Самодельный измеритель влажности почвы

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

Беспроводной DIY монитор влажности почвы

Приветствую всех читателей Хабра! Сегодня хочу поделится с вами моим новым проектом — беспроводным датчиком влажности почвы, который построен на основе всем известного модуля влажности почвы с алиэкспрес. Новый датчик это логическое продолжение первого моего DIY проекта на эту тему. Но в новой реализации это уже не ардуино модуль, а законченный девайс с своим собственным корпусом. Итак, каша из топора, часть вторая! 🙂

Китайский модуль измерения влажности почвы построен на таймере 555. Метод измерения — емкостной. Для моего проекта нужна была версия модуля с установленным стабилизатором напряжения XC6206P332 на 3.3В, который в дальнейшем придется удалить с платы модуля. Дело в том что в таких версиях используемся модификация таймера TLC555 с нижним порогом по питанию в 2В. В версиях без стабилизатора используются таймеры NE555 c нижним порогом по питанию в 5В. Но в любом случае что проще купить для повторения этого проекта дело повторяющего. В первом варианте выпаиваем стабилизатор напряжения, во втором меняем таймер например на такой — LMC555 (даташит) работающий даже от 1.5В. Для беспроводного модуля к китайскому датчику влажности почвы я выбрал радиомодуль от EBYTE E73C на котором установлен чип nRF52840. Аргументом стала цена модуля и имеющееся количество данных модулей у меня в запасах.

Беспроводной модуль получился очень простой, RGB светодиод, пара кнопок, полевой транзистор, батарейка. Собрать такой девайс сможет даже самый неопытный начинающий паяльщик. На датчике влажности помимо удаления стабилизатора напряжения так же необходимо выпаять разъем и впаять на его место штырьевую вилку 3P, шаг 2.54 мм.

Размеры платы получились немного меньше чем в первом проекте — 42х29мм, определялись размером держателя батарейки.

Корпус был напечатан на моем бытовом SLA принтере ANYCUBIC. Время печати деталей порядка пары часов. Последующая пост обработка заняла около получаса. Стоимость израсходованной полимерной смолы

Потребление в режиме сна — 4.7мкА, в режиме передачи 8мА. Интервал замеров изменяемый, шаг 1 минута. Время измерения 50мс (5 замеров в тестовой программе), потребление во время измерения

1 мА. Так же производятся измерение температуры чипа, измерение уровня заряда батарейки. Передача данных на контролер УД посредством сети Mysensors, передача данных на контролер УД посредством сети Zigbee.

Код тестовых программ находится на моем Github

Пример работы в сети Mysensors и УД Мажордомо

Пример работы в сети ZigBee и УД Мажордомо

Код настройки конвертора в модуле zigbee2mqtt для датчика влажности (пока не уверен, что это верное решение).

Тестовую прошивку написал один из участников нашего DIY сообщества — Lenz, вот его GIthub.

Стоимость компонентов которые пришлось добавить к китайскому влагомеру составила порядка 400-500 рублей. На мой взгляд вполне неплохо.

Видео работы датчика

Дальнейшие планы на этот проект. Хочется заменить МК на что то более простое, например на nRF52810 или nRF52811, но всё будет упирается в цену, скорее всего придется отказаться от радиомодулей и сделать просто на чипе. Возможно подумаю добавить зуммер, вполне вероятно стабилизатор питания, так как сейчас необходимо учитывать напряжение питания при замере. Довести до стабильного состояния Zigbee версию, сделать BLE версию, сделать мобильное приложение-показометр. Вообщем точно будет что-то еще.

Если вас заинтересовал данный проект, предлагаю зайти в группу телеграмм, там всегда будет оказана помощь в освоении протокола Майсенсорс, Zigbee, BLE на nRF5, помогут освоить программирование nRF52 в Ардуино ИДЕ и не только в ней.

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