Измеритель влажности почвы своими руками схема

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

Схема емкостного датчика влажности почвы

Описанные в литературе датчики дождя и влажности, как правило, основаны на измерении сопротивления между контактами-щупами, помещаемыми в контролируемую среду (например в почву). В предлагаемой схеме управление нагрузкой осуществляется с помощью генератора частоты звукового диапазона, катушка которого (L1) зарывается в почву. Прибор реагирует на распространение звуковых волн во влажной и сухой среде.

Влажная почва сделает работу генератора невозможной — произойдет уменьшение амплитуды и срыв колебаний. По величине поглощения энергии в катушке определяется степень влажности почвы. Индуктивный контроль состояния почвы по сравнению с емкостным методом и методом измерения электрического сопротивления позволяет оперативно реагировать на изменение влажности вокруг катушки L1. Сопротивление почвы постоянному току между двумя щупами-датчиками изменяется постепенно.

Емкостной метод измерения на дачном участке не эффективен вследствие перемещения по территории людей и животных, являющихся источниками ложных срабатываний. У индуктивного метода также есть свои недостатки.

На’практике установлено, что, кроме влажности, на колебания генератора с помещенной в почву катушкой L1 оказывают влияние частота генератора, глубина, на которой находится катушка, и температура почвы. Длина соединительных проводов от катушки к схеме не должна превышать 1 м. В весенне-летний сезон прибор работает стабильно в режиме 24 часа в сутки.

Метод был предложен в 2001 году журналом «Popular Electronics», однако электрическая схема, приведенная там, при повторении оказалась неработоспособной. Добавив один транзистор и самодельную катушку, удалось реализовать корректно работающий прибор (схема на рис. 2.27).

Рис. 2.27. Электрическая схема датчика влажности почвы на автогенераторе

Размеры катушки позволяют применять прибор на приусадебном участке с любым составом почв в любом климатическом поясе. А вот для контроля влажности земли, например в цветочном горшке, если только цветок — не пальма, устройство неэффективно, т. к. оптимальная глубина погружения катушки L1 составляет 45—55 см; цветочный горшок такой глубины оказывается под рукой не всегда. Устройство надежно работает, контролируя влажность почвы, скажем, в теплице.

Транзистор VT2, катушка индуктивности L1 и конденсаторы С2, СЗ образуют автогенератор. Колебания возбуждаются на частоте около 16 кГц. При сухой почве или размещении катушки L1 вне влажной среды генерация происходит нормально — амплитуда импульсов на коллекторе транзистора VT2 составляет около 3 В. Резистор R4 вместе с конденсатором С4 пропускают импульсы автогенератора на частоте резонанса. Без него чувствительность прибора недостаточна.

Транзистор VT1, включенный по схеме эмиттерного повторителя, уменьшает влияние нагрузочных цепей на работу генератора. Диоды VD1, VD2 преобразуют импульсы автогенератора в постоянный ток. Последний задает смещение на базе ключевого транзистора ѴТЗ. Усиленные транзистором ѴТ2 импульсы автогенератора проходят через разделительный конденсатор С5 (он не пропускает постоянную составляющую напряжения), выпрямляются диодами VD1, VD2 и открывают транзистор ѴТЗ — в результате сработает реле и зазвучит сирена. Устройство сирены на схеме не показано.

Транзистор ѴТЗ включит реле К1, как только выходное напряжение генератора окажется достаточным для открывания этого транзистора. Если амплитуда импульсов автогенератора на коллекторе транзистора ѴТ2 мала (менее 1 В, что свидетельствует о влажной среде вокруг L1), транзистор VT1 не открывается полностью и напряжения смещения на базе ѴТЗ не достаточно для его открытия. Реле обесточено.

В качестве нагрузки прибора рачительный дачник может использовать любую схему звуковой сигнализации или водяной насос с питанием от сети 220 В. В этом случае контакты реле К1 должны коммутировать мощное реле на соответствующее напряжение, например МКУ-48С, а оно своими контактами будет подавать напряжение на насос. Диод VD3 препятствует броскам обратного тока через переход «эмиттер-коллектор» ѴТЗ в моменты включения или выключения реле. Чувствительность генератора к изменению влажности почвы устанавливается переменным резистором R3 (типа СП5-3).

Катушка L1 намотана на пластмассовом каркасе длиной 30 см с внешним диаметром 100 мм и содержит 250 витков провода марки ПЭЛ или ПЭВ диаметром 1 мм, намотанного виток к витку. Сверху намотка закрепляется двойным слоем изоляционной ленты.

Элементы устройства закрепляют на монтажную плату длиной 50 х 70 мм. «Начинка» монтируется в любом подходящем металлическом корпусе. Движок переменного резистора через отверстое в корпусе должен быть доступен для корректирующей регулировки извне. Внутри корпуса размещается источник питания с понижающим трансформатором и стабилизатором КР142ЕН8Б с выходным напряжением 12 В, само устройство и дополнительная схема звуковой сигнализации. Светодиод HL1 индицирует режим «включено». Тумблер S1 подает питание на схему. Корпус прибора должен быть влагонепроницаемым. На торцевой стенке монтируется разъем РП10-11, который соединяет элементы схемы с питающим сетевым напряжением 220 В, проводами катушки L1 и устройством звукового сигнализатора.

Все постоянные резисторы — типа МЛТ-0,25. Оксидные конденсаторы С8, С9, сглаживающие пульсации напряжения, — типа К50-20. Конденсаторы C1—С7 — типа КМ-6. Реле К1, кроме указанного на схеме, может быть типа РЭС10 (исполнение РС4.524.314), РЭС15 (ХП4.591.010) или аналогичное слаботочное на напряжение срабатывания 8—10 В. Диодный мост VD4—VD7 — любой маломощный из серий КЦ402, КЦ405. Вместо транзисторов серии КТ3102 можно применить приборы КТ315Б. Переменный резистор можно заменить на СП5-1ВБ. Стабилизатор D1 устанавливать на радиатор не нужно, поскольку ток, потребляемый схемой, очень мал — 20 (50) мА ‘при выключенном (включенном) реле К1. HL1— любой светодиод. Трансформатор Т1 — типа TПП277-127/220-50 (необходимо соединить перемычками обмотки 3—7 и 12—13) или любой другой с напряжением на вторичной обмотке 13—17 В.

При исправных деталях устройство начинает работать сразу -после сборки. Работу генератора проверяют на рабочем столе, подключая щуп осциллографа к коллектору транзистора VT2. Регулировка прибора сводится к установке порога, при котором срывается генерация автогенератора посредством изменения величины сопротивления R3 («чувствительность»). Делают это при той же температуре среды, при которой прибор будет осуществлять контроль влажности.

Для этого индуктивную катушку L1 помещают в сухую почву (например в глубокий цветочный горшок) на глубину 20—30 см, подают питание на схему прибора с подключенным устройством звуковой сигнализации, изменением сопротивления переменного резистора R3 добиваются включения реле К1 по срабатыванию сирены. Оптимальное положение движка R3 такое, когда устройство будет работать стабильно (реле К1 включаться) при серии из нескольких переключений тумблера SA1.

После установки порога чувствительности переходят ко второму этапу регулировки — увлажняют почву в месте зондирования катушки L1. Принудительное увлажнение сводится к выливанию на испытуемый участок земли 2—3 л воды. Через минуту звуковая индикация прибора должна прекратиться. Регулировка может иметь отличие от указанной методики в зависимости от состава почвы и ее температуры.

Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.

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