Вологомір для ґрунту своїми руками. Саморобний, стабільний датчик вологості ґрунту для автоматичної поливальної установки.

Багато городників і садівників позбавлені можливості щодня доглядати посаджені овочі, ягоди, фруктові дерева через завантаженість по роботі або під час відпустки. Тим не менш, рослини потребують своєчасного поливу. За допомогою простих автоматизованих систем можна домогтися того, що ґрунт на вашій ділянці буде зберігати необхідну та стабільну вологість протягом усієї вашої відсутності. Для побудови городньої системи автополиву знадобиться основний контрольний елемент – датчик вологості ґрунту.

Датчик вологості

Датчики вологості також називають іноді вологомірами чи сенсорами вологості. Майже всі пропоновані на ринку вологоміри ґрунту вимірюють вологість резистивним способом. Це не зовсім точний метод, тому що він не враховує електролізних властивостей вимірюваного об'єкта. Показання приладу можуть бути різними за однієї і тієї ж вологості грунту, але з різною кислотністю або вмістом солей. Але городникам-експериментаторам менш важливі абсолютні показання приладів, як відносні, які можна налаштувати для виконавчого пристрою подачі води в певних умовах.

Суть резистивного методу полягає в тому, що прилад вимірює опір між двома провідниками, поміщеними в ґрунт на відстані 2-3 см один від одного. Це звичайний омметр, який входить до будь-якого цифрового або аналогового тестера. Раніше такі інструменти називали авометрами.

Також існують прилади із вбудованим або виносним індикатором для оперативного контролю за станом ґрунту.

Легко зробити замір різниці провідності електричного струму перед поливом і після поливу на прикладі горщика з домашньою рослиною алое. Показання до поливу 101.0 кОм.

Показання після поливу через 5 хвилин 12.65 кОм.

Але звичайний тестер лише покаже опір ділянки ґрунту між електродами, але зможе допомогти в автополиві.

Принцип дії автоматики

У системах автополиву зазвичай діє правило «поливай чи не поливай». Як правило, ніхто не потребує регулювання сили напору води. Це з використанням дорогих керованих клапанів та інших, непотрібних, технологічно складних, пристроїв.

Майже всі пропоновані на ринку датчики вологості, окрім двох електродів, мають у своїй конструкції компаратор. Це найпростіший аналого-цифровий прилад, який перетворює вхідний сигнал цифрову форму. Тобто при встановленому рівні вологості ви отримаєте на його виході одиницю чи нуль (0 або 5 вольт). Цей сигнал стане вихідним для наступного виконавчого пристрою.

Для автополиву найбільш раціональним буде використання як виконавчий пристрій електромагнітного клапана. Він включається в розрив труби і може використовуватися в системах мікро-краплинного зрошення. Включається подачею напруги 12 ст.

Для простих систем, що працюють за принципом «датчик спрацював – вода пішла», достатньо використання компаратора LM393. Мікросхема є здвоєним операційним підсилювачем з можливістю отримання на виході командного сигналу при регульованому рівні вхідного. Чіп має додатковий аналоговий вихід, який можна підключити до програмованого контролера або тестера. Приблизний радянський аналог здвоєного компаратора LM393- мікросхема 521СА3.

На малюнку представлено готове реле вологості разом із датчиком у китайському виконанні всього за 1$.

Нижче представлений посилений варіант, з вихідним струмом 10А при змінному напрузі до 250 В, за 3-4 $.

Системи автоматизації поливу

Якщо вас цікавить повноцінна система автополива, то необхідно задуматися про придбання програмованого контролера. Якщо ділянка невелика, то достатньо встановити 3-4 датчики вологості для різних типів поливу. Наприклад, сад потребує меншого поливу, малина любить вологу, а для баштана достатньо води з ґрунту, за винятком надмірно посушливих періодів.

На підставі власних спостережень та вимірювань датчиків вологості можна приблизно розрахувати економічність та ефективність подачі води на ділянках. Процесори дозволяють вносити сезонні коригування, можуть використовувати показання вимірювачів вологості, враховують випадання опадів, пору року.

Деякі датчики вологості грунту оснащені інтерфейсом RJ-45для підключення до мережі. Прошивка процесора дозволяє налаштувати систему так, що вона сповіщатиме про необхідність поливу через соціальні мережі або SMS-повідомлення. Це зручно у випадках, коли неможливо підключити автоматизовану систему поливу, наприклад, для кімнатних рослин.

Для системи автоматизації поливу зручно використовувати контролериз аналоговими та контактними входами, які з'єднують усі датчики та передають їх показання по єдиній шині до комп'ютера, планшета або мобільного телефону. Управління виконавчими приладами відбувається через WEB-інтерфейс. Найбільш поширені універсальні контролери:

  • MegaD-328;
  • Arduino;
  • Hunter;
  • Toro;
  • Амтега.

Це гнучкі пристрої, що дозволяють точно налаштувати систему автополиву та довірити їй повний контроль над садом та городом.

Проста схема автоматизації поливу

Найпростіша система автоматизації поливу складається з датчика вологості та керуючого пристрою. Можна виготовити датчик вологості ґрунту своїми руками. Знадобиться два цвяхи, резистор із опором 10 кОм та джерело живлення з вихідною напругою 5 В. Підійде від мобільного телефону.

Як прилад, який видасть команду до поливу, можна використовувати мікросхему. LM393. Можна придбати готовий вузол або зібрати його самостійно, тоді знадобляться:

  • резистори 10 ком - 2 шт;
  • резистори 1 ком - 2 шт;
  • резистори 2 ком - 3 шт;
  • змінний резистор 51-100 ком - 1 шт;
  • світлодіоди – 2 шт;
  • діод будь-який, не потужний – 1 шт;
  • транзистор, будь-яка середня потужність PNP (наприклад, КТ3107Г) – 1 шт;
  • конденсатори 0.1 мк - 2 шт;
  • мікросхема LM393- 1 шт;
  • реле з порогом спрацьовування 4;
  • монтажна плата.

Схема для збирання представлена ​​нижче.

Після складання підключіть модуль до блока живлення та датчика рівня вологості ґрунту. На вихід компаратора LM393підключіть тестер. За допомогою резистора налаштування встановіть поріг спрацьовування. Згодом треба буде його відкоригувати, можливо, неодноразово.

Принципова схема та розпинування компаратора LM393представлена ​​нижче.

Найпростіша автоматизація готова. Достатньо підключити до замикаючих клем виконавчий пристрій, наприклад, електромагнітний клапан, що включає і відключає подачу води.

Виконавчі пристрої автоматизації поливу

Основним виконавчим пристроєм автоматизації поливу є електронний клапан з регулюванням потоку води та без. Другі дешевше, простіше в обслуговуванні та управлінні.

Існує безліч керованих кранів та інших виробників.

Якщо на ділянці трапляються проблеми з подачею води, купуйте електромагнітні клапани з датчиком потоку. Це запобігає вигоранню соленоїда при падінні тиску води або припиненні водопостачання.

Недоліки автоматичних систем поливу

Грунт неоднорідний і відрізняється за своїм складом, тому один датчик вологості може показувати різні дані на сусідніх ділянках. Крім того, деякі ділянки затемнюються деревами і більш вологі, ніж ті, що розташовані на сонячних місцях. Також значний вплив має наближеність ґрунтових вод, їхній рівень по відношенню до горизонту.

Використовуючи автоматизовану систему поливу, слід враховувати краєвид місцевості. Ділянку можна розбити на сектори. У кожному секторі встановити один або більше датчиків вологості та розрахувати для кожного власний алгоритм роботи. Це значно ускладнить систему і навряд чи вдасться обійтися без контролера, але згодом майже повністю позбавить вас витрати часу на безглузде стояння зі шлангом в руках під спекотним сонцем. Ґрунт буде наповнюватися вологою без вашої участі.

Побудова ефективної системи автоматизованого поливу не може ґрунтуватися лише на показаннях датчиків вологості ґрунту. Обов'язково слід додатково використовувати температурні та світлові рецептори, враховувати фізіологічну потребу у воді рослин різних видів. Необхідно також враховувати сезонні зміни. Багато компаній, що виробляють комплекси автоматизації поливу, пропонують гнучке програмне забезпечення для різних регіонів, площ і вирощуваних сільськогосподарських культур.

Купуючи систему з датчиком вологості, не ведіться на дурні рекламні слогани: наші електроди вкриті золотом. Навіть якщо це так, то ви лише збагатите ґрунт благородним металом у процесі електролізу пластин та гаманці не дуже чесних бізнесменів.

Висновок

У статті розповідалося про датчики вологості грунту, які є основним контрольним елементом автополиву. А також було розглянуто принцип дії системи автоматизації поливу, яку можна придбати у готовому вигляді або зібрати самому. Найпростіша система складається з датчика вологості та керуючого пристрою, схема складання якої своїми руками також була представлена ​​у цій статті.

Нерідко у продажу можна зустріти такі пристрої, які встановлюються на горщик для квітів і стежать за рівнем вологості грунту, включаючи при необхідності насос і поливаючи рослину. Завдяки такому пристрою можна буде спокійно їхати у відпустку на тиждень, не побоюючись, що улюблений фікус зав'яне. Однак ціна на такі пристрої невиправдано висока, адже їх пристрій гранично простий. То навіщо купувати, якщо можна зробити самому?

Схема

Пропоную до складання схему простого та перевіреного датчика вологості ґрунту, схема якого зображена нижче:

У нирку горщика опускаються два металеві прутки, зробити які можна, наприклад, розігнувши скріпку. Їх потрібно встромити в землю на відстані приблизно 2-3 сантиметри один від одного. Коли ґрунт сухий, він погано проводить електричний струм, опір між прутками дуже великий. Коли ґрунт вологий - його електропровідність значно підвищується і опір між прутками зменшується, саме це явище лежить в основі роботи схеми.
Резистор 10 кОм і ділянка ґрунту між прутками утворюють дільник напруги, вихід якого з'єднаний з входом, що інвертує, операційного підсилювача. Тобто. напруга на ньому залежить лише від того, наскільки зволожений ґрунт. Якщо помістити датчик у вологий ґрунт, то напруга на вході ОУ дорівнюватиме приблизно 2-3 вольтам. У міру висихання землі ця напруга буде збільшуватися і досягне значення 9-10 вольт при сухій землі (конкретні значення напруги залежать від типу грунту). Напруга на неінвертуючому вході ОУ задається вручну змінним резистором (10 кОм на схемі, його номінал можна змінювати в межах 10-100 кОм) в межах від 0 до 12 вольт. За допомогою цього змінного резистора задається поріг спрацьовування датчика. Операційний підсилювач у цій схемі працює як компаратор, тобто. він порівнює напруги на інвертуючому та неінвертуючому входах. Як тільки напруга з входу, що інвертує, перевищить напруга з неінвертуючого, на виході ОУ з'явиться мінус живлення, загориться світлодіод і відкриється транзистор. Транзистор, своєю чергою, активує реле, що керує водяним насосом або електричним клапаном. Вода почне надходити в горщик, земля знову стане вологою, її електропровідність збільшиться і схема відключить подачу води.
Друкована плата, що пропонується до статті, розрахована на використання здвоєного операційного підсилювача, наприклад, TL072, RC4558, NE5532 або інших аналогів, одна половинка при цьому не використовується. Транзистор у схемі використовується малої або середньої потужності та структури PNP, можна застосувати, наприклад, КТ814. Його завдання – увімкнення та вимкнення реле, також замість реле можна застосувати ключ на польовому транзисторі, як це зробив я. Напруга живлення схеми – 12 вольт.
Завантажте плату:

(завантажень: 330)

Складання датчика вологості грунту

Може статися таке, що при висиханні ґрунту реле вмикається не чітко, а спочатку починає швидко натискати, і тільки після цього встановлюється у відкритому стані. Це говорить про те, що дроти від плати до горщика з рослиною вловлюють мережеві наведення, які згубно впливають на роботу схеми. У такому разі, не завадить замінити дроти на екрановані і поставити електролітичний конденсатор ємністю 4.7 – 10 мкФ паралельно ділянці ґрунту, до того ж до ємності 100 нФ, вказаної на схемі.
Робота схеми мені дуже сподобалася, рекомендую до повторення. Фото зібраного мною пристрою:

Всім привіт сьогодні в нашій статті ми розглянемо як зробити датчик вологості грунту своїми руками. Причиною самостійного виготовлення може послужити зношування датчика (корозія, окислення), або просто неможливість придбати, довге очікування і бажання змайструвати щось своїми руками. У моєму випадку бажанням зробити датчик самому послужило зношування, справа в тому що щуп датчика при постійній подачі напруга взаємодіє з грунтом і вологою в результаті чого окислюється. Наприклад, датчики SparkFun покривають його спеціальним складом (Electroless Nickel Immersion Gold) для захоплення ресурсу роботи. Так само щоб продовжити життя датчику краще подавати харчування на датчик тільки в момент вимірів.
В один "прекрасний" день я звернув увагу, що моя система поливу зволожує грунт без зайвої потреби, при перевірці датчика я витяг щуп з грунту і ось що я побачив:

Через корозію між щупами з'являється додатковий опір, в результаті якого сигнал стає меншим і arduino вважає, що грунт сухий. Оскільки Я використовую аналоговий сигнал то схему з цифровим виходом на компараторі я робити не буду для спрощення схеми.

На схемі зображено компаратор датчика вологості ґрунту, червоним кольором відзначено частину яка перетворює аналоговий сигнал на цифровий. Не зазначена частина це частина необхідна для перетворення вологості в аналоговий сигнал, ми її і будемо використовувати. Трохи нижче я навів схему підключення щупів до arduino.

Ліва частина схеми показує як щупи підключаються до arduino, а праву частину (з резистором R2) я навів для того, щоб показати за рахунок чого змінюються показання АЦП. Коли щупи опущені в землю між ними утворюється опір (на схемі я відобразив його умовно R2), якщо ґрунт сухий то опір нескінченно великий, а якщо вологе то воно прагне до 0. Так як два опори R1 і R2 утворюють дільник напруга, а середньою точкою є вихід (out a0) від величини опору R2 залежить напруга на виході. Наприклад, якщо опір R2=10Kom то напруга буде 2,5В. Можна опір запаяти на проводах щоб не робити додаткових розв'язок, для стабільності показань можна додати конденсатор 0,01мкФ між - живлення і out. схема підключення така:

Оскільки ми з електричною частиною розібралися, можна перейти до механічної частини. Для виготовлення щупів краще використовувати матеріал найменш схильного до корозії щоб продовжити життя датчика. Можна використовувати "нержавійку" або оцинкований метал, форму можна вибрати будь-яку, навіть можна використовувати два шматки зволікання. Я для щупів вибрав "оцинковку", як фіксуючий матеріал використовував невеликий шматок гетинаксу. Також варто врахувати, що наполягання між щупами має бути 5мм-10мм, але не варто робити більше. На кінці оцинкування я напаяв дроти датчика. Ось що вийшло в результаті:

Не став робити докладний фотозвіт, все й так просто. Ну і фото у роботі:

Як я вже раніше вказував, краще використовувати датчик тільки в момент вимірювань. Оптимальний варіант увімкнення через транзисторний ключ, але так як споживання струму у мене склало 0,4мА можна включити на пряму. Для подачі напруги під час вимірів можна підключити контакт датчика VCC до піна ШІМ або використовувати цифровий вихід на момент вимірювання подавати високий (HIGH) рівень, а потім встановлювати низький. Так само варто врахувати, що після подачі напруги на датчик необхідно почекати деякий час для стабілізації показань. Приклад через ШІМ:

Int sensor = A0; int power_sensor = 3;

void setup() (
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
analogWrite(power_sensor, 0);
}

void loop() (

delay(10000);
Serial.print("Suhost" : ");
Serial.println(analogRead(sensor));
analogWrite(power_sensor, 255);
delay(10000);
}

Дякую всім за увагу!





Саморобний, стабільний датчик вологості ґрунту для автоматичної поливальної установки.

Ця стаття виникла у зв'язку з будівництвом автоматичної поливальної машини для догляду за кімнатними рослинами. Думаю, що й сама поливальна машина може становити інтерес для саморобника, але зараз мова піде про датчик вологості ґрунту. https://сайт/


Найцікавіші ролики на Youtube

Пролог.

Звичайно, перш ніж винаходити велосипед, я пробігся Інтернетом.

Датчики вологості промислового виробництва виявилися надто дорогими, та й мені так і не вдалося знайти докладного опису хоча б одного такого датчика. Мода на торгівлю «котами в мішках», яка прийшла до нас із Заходу, вже, схоже, стала нормою.


Опис саморобних аматорських датчиків у мережі хоча й присутні, але вони працюють за принципом вимірювання опору грунту постійному струму. А перші експерименти показали повну неспроможність подібних розробок.

Власне, це мене не дуже здивувало, бо я досі пам'ятаю, як у дитинстві намагався вимірювати опір ґрунту та виявив у ньому електричний струм. Тобто стрілка мікроамперметра фіксувала струм, що протікає між двома електродами, встромленими в землю.


Експерименти, на які довелося витратити цілий тиждень, показали, що опір ґрунту може досить швидко змінюватися, причому він може періодично збільшуватися, а потім зменшуватись, і період цих коливань може бути від кількох годин до десятків секунд. Крім цього, у різних квіткових горщиках, опір ґрунту змінюється по-різному. Як потім з'ясувалося, дружина підбирає для кожної рослини індивідуальний склад ґрунту.


Спочатку я взагалі відмовився від вимірювання опору грунту і навіть почав споруджувати індукційний датчик, тому що знайшов у мережі промисловий датчик вологості, про який було написано, що він індукційний. Я збирався порівнювати частоту опорного генератора з частотою іншого генератора, котушка якого одягнена на горщик із рослиною. Але коли почав макетувати пристрій, раптом згадав, як одного разу потрапив під «крокову напругу». Це наштовхнуло мене на черговий експеримент.

У всіх, знайдених в мережі саморобних конструкціях, пропонувалося заміряти опір грунту постійному струму. А якщо спробувати виміряти опір змінному струму? Адже, за ідеєю, тоді вазон не повинен перетворюватися на "акумулятор".

Зібрав найпростішу схему і одразу перевірив на різних ґрунтах. Результат обнадіяв. Жодних підозрілих намірів у бік збільшення чи зменшення опору не виявилося навіть протягом кількох діб. Згодом це припущення вдалося підтвердити на діючій поливальній машині, робота якої була заснована на подібному принципі.

Електрична схема порогового датчика вологості ґрунту.

В результаті досліджень з'явилася ця схема на одній єдиній мікросхемі. Підійде будь-яка з перерахованих мікросхем: К176ЛЕ5, К561ЛЕ5 або CD4001A. У нас ці мікросхеми продають лише по 6 центів.


Датчик вологості ґрунту є пороговим пристроєм, що реагує на зміну опору змінному струму (коротким імпульсам).

На елементах DD1.1 і DD1.2 зібраний генератор, що виробляє, що виробляє імпульси з інтервалом близько 10 секунд. https://сайт/

Конденсатори C2 та C4 розділові. Вони не пропускають у вимірювальний ланцюг постійний струм, який генерує грунт.

Резистором R3 встановлюється поріг спрацьовування, а резистор R8 забезпечує гістерезис підсилювача. Підстроювальним резистором R5 встановлюється початкове зміщення на вході DD1.3.


Конденсатор C3 – перешкодний, а резистор R4 визначає максимальний вхідний опір вимірювального ланцюга. Обидва ці елементи знижують чутливість датчика, але їх відсутність може призвести до помилкових спрацьовувань.

Не варто також вибирати напругу живлення мікросхеми нижче 12 Вольт, оскільки це знижує реальну чутливість приладу через зменшення співвідношення сигнал/перешкода.


Увага!

Я не знаю, чи може тривалий вплив електричних імпульсів шкідливий вплив на рослини. Ця схема була використана тільки на стадії розробки поливальної машини.

Для поливу рослин я використовував іншу схему, яка генерує всього один короткий вимірювальний імпульс на добу, приурочений до часу поливу рослин.

Поет Андрій Вознесенський якось сказав так: «лінь - двигун прогресу». Мабуть, важко не погодитися з цією фразою, адже більшість електронних пристроїв створюються саме з тією метою, щоб полегшити наше з вами повсякденне життя, сповнене турбот і різних суєтних справ.

Якщо ви зараз читаєте цю статтю, то вас, напевно, дуже стомлює процес поливу квітів. Адже квіти - істоти ніжні, трохи їх переллєш, незадоволені, забудеш полити на день, так все, вони ось-ось зів'януть. А скільки квітів у світі загинуло лише від того, що їхні господарі поїхали у відпустку на тиждень, залишивши зелених бідолах чахнути в сухому горщику! Страшно уявити.

Саме для запобігання таким жахливим ситуаціям придумані системи автоматичного поливу. На горщик встановлюється датчик, що замірює вологість грунту - він є для металевих пруток з нержавіючої сталі, застромлених в землю на відстані сантиметра один від одного.

По дротах вони підключаються до схеми, завдання якої відкривати реле тільки тоді, коли вологість впаде нижче заданої і закривати реле в той момент, коли грунт знову насититься вологою. Реле, своєю чергою, керує насосом, який качає воду з резервуара прямо під корінь рослини.

Схема датчика

Як відомо, електропровідність сухого та вологого ґрунту відрізняється досить значно, саме цей факт лежить в основі роботи датчика. Резистор номіналом 10 кОм і ділянка ґрунту між прутками утворюють дільник напруги, їхня середня точка підключається безпосередньо на вхід ОУ. На інший вхід ОУ напруга подається із середньої точки змінного резистора, тобто. його можна налаштовувати від нуля до напруги живлення. З його допомогою виставляється поріг перемикання компаратора, в ролі якого працює ОУ. Як тільки напруга на одному його вході перевищить напругу на іншому – на виході виявиться логічна «1», загориться світлодіод, транзистор відкриється та увімкне реле. Транзистор можна застосувати будь-якої структури PNP, що підходить за струмом і напругою, наприклад, КТ3107 або КТ814. Операційний підсилювач TL072 або будь-який аналогічний, наприклад RC4558. Паралельно обмотці реле слід поставити малопотужний діод, наприклад, 1n4148. Напруга живлення схеми – 12 вольт.

Через довгі проводи від горщика до самої плати може виникнути така ситуація, що реле перемикається не чітко, а починає клацати з частотою змінного струму в мережі, і лише через якийсь час встановлюється у відкритому положенні. Для усунення цього негативного явища слід встановити електролітичний конденсатор ємністю 10-100 мкФ паралельно датчику. Архів з платою. Вдалого збирання! Автор – Дмитро С.

Обговорити статтю СХЕМА ДАТЧИКА ВОЛОГИ Грунту

Схожі статті