Влагомер для почвы своими руками. Самодельный, стабильный датчик влажности почвы для автоматической поливальной установки

29.07.2023

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.

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.

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.

Показания после полива через 5 минут 12.65 кОм.

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.

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 .

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

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

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.

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.

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;
Amtega.

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.

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.

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.

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.

Существует множество управляемых кранов и других производителей.

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 ведитесь 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 автополива. 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.

Нередко в продаже можно встретить такие приспособления, которые устанавливаются на цветочный горшок и следят за уровнем влажности почвы, включая при необходимости насос и поливая растение. Благодаря такому устройству можно будет спокойно уезжать в отпуск на недельку, не боясь, что любимый фикус завянет. Однако цена на такие приспособления неоправданно высока, ведь их устройство предельно простое. Так зачем покупать, если можно сделать самому?

Схема

Предлагаю к сборке схему простого и проверенного датчика влажности почвы, схема которого изображена ниже:

В почку горшка опускаются два металлических прутка, сделать которые можно, например, разогнув скрепку. Их нужно воткнуть в землю на расстоянии примерно 2-3 сантиметра друг от друга. Когда почва сухая, она плохо проводит электрический ток, сопротивление между прутками очень велико. Когда почва влажная – её электропроводность значительно повышается и сопротивление между прутками уменьшается, именно это явление лежит в основе работы схемы.
Резистор 10 кОм и участок почвы между прутками образуют делитель напряжения, выход которого соединён с инвертирующим входом операционного усилителя. Т.е. напряжение на нём зависит лишь от того, насколько увлажнена почва. Если поместить датчик во влажную почву, то напряжение на входе ОУ будет равно примерно 2-3 вольтам. По мере высыхания земли это напряжение будет увеличиваться и достигнет значения 9-10 вольт при совершенно сухой земле (конкретные значения напряжения зависят от типа почвы). Напряжение на неинвертирующем входе ОУ задаётся вручную переменным резистором (10 кОм на схеме, его номинал можно менять в пределах 10-100 кОм) в пределах от 0 до 12-ти вольт. С помощью этого переменного резистора задаётся порог срабатывания датчика. Операционный усилитель в этой схеме работает в качестве компаратора, т.е. он сравнивает напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах. Как только напряжение с инвертирующего входа превысит напряжение с неинвертирующего, на выходе ОУ появится минус питания, загорится светодиод и откроется транзистор. Транзистор, в свою очередь, активирует реле, управляющее водяным насосом или электрическим клапаном. Вода начнёт поступать в горшок, земля вновь станет влажной, её электропроводность увеличиться, и схема отключит подачу воды.
Печатная плата, предлагающаяся к статье, рассчитана на использования сдвоенного операционного усилителя, например, TL072, RC4558, NE5532 или других аналогов, одна его половинка при этом не используется. Транзистор в схеме используется малой или средней мощности и структуры PNP, можно применить, например, КТ814. Его задача – включение и выключение реле, также вместо реле можно применить ключ на полевом транзисторе, как это сделал я. Напряжение питания схемы – 12 вольт.
Скачайте плату:

(cкачиваний: 330)

Сборка датчика влажности почвы

Может случиться такое, что при высыхании почвы реле включается не чётко, а сначала начинает быстро щёлкать, и только после этого устанавливается в открытом состоянии. Это говорит о том, что провода от платы до горшка с растением улавливают сетевые наводки, пагубно влияющие на работу схемы. В таком случае, не помешает заменить провода на экранированные и поставить электролитический конденсатор ёмкостью 4.7 – 10 мкФ параллельно участку почвы, вдобавок к ёмкости 100 нФ, указанной на схеме.
Работа схемы мне очень понравилась, рекомендую к повторению. Фото собранного мной устройства:

Всем привет, сегодня в нашей статье мы рассмотрим как сделать датчик влажности почвы своими руками. Причиной самостоятельного изготовления может послужить износ датчика (коррозия, окисление), либо просто невозможность приобрести, долгое ожидание и желание смастерить что-либо своими руками. В моем случае желанием сделать датчик самому послужил износ, дело в том что щуп датчика при постоянной подаче напряжение взаимодействует с почвой и влагой в результате чего окисляется. Например датчики SparkFun покрывают его специальным составом (Electroless Nickel Immersion Gold) для увлечения ресурса работы. Так же что бы продлить жизнь датчику лучше подавать питание на датчик только в момент замеров.
В один "прекрасный" день я обратил внимание что моя система полива увлажняет почву без лишней надобности, при проверке датчика я извлек щуп из почвы и вот что я увидел:

Из-за коррозии между щупами появляется дополнительное сопротивление в результате которого сигнал становиться меньше и arduino считает что почва сухая. По скольку Я использую аналоговый сигнал то схему с цифровым выходом на компараторе я делать не буду для упрощения схемы.

На схеме изображен компаратор датчика влажности почвы, красным цветом отмечена часть которая преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Не отмеченная часть это часть необходимая нам для преобразование влажности в аналоговый сигнал, мы ее и будем использовать. Чуть ниже я привел схему подключение щупов к arduino.

Левая часть схемы показывает как щупы подключаются к arduino, а правую часть (с резистором R2) я привел для того что бы показать за счет чего меняются показания АЦП. Когда щупы опущены в землю между ними образуется сопротивление (на схеме я отобразил его условно R2), если почва сухая то сопротивление бесконечно большое, а если влажное то оно стремиться к 0. Так как два сопротивления R1 и R2 образуют делитель напряжение, а средней точкой является выход (out a0) то от величины сопротивления R2 зависит напряжение на выходе. К примеру если сопротивление R2=10Kom то напряжение будет 2,5В. Можно сопротивление запаять на проводах что бы не делать дополнительных развязок, для стабильности показаний можно добавить конденсатор 0,01мкФ между - питания и out. схема подключение следующая:

Поскольку с электрической частью мы разобрались, можно перейти к механической части. Для изготовления щупов лучше использовать материал менее всего подверженного коррозии что бы продлить жизнь датчика. Можно использовать "нержавейку" или оцинкованный метал, форму можно выбрать любую, даже можно использовать два куска проволочки. Я для щупов выбрал "оцинковку", в качестве фиксирующего материал использовал небольшой кусок гетинакса. Так же стоит учесть что настояния между щупами должно быть 5мм-10мм, но не стоит делать больше. На концы оцинковки я напаял провода датчика. Вот что получилось в итоге:

Не стал делать подробный фото отчет, все и так просто. Ну и фото в работе:

Как я уже раньше указывал лучше использовать датчик только в момент измерений. Оптимальный вариант включение через транзисторный ключ, но так как потребление тока у меня составило 0,4мА можно включить на прямую. Для подачи напряжения во время замеров можно подключить контакт датчика VCC к пину ШИМ или использовать цифровой выход на момент измерений подавать высокий (HIGH) уровень, а потом устанавливать низкий. Так же стоит учесть что после подачи напряжения на датчик необходимо выждать некоторое время для стабилизации показаний. Пример через ШИМ:

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);
}

Спасибо всем за внимание!

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://сайт/

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.

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://сайт/

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 для полива растений я использовал другую схему, которая генерирует всего один короткий измерительный импульс в сутки, приуроченный ко времени полива растений.

Поэт Андрей Вознесенский однажды сказал так: «лень - двигатель прогресса». Пожалуй, трудно не согласиться с этой фразой, ведь большинство электронных устройств создаются именно с той целью, чтобы облегчить нашу с вами повседневную жизнь, полную забот и всяких разных суетных дел.

Если вы сейчас читаете эту статью, то вас, наверное, очень утомляет процесс полива цветов. Ведь цветы - существа нежные, чуть их перельёшь, недовольны, забудешь полить на денёк, так всё, они вот-вот увянут. А сколько цветов в мире погибло лишь от того, что их хозяева уехали в отпуск на недельку, оставив зелёных бедолаг чахнуть в сухом горшке! Страшно представить.

Именно для предотвращения таких ужасных ситуаций придуманы системы автоматического полива. На горшок устанавливается датчик, замеряющий влажность почвы - он представляет собой для металлических прутка из нержавеющей стали, воткнутые в землю на расстоянии сантиметра друг от друга.

По проводам они подключаются к схеме, задача которой открывать реле только тогда, когда влажность упадёт ниже заданной и закрывать реле в тот момент, когда почва вновь насытится влагой. Реле, в своё очередь, управляет насосом, который качает воду из резервуара прямо под корень растению.

Схема датчика

Как известно, электропроводимость сухой и влажной почвы отличается довольно значительно, именно этот факт лежит в основе работы датчика. Резистор номиналом 10 кОм и участок почвы между прутками образуют делитель напряжения, их средняя точка подключается напрямую на вход ОУ. На другой вход ОУ напряжение подаётся со средней точки переменного резистора, т.е. его можно настраивать от нуля до напряжения питания. С его помощью выставляется порог переключения компаратора, в роли которого и работает ОУ. Как только напряжение на одном его входе превысит напряжение на другом - на выходе окажется логическая «1», загорится светодиод, транзистор откроется и включит реле. Транзистор можно применить любой, структуры PNP, подходящий по току и напряжению, например, КТ3107 или КТ814. Операционный усилитель TL072 или любой аналогичный, например, RC4558. Параллельно обмотке реле следует поставить маломощный диод, например, 1n4148. Напряжение питания схемы - 12 вольт.

Из-за длинных проводов от горшка до самой платы может возникнуть такая ситуация, что реле переключается не чётко, а начинает щёлкать с частотой переменного тока в сети, и только спустя какое-то время устанавливается в открытом положении. Для устранения этого нехорошего явления следует поставить электролитический конденсатор ёмкостью 10-100 мкФ параллельно датчику. Архив с платой . Удачной сборки! Автор - Дмитрий С.

Обсудить статью СХЕМА ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ