горшок с сухой почвой, и если начнется полив и загорится светодиод, то система и программа работают правильно.
Как видите, построить автоматическую систему полива очень просто, а при расширении всей системы легко добиться автоматического полива большой плантации.
Источник