Емкостные датчики влажности своими руками

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

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Емкостной датчик влажности почвы

Датчик предназначен для определения влажности почвы емкостным методом, то есть датчик не имеет гальванического контакта с почвой, что потенциально делает его весьма долговечным , по сравнению с такими. Датчик был приобретен на Али за 100 рублей с небольшим.

Датчик поставляется в антистатическом пакете. К нему прилагается соединительный кабель, длиной 20 см.

Датчик влажности емкостной представляет собой печатную плату, с габаритами 100 х 22 мм.

Все электронные компоненты устройства смонтированы на плате с одной стороны. Для подключения к Arduino предназначен трех контактный разъем.

Схема подключения датчика к Arduino

Датчик влажности может питаться постоянным напряжением 3,3 В или 5 В, непосредственно от платы Arduino, при этом он потребляет ток 4,8 мА и 5,5 мА, соответственно. На фото видно как он подключен к плате.

Информационный выход датчика AUOT аналоговый. Для демонстрации работы устройства можно использовать программу AnalogInput2, которая считывает сигналы с одного аналогового порта 0 и отправляет их в последовательный порт. При напряжении питания 3,3 В напряжение на информационном выходе меняется в диапазоне от 560 (воздух) до 460 (датчик зажат в руке).

При напряжении питания 5 В напряжение на информационном выходе меняется в диапазоне от 670 (воздух) до 330 (датчик зажат в руке).

Таким, образом, видно, что напряжение на информационном выходе датчика снижается пропорционально повышению влажности окружающей среды.

Следует иметь в виду, что показания датчика меняются плавно, да и пропитывание грунта водой это тоже процесс явно не мгновенный, по этим причинам опрашивать такой датчик часто нет никакого смысла.

К недостаткам датчика можно отнести, то, что радиоэлементы не как не защищены от попадания влаги. Даже если устройство эксплуатируется в цветочном горшке, то попадание капель воды на плату датчика вполне возможно, что и говорить об использовании его в грунте. Вероятно, при практическом использовании датчика в реальном проекте следует покрыть все радиоэлементы слоем лака, парафина или эпоксидной смолы, так что бы случайная капля, попавшая на плату, не замкнула контакты и не стала причиной коррозии. В целом простой и потенциально весьма надежный датчик, который может стать элементом системы автоматического цветополива или домашней метеостанции.

Полезное видео

Файлы прошивки в архиве. Обзор для сайта 2Схемы подготовил Denev.

Источник

Датчик влажности почвы своими руками

Пожалуй, у каждого из нас были такие моменты, когда нужно куда-нибудь уехать на недельку-две, всё бы хорошо, но вот кто позаботится о комнатных растениях? Одна неделя без полива запросто может оказаться роковой для цветов на подоконнике, особенно если дело происходит летом. Да и просто так, ради интереса автоматизировать процесс полива цветов хотелось бы многим. Ключевой элемент таких автоматизированных систем — датчик влажности почвы, который должен безошибочно срабатывать, когда почва подсохнет. Схема такого датчика представлена ниже.

Она основана на операционном усилителе, который работает в качестве компаратора, сравнивая напряжение на своих входах. К каждому из входов подключен делитель напряжения — в одном случае он представляет собой потенциометр, позволяющий вручную установить напряжение, а вот втором — делитель из постоянного резистора и почвенного щупа. Как известно, при иссушении земли её электрическое сопротивление увеличивается, именно этот эффект и регистрирует датчик. Потенциометром мы можем настраивать порог, при какой влажности почвы произойдёт срабатывание. В схеме можно использовать любой операционный усилитель, по распиновке на плату подойдут TL062, TL072, TL082, RC4558, NE5532.

Схема содержит два светодиода, красный и зелёный (цвета можно брать любые) — красный горит всегда, когда плата подключена к питанию, а зелёный загорается тогда, тогда влажность почвы падает до определённого порога. Через резистор выход операционного усилителя управляет базой транзистора, который, в свою очередь, коммутирует обмотку реле. Можно применить транзисторы КТ3107, КТ814 или другие PNP структуры с током не менее 100 мА, а лучше больше. Щуп, который находится в земле в самом простейшем случае может представлять собой две толстые проволочки длиной 4-5 см, воткнутые в землю на расстоянии 1-2 см друг от друга. Необходимо выбирать такие материалы, которые не окисляются и не ржавеют в земле. Также можно использовать готовые щупы, один из таких приведён на фото ниже.

Схема собирается на небольшой печатной плате, файл с которой прикреплён к статье. Плата содержит клеммную колонку на 6 контактов: 2 для питания, 2 для подключения реле и ещё 2 для подключения щупа. Следует отметить, что на выход схемы не обязательно подключать реле. Это может быть просто световой индикатор, сирена либо любой другое маломощное электронное устройство. Также схему можно усовершенствовать, поставив более мощный PNP транзистор, в этом случае схема сможет напрямую коммутировать мощную нагрузку, например, водяной насос. Удачной сборки!

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