Схема датчик влажности почвы: Датчик влажности почвы: описание, подключение, схема, характеристики – Стабильный датчик влажности почвы своими руками

Содержание

Стабильный датчик влажности почвы своими руками


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


Близкие темы.

Самодельный автомат для полива комнатных растений.


Оглавление.

  1. Пролог.
  2. Электрическая схема порогового датчика влажности почвы.
  3. Как это работает?
  4. Конструкция электродов.

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.

Вернуться наверх к меню.


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.


Внимание!

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.

Вернуться наверх к меню.


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.

Вернуться наверх к меню.


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.


15 Июль, 2011 (13:36) в Сделай сам

как сделать систему автоматического полива растений

Многие огородники и садоводы лишены возможности ежедневно ухаживать за посаженными овощами, ягодами, фруктовыми деревьями в силу загруженности по работе или во время отпуска. Тем не менее, растения нуждаются в своевременном поливе. С помощью простых автоматизированных систем можно добиться того, что почва на вашем участке будет сохранять необходимую и стабильную влажность на протяжении всего вашего отсутствия. Для построения огородной системы автополива потребуется основной контрольный элемент – датчик влажности почвы.

Датчик влажности

Датчики влажности также называют иногда влагомерами или сенсорами влажности. Почти все предлагаемые на рынке влагомеры почвы измеряют влажность резистивным способом. Это не совсем точный метод, потому что он не учитывает электролизные свойства измеряемого объекта. Показания прибора могут быть разными при одной и той же влажности грунта, но с разной кислотностью или содержанием солей. Но огородникам-экспериментаторам не столь важны абсолютные показания приборов, как относительные, которые можно настроить для исполнительного устройства подачи воды в определенных условиях.

Датчик влажности1

Датчик влажности1

Суть резистивного метода заключается в том, что прибор измеряет сопротивление между двумя проводниками, помещенными в грунт на расстоянии 2-3 см друг от друга. Это обычный омметр, который входит в любой цифровой или аналоговый тестер. Раньше такие инструменты называли авометрами.

Также существуют приборы со встроенным или выносным индикатором для оперативного контроля над состоянием почвы.

Датчик влажности выносной

Датчик влажности выносной

Легко сделать замер разницы проводимости электрического тока перед поливом и после полива на примере горшка с домашним растением алоэ. Показания до полива 101.0 кОм.

До полива

До полива

Показания после полива через 5 минут 12.65 кОм.

После полива

После полива

Но обычный тестер лишь покажет сопротивление участка почвы между электродами, но не сможет помочь в автополиве.

Принцип действия автоматики

В системах автополива обычно действует правило «поливай или не поливай». Как правило, никто не нуждается в регулировании силы напора воды. Это связано с использованием дорогостоящих управляемых клапанов и других, ненужных, технологически сложных, устройств.

Почти все предлагаемые на рынке датчики влажности, помимо двух электродов, имеют в своей конструкции компаратор. Это простейший аналого-цифровой прибор, который преобразует входящий сигнал в цифровую форму. То есть при установленном уровне влажности вы получите на его выходе единицу или ноль (0 или 5 вольт). Этот сигнал и станет исходным для последующего исполнительного устройства.

Для автополива наиболее рациональным будет использование в качестве исполнительного устройства электромагнитного клапана. Он включается в разрыв трубы и может также использоваться в системах микро-капельного орошения. Включается подачей напряжения 12 В.

Клапан

Клапан

Для простых систем, работающих по принципу « датчик сработал — вода пошла», достаточно использование компаратора LM393. Микросхема представляет собой сдвоенный операционный усилитель с возможностью получения на выходе командного сигнала при регулируемом уровне входного. Чип имеет дополнительный аналоговый выход, который можно подключить к программируемому контроллеру или тестеру. Приблизительный советский аналог сдвоенного компаратора LM393 — микросхема 521СА3.

LM393

LM393

На рисунке представлено готовое реле влажности вместе с датчиком в китайском исполнении всего за 1$.

Датчик влажности2

Датчик влажности2

Ниже представлен усиленный вариант, с выходным током 10А при переменном напряжении до 250 В, за 3-4$.

Реле влажности

Реле влажности

Системы автоматизации полива

Если вас интересует полноценная систем автополива, то необходимо задуматься о приобретении программируемого контроллера. Если участок небольшой, то достаточно установить 3-4 датчика влажности для разных типов полива. Например, сад нуждается в меньшем поливе, малина любит влагу, а для бахчи достаточно воды из почвы, за исключением чрезмерно засушливых периодов.

На основании собственных наблюдений и измерений датчиков влажности можно приблизительно рассчитать экономичность и эффективность подачи воды на участках. Процессоры позволяют вносить сезонные корректировки, могут использовать показания измерителей влажности, учитывают выпадение осадков, время года.

Контрольные системы полива

Контрольные системы полива

Некоторые датчики влажности почвы оснащены интерфейсом RJ-45 для подключения к сети. Прошивка процессора позволяет настроить систему так, что она будет оповещать о необходимости полива через социальные сети или SMS-сообщением. Это удобно в тех случаях, когда невозможно подключить автоматизированную систему полива, например, для комнатных растений.

Контроллер для комнатного растения

Контроллер для комнатного растения

Для системы автоматизации полива удобно использовать контроллеры с аналоговыми и контактными входами, которые соединяют все датчики и передают их показания по единой шине к компьютеру, планшету или мобильному телефону. Управление исполнительными приборами происходит через WEB-интерфейс. Наиболее распространены универсальные контроллеры:

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

Контроллеры автополива Toro

Контроллеры автополива Toro

Это гибкие устройства, позволяющие точно настроить систему автополива и доверить ей полный контроль над садом и огородом.

Простая схема автоматизации полива

Простейшая система автоматизации полива состоит из датчика влажности и управляющего устройства. Можно изготовить датчик влажности почвы своими руками. Понадобится два гвоздя, резистор с сопротивлением 10 кОм и источник питания с выходным напряжением 5 В. Подойдет от мобильного телефона.

Датчик из гвоздей

Датчик из гвоздей

В качестве прибора, который выдаст команду к поливу можно использовать микросхему LM393. Можно приобрести готовый узел или собрать его самостоятельно, тогда понадобятся:

  • резисторы 10 кОм – 2 шт;
  • резисторы 1 кОм – 2 шт;
  • резисторы 2 кОм – 3 шт;
  • переменный резистор 51-100 кОм – 1 шт;
  • светодиоды – 2 шт;
  • диод любой, не мощный – 1 шт;
  • транзистор, любой средней мощности PNP (например, КТ3107Г) – 1 шт;
  • конденсаторы 0.1 мк – 2 шт;
  • микросхема LM393 – 1 шт;
  • реле с порогом срабатывания 4 В;
  • монтажная плата.

Схема для сборки представлена ниже.

Схема простого вырианта

Схема простого вырианта

После сборки подключите модуль к блоку питания и датчику уровня влажности почвы. На выход компаратора LM393 подсоедините тестер. С помощью построечного резистора установите порог срабатывания. Со временем нужно будет его откорректировать, возможно, не один раз.

Принципиальная схема и распиновка компаратора LM393 представлена ниже.

lm393 выводы

lm393 выводы

Простейшая автоматизация готова. Достаточно подключить к замыкающим клеммам исполнительное устройство, например, электромагнитный клапан, включающий и отключающий подачу воды.

Исполнительные устройства автоматизации полива

Основным исполнительным устройством автоматизации полива является электронный клапан с регулировкой потока воды и без. Вторые дешевле, проще в обслуживании и управлении.

Хорошо зарекомендовали себя клапаны производства американской компании Hunter. Для разных целей используются клапаны c проходным диаметром 1, 1.5, и 2 дюйма с наружной или внутренней резьбой.

Клапан Hunter

Клапан Hunter

Существует множество управляемых кранов и других производителей.

Управляемый кран

Управляемый кран

Если на вашем участке случаются проблемы с подачей воды, приобретайте электромагнитные клапаны с датчиком потока. Это предотвратит выгорание соленоида при падении давления воды или прекращении водоснабжения.

Недостатки автоматических систем полива

Почва неоднородна и отличается по своему составу, поэтому один датчик влажности может показывать разные данные на соседних участках. Кроме того, некоторые участки затемняются деревьями и более влажные, чем те, которые расположены на солнечных местах. Также значительное влияние оказывает приближенность грунтовых вод, их уровень по отношению к горизонту.

Используя автоматизированную систему полива, следует учитывать ландшафт местности. Участок можно разбить на сектора. В каждом секторе установить один или более датчиков влажности и рассчитать для каждого собственный алгоритм работы. Это значительно усложнит систему и вряд ли удастся обойтись без контроллера, но впоследствии почти полностью избавит вас от траты времени на нелепое стояние со шлангом в руках под знойным солнцем. Почва будет наполняться влагой без вашего участия.

Построение эффективной системы автоматизированного полива не может основываться только на показаниях датчиков влажности почвы. Непременно следует дополнительно использовать температурные и световые сенсоры, учитывать физиологическую потребность в воде растений разных видов. Необходимо также учитывать сезонные изменения. Многие компании производящие комплексы автоматизации полива предлагают гибкое программное обеспечение для разных регионов, площадей и выращиваемых сельскохозяйственных культур.

Приобретая систему с датчиком влажности, не поддавайтесь на глупые маркетинговые слоганы: наши электроды покрыты золотом. Даже если это так, то вы лишь обогатите почву благородным металлом в процессе электролиза пластин и кошельки не очень честных бизнесменов.

Заключение

В данной статье рассказывалось о датчиках влажности почвы, которые являются основным контрольным элементом автоматического полива. А также был рассмотрен принцип действия системы автоматизации полива, которую можно приобрести в готовом виде или собрать самому. Простейшая система состоит из датчика влажности и управляющего устройства, схема сборки которой своими руками также была представлена в этой статье.

Видео по теме

РадиоКот :: Датчик влажности почвы

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >

Датчик влажности почвы

Целью данной разработки являлось создание датчика влажности почвы для использования в автоматических поливных системах. Основными условиями при разработке являлись следующие критерии:

  • Дешевизна
  • Надежность
  • Легкость повторения
  • Простая настройка
  • Наглядная индикация.

 

В итоге получилась следующая схема.

Датчик питается от 5..12В и имеет один дискретный выход.  Выход содержит высокий потенциал («1») если влажность почвы упала ниже заданной и низкий потенциал («0»), если влажность почвы выше заданной. Датчик обладает некоторой инерцией и свойством гистерезиса для исключения случайных переключений в момент, когда влажность почвы очень близка к заданной.  

Для индикации состояния датчик использует сдвоенный красно-зеленый светодиод изменяющий цвет свечения. Зеленый — влажность выше заданной. Красный — влажность ниже заданной. В процессе просыхания почвы цвет светодиода будет плавно изменятся с зеленого на желтый и при достижении заданного порога произойдет переключение на красный.

В качестве сенсора используются два электрода углубленные в почву на глубину замера. Можно использовать велосипедные спицы изолированные на глубину замера термообсадной трубкой.

Принцип работы схемы следующий. На элементе U1A собран генератор прямоугольных импульсов с частотой ~1Кгц. Через подстроечный резистор R2 импульсы поступают на вход U1B, причем амплитуда импульсов будет зависеть от влажности почвы, которая будет шунтировать передаваемый сигнал через конденсатор C2.  Кроме того, поступающие импульсы будут иметь уже не прямоугольную, а скорее пилообразную форму из-за сглаживания конденсатором C2. В результате на выходе U1C получатся прямоугольные импульсы со скважностью, зависящей от влажности почвы. Эти импульсы преобразуются в постоянное напряжение (D1, C3) которое поступает на вход U1D. При этом конденсатор C3 определяет инерционность схемы и обеспечивает защиту от помех, а благодаря гистерезисным свойствам входов U1, обеспечивается небольшой диапазон между переключениями выходного сигнала. Транзистор Q3 является инвертирующим и согласующим звеном с исполнительной схемой.

Правильно собранный датчик в настройках не нуждается. В случае использования другой микросхемы, вероятна необходимость изменения номиналов R1 C1 для получения частоты генерации ~1Кгц.

Регулировка уровня порогового значения влажности производится при подключенных контактах сенсора, погруженных в политую почву с необходимой влажностью. Подстроечный резистор R2 следует установить в положение, когда горит зеленая часть светодиода, а красная часть  начинает слегка светиться.

Конструктивно датчик выполнен на односторонней печатной плате размером 32 x 36 мм, и может быть размещен в стандартной телефонной розетке с двумя выходами. 

Печатная плата и схема размещения.

*** Печатная плата изображена как «вид сверху»  (вид сквозь текстолит). Если используется ЛУТ, то просто распечатать и катать, зеркалить не надо. Отверстия под диод, потенциометр и светодиод d0.8 мм, остальные d0.5мм.

*** При монтаже возникнут неудобства с размещением электролитического конденсатора C3, изначально, использовался керамический конденсатор, который не обеспечивал необходимой инерционности.  Конденсатор C3 следует впаивать в последнюю очередь.

Из своего опыта эксплуатации могу сказать следующее. Датчик следует питать стабильным напряжением. Я использовал один стабилизатор 7805 на 4 датчика. Датчик достаточно чувствительный, т.е. диапазон изменения влажности от заданной, при котором производится переключение датчика, составляет ~10% (а может еще меньше). По этой причине датчик будет «хотеть» поливать часто, но по чуть-чуть. Я подключил датчики к контроллеру и делаю паузу после каждого полива на 20 мин, чтобы дать влаге впитаться и заодно остудить насос. Недостатком датчика является ощутимый разброс диапазона  гистерезиса у разных датчиков, что обусловлено различными характеристиками элементов.


Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Индикатор влажности почвы


Привет всем. Кто выращивает лимоны дома знает, как трудно угадать когда растение нужно поливать, так как горшки очень большие. Для этих целей я из нескольких деталей и двух карандашей изготовил индикатор влажности почвы. За основу я взял готовый датчик влажности.
Родные электроды я заменил на два грифельных карандаша так как этот датчик разрушится от коррозии через месяц.

Для крепления проводов необходимы два куска термоусадки.

Для сигнализации я установил зуммер и батарейку крону.

Для питания прибора я взял старую зарядку для телефона.

Исполнительный механизм обычное реле.

Схема соединения.

Графит в грунте прослужит долго, можно взять графитовый стержень из круглой батарейки. Как только грунт в горшке высохнет зуммер даст сигнал.
Датчик имеет регулятор чувствительности, а карандаши можно установить на каком угодно расстояния друг от друга.

Прибор я поместил в готовую коробку. Сверху установил выключатель для того, чтобы на ночь отключать прибор.

Эта конструкция работает у меня 3 года и очень помогает в выращивании лимонов.
Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Влагозащита датчика влажности почвы

Странный заголовок, правда? Что это за датчик влажности почвы такой, если он не влагозащищён изначально? Оказывается, такие существуют. Это довольно ходовой товар в магазинах для ардуинщиков. Плата, которую нужно воткнуть в почву, а затем тщательно следить, чтобы при поливе цветов вода не попала на расположенные сверху компоненты. Нелепо! С этим надо что-то делать, решил автор Instructables под ником micromet.


Мастер приобретает такие датчики и испытывает их совместно с Arduino. Пример схемы и скетча, позволяющих быстро проверить датчик, приведён здесь.

Убедившись в исправности всех приобретённых датчиков, мастер отделяет от их плат ножом разъёмы:

Вместо удалённых разъёмов мастер припаивает кабели непосредственно к контактным площадкам на платах. Это четырёхжильные кабели, у которых один из проводников не используется. Мастеру пришлось откусить его непосредственно вблизи места разделки внешней оболочки.



Мастер покрывает прозрачным лаком для ногтей компоненты и контактные площадки с обеих сторон печатной платы. Обкладки образованного из печатных проводников большого конденсатора, образующего собственно датчик, покрывать не надо. Это увеличит толщину диэлектрика, что исказит показания влажности. Высыхает лак в течение получаса.


Мастер снимает с верхних углов платы наждачной бумагой или надфилем небольшие фаски, чтобы эти углы не были острыми и не могли прорезать термоусадочную трубку. Вообще-то, это надо было сделать до покрытия платы лаком. Но ещё не поздно нанести на углы ещё немного лака уже после подпиливания. И снова высушить.


Мастер подготавливает три куска термоусадочной трубки, отличающиеся друг от друга длиной и диаметром:

Первыми двумя кусками трубки он защищает кабель:


А третьим — электронные компоненты на плате датчика:

И наконец, покрывает лаком границу между трубкой и платой, как показано на следующем фото. И снова высушивает.

Влагозащита датчика влажности почвы

Готово. Доработав так все приобретённые датчики, мастер снова испытывает их при помощи упомянутых выше схемы и скетча. И всё работает.

Влагозащита датчика влажности почвы

Вот так можно доработать датчик влажности почвы, чтобы он и сам стал влагозащищённым. Хотя по логике, его таковым должен был сделать сам производитель. Но ничего страшного. Датчик недорог, так что можно и своими руками доработать.


Источник Влагозащита датчика влажности почвы Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

сборка устройства и сфера использования

Автоматика заметно упрощает жизнь владельца теплицы или приусадебного участка. Автоматическая система полива избавит от однообразной повторяющейся работы, а избежать избытка воды поможет датчик влажности почвы — своими руками такой прибор собрать не так уж сложно. На помощь садоводу приходят законы физики: влага в грунте становится проводником электрических импульсов, и чем ее больше, тем ниже сопротивление. При понижении влажности сопротивление увеличивается, и это помогает отследить оптимальное время полива.

Содержание:

Конструкция и принцип работы датчика влажности

Конструкция датчика влажности почвы представляет собой два проводника, которые подключаются к слабому источнику энергии, в схеме должен присутствовать резистор. Как только количество влаги в пространстве между электродами растет, сопротивление снижается, и сила тока увеличивается.

Влага высыхает – сопротивление растет, сила тока снижается.

Поскольку электроды будут находиться во влажной среде, их рекомендуется включать через ключ, чтобы уменьшить разрушительное влияние коррозии. В обычное время система стоит выключенной и запускается только для проверки влажности нажатием кнопки.

Датчики влажности почвы такого типа можно устанавливать в теплицах – они обеспечивают контроль за автоматическим поливом, поэтому система может функционировать вообще без участия человека. В этом случае система постоянно будет находиться в рабочем состоянии, но состояние электродов придется контролировать, чтобы они не пришли в негодность под воздействием коррозии. Аналогичные устройства можно устанавливать на грядках и газонах на открытом воздухе – они позволят мгновенно получить нужную информацию.

При этом система оказывается намного точнее простого тактильного ощущения. Если человек будет считать землю полностью сухой, датчик покажет до 100 единиц влажности грунта (при оценке в десятеричной системе), сразу после полива это значение вырастает до 600-700 единиц.

После этого датчик позволит контролировать изменение содержания влажности в грунте.

Если датчик предполагается использовать на улице, его верхнюю часть желательно тщательно загерметизировать, чтобы не допустить искажения информации. Для этого ее можно покрыть водонепроницаемой эпоксидной смолой.

Сборка датчика влажности своими руками

Конструкция датчика собирается следующим образом:

  • Основная часть – два электрода, диаметр которых составляет 3-4 мм, они прикрепляются к основанию, изготовленному из текстолита или другого материала, защищенного от коррозии.
  • На одном конце электродов нужно нарезать резьбу, с другой стороны они делаются заостренными для более удобного погружения в грунт.
  • В пластине из текстолита просверливаются отверстия, в которые вкручиваются электроды, их нужно закрепить гайками с шайбами.
  • Под шайбы нужно завести исходящие провода, после чего электроды изолируются. Длина электродов, которые будут погружаться в грунт, составляет около 4-10 см. в зависимости от используемой емкости или открытой грядки.
  • Для работы датчика потребуется источник тока силой 35 мА, система требует напряжения 5В. В зависимости от количества влаги в почве диапазон возвращаемого сигнала составит 0—4,2 В. Потери на сопротивление продемонстрируют количество воды в грунте.
  • Подключение датчика влажности почвы проводится через 3 провода к микропроцессору, для этой цели можно приобрести, например, Arduino. Контроллер позволит соединить систему с зуммером для подачи звукового сигнала при чрезмерном уменьшении влажности почвы, или к светодиоду, яркость освещения будет меняться при изменениях в работе датчика.

Такое самодельное устройство может стать частью автополива в системе «Умный дом», например, с использованием Ethernet-контроллера MegD-328. Web-интерфейс показывает уровень влажности в 10-битной системе: диапазон от 0 до 300 говорит о том, что земля совершенно сухая, 300-700 – в почве достаточно влаги, более 700 – земля мокрая, и полив не требуется.

Конструкция, состоящая из контроллера, реле и элемента питания убирается в любой подходящий корпус, для которого можно приспособить любую пластиковую коробочку.

В домашних условиях использование такого датчика влажности будет очень простым и вместе с тем надежным.

Сферы использования датчика влажности

Применение датчика влажности грунта может быть самым разнообразным. Наиболее часто они используются в системах автополива и ручного полива растений:

  1. Их можно установить в цветочных горшках, если растения чувствительны к уровню воды в грунте. Если речь идет о суккулентах, например, о кактусах, необходимо вбирать длинные электроды, которые будут реагировать на изменение уровня влажности непосредственно у корней. Их также можно использовать для фиалок и других растений с хрупкой корневой системой. Подключение к светодиоду позволит точно определить, когда пора проводить полив.
  2. Они незаменимы для организации полива растений в теплице. По аналогичному принципу также собираются датчики влажности воздуха, которые нужны для запуска в работу системы опрыскивания растений. Все это позволит автоматическим образом обеспечить полив растений и нормальный уровень атмосферной влажности.
  3. На даче использование датчиков позволит не держать в памяти время полива каждой грядки, электротехника сама расскажет о количестве воды в грунте. Это позволит не допустить избыточного полива, если недавно прошел дождь.
  4. Применение датчиков очень удобно и в некоторых других случаях. К примеру, они позволят контролировать влажность грунта в подвале и под домом вблизи фундамента. В квартире его можно установить под мойкой: если труба начнет капать, об этом тут же сообщит автоматика, и можно будет избежать затопления соседей и последующего ремонта.
  5. Простое устройство датчика позволит всего за несколько дней полностью оборудовать системой оповещения все проблемные участки дома и сада. Если электроды достаточно длинные, с их помощью можно будет контролировать уровень воды, к примеру, в искусственном небольшом водоеме.

Самостоятельное изготовление датчика поможет оборудовать дом автоматической системой контроля с минимальными затратами.

Комплектующие фабричного производства легко приобрести через интернет или в специализированном магазине, большую часть устройств можно собрать из материалов, которые всегда найдутся в доме любителя электротехники.

Больше информации можно узнать из видео.

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.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о