Индикатор влажности грунта своими руками

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

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.

R1 = 22MΩ R2, R9 = 12kΩ R3 = 470kΩ R4 = 30kΩ R5 = 47kΩ R6 = 1MΩ R7 = 5,1MΩ R8 = 22MΩ

C1 = 1µF C2 = 1µF C3, C4 = 0,1µF C5 = 10µF DD1 = К561ЛЕ5 R9 = из расчёта 1kΩ на каждый Вольт напряжения питания.

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

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

Беспроводной датчик контроля полива растений (влажности почвы) за $1-2 своими руками

Постепенно дополняем систему «умного дома» на BLE новыми датчиками. В дело пошли антипотеряйки (маячки) ITAG. Как всегда, все просто и быстро.

Казалось бы, у нас в арсенале уже есть датчики, которые реагируют на наличие/отсутствие воды – протечки, уровня жидкости и даже емкостной, который так же неплохо справляется с такой функцией. Однако у всех этих датчиков есть своя специфика — при контакте с жидкостью они или теряют связь, или переключаются, или вовсе выключаются. Все эти положения хорошо отрабатывает база, но для построения системы контроля за влажностью почвы (полива) на постоянной основе они не годятся.

У датчика полива, контактная пара постоянно находится во влажной почве и те токи, которые устанавливаются на датчиках протечки и уровня жидкости могут вызвать быстрое гальваническое разрушение металла. Для этих целей хорошо бы подошел емкостной принцип, в нем нет непосредственного контакта почвы с металлом, и он все чаще используется в современных датчиках влажности. Но, к сожалению, у нашего емкостного датчика на основе сенсорной кнопки TTP223 прошивка настроена на автоматическую подстройку нулевой точки окружающего объема, т.е. плавное изменение влажности он правильно не отработает. Мы же постараемся ниже обойти эти препятствия сделав датчик способный реагировать на микроамперные токи, которыми можно пренебречь, но по чувствительности прибор выше чем именитые и дорогие емкостные датчики влажности.

За дело

В качестве донора в этом случае взята антипотеряйка iTAG с самой удобной схемотехникой для разрыва полюса питания батареи от окружающих элементов. Дорожку режем в наиболее удобном для этого месте.

Еще нам потребуется любой P-канальный MOSFET(МОП) транзистор, в моем случае, это RLML5203 SMD (брал у Алли по $0,7 десяток).

Здесь мы в сласть используем все преимущества MOП транзисторов — большую эффективность работы при низких напряжениях, отсутствие тока затвора, что приводит к высокому входному импедансу. А если проще — МОП почти не требует входного тока для регулирования, точнее он нужен, но на очень короткое время и с небольшим потенциалом. Для нас с одной стороны это хорошо – подал на затвор импульс — затвор открылся, сохраняя такое положение пока не поменяется полярность. Но ее ведь должен кто-то менять. Это будет делать вода — точнее ее присутствие или отсутствие в почве.

Щупы (проводники) погруженные в почву напрямую подключены к положительному истоку и затвору. Когда почва влажная — замыкается цепь, плюсовой потенциал перекрывает затвор, не давая аккумулятору питать процессор. Для открытия затвора потребуется дополнительное сопротивление, которое с одной стороны максимально ограничивало бы поступление тока на затвор (мы помним, что он через воду может взаимодействовать с плюсом батарейки), с другой — было бы достаточным, чтобы открыть транзистор.

MOSFET с низким потреблением и напряжением на затворе дает возможность использовать резисторы с большим сопротивлением (1-2 МОм), я же использовал обратное сопротивление обычного SMD диода. Марка и номинал в данном случае не важен, важнее его размеры. Как Вы помните роль любого диода — перекрыть ток в одном из направлений, однако, того тока утечки, который присутствует в них достаточно, чтобы открыть затвор MOSFET-а. Если у кого-то есть подстроечный резистор, который бы комфортно разместился в корпусе брелока на один и более МОм было бы еще лучше, им можно было бы плавно регулировать чувствительность датчика. В нашем же случае, регулировка осуществляется за счет разведения кончиков проводов щупа.

Все это можно было бы не писать конечно, а просто показать точки пайки компонентов, но хотелось, чтобы те, кто возьмутся за такую простую работу (пайка двух элементов), хорошо представляли, что они делают и как это все работает.

Для облегчения процесса пайки SMD я использовал небольшие нарезки двухстороннего тонкого скотча. С одной стороны, они выступили в качестве изолятора, с другой – создали дополнительные удобства по фиксации деталей на плате. В общем — удобно.

В качестве щупа использовал поршень шприца, подрезанный на конус. Провод может быть любой, но лучше изолированный, мягкий и желательно чтобы изоляция была стойкая к воздействию растворителей.

Клей был выбран по принципу – что имею в доме и быстрее высыхает — «секунда» 505. Не самый лучший выбор, особенно для склеивания по полиэтилену (материал поршня), не помогает даже содовые присыпки, достаточно агрессивный к изоляции. Поэтому на видео и фото Вы можете заметить несколько вариантов изготовления щупа. Подбор клея для полиэтилена и изоляции провода предлагаю обсудить.

Провод пропускаем через отверстия с противоположных сторон от граней поршня, так чтобы проводники были на максимально разведенном расстоянии, натягиваем, промазываем клеем и даем высохнуть.

Концы выводим за пластиковую круговую вставку у iTAG. Разрыв проводов скальпелем делаем в нижней части щупа и выше. Чем меньше расстояние — тем чувствительность датчика выше, но не менее 1,5-2 см, лучше — 2-4 см.

Контакты кнопки замыкаем проводком.

Поскольку датчик будет работать во влажной среде, герметизируем его любым вазелином или жирным кремом. Силикон – не лучший вариант, в силу возможного случайного контакта с дорожками (в составе уксус, есть и специализированные — нейтральные), но по поверхности можно попробовать любой.

Программирование:

Выше мы рассмотрели вариант датчика, когда во время нахождения в почве (а это основное время его работы) благодаря MOSFET он обесточен и как только, проводимость почвы уменьшается датчик выходит в эфир. Именно к этому я и стремился.

Для тех же, кто хочет постоянно контролировать состояние датчика, в том числе и состояние питания (а возможно за счет изменения напряжения и степень влажности почвы), при этом не сильно заботясь о продолжительности работы (а у BLE это около года), то все, что нам нужно – поменять место приложения резистора (у нас SMD диода), который впаивается между ножками MOSFET, а второй вывод щупа припаиваем к минусу платы.

В этом случае датчик будет постоянно на связи, а в случае разрыва, база подаст сигнал. Для этого можно обойтись и без дополнительного программирования — скачиваем с Play Маркета все ту же ALARM BLE LIGHT или более продвинутую, но платную ALARM BLE iTAG и сигнал в объеме квартиры или дома Вам обеспечен.
Но нам же этого мало. Тем более, что база (стационарно запитанный старый Android телефон или планшет) для передачи SMS, звонков, предупреждения звуковым сигналом о состоянии датчиков через мобильную связь или WiFi, все равно нужна.

Пошаговый принцип программирования базы описан здесь. Все, что нам нужно в дополнении к предложенному ранее макросу — добавить еще один триггер с названием, которое Вы предварительно прописали датчику в программе ALARM BLE iTAG (к примеру «ЦВЕТЫ»).

По сути, требуется еще раз скопировать (повторить) элементы макроса за исключением действий по управлению экраном и временными задержками — меняем только отношение новых «действий» к триггеру «Получено уведомление от ALARM BLE iTAG с содержанием текста «ЦВЕТЫ».

Звуковой сигнал, SMS и произносимый текст в телефон при звонке, в новых «действиях» также меняем на подходящий для этого случая и приятный для слуха формат. Я еще добавил повторение действий по команде будильника (а вдруг не услышал звонка или сирены, не увидел сообщения). После полива, связь датчика с телефоном разрывается и будильник отключается, приходит сообщение, что все в порядке – «цветы политы».

Автоматический полив можно организовать после приобретения запирающих кранов управляемых по WIFI или BlueTooth. Но это скорее потребуется для организации полива в теплицах, чем для комнатных растений или цветника на участке. Хотя как говорится «хозяин – барин», а вдруг кто-то на столько редко бывает дома, что захочет заморочиться и настроит автополив всему живому и растительному домашнему миру.

Интересное использование BLE трекеров можно подсмотреть ЗДЕСЬ.

Источник