Salutare tuturor, astăzi, în articolul nostru, vom analiza cum să faceți un senzor de umiditate a solului cu propriile mâini. Motiv făcut singur Acest lucru s-ar putea datora uzurii senzorului (coroziune, oxidare) sau pur și simplu incapacitatea de a cumpăra, o așteptare lungă și dorința de a face ceva cu propriile mâini. În cazul meu, dorința de a realiza singur senzorul s-a datorat uzurii, faptul este că sonda senzorului, cu o alimentare constantă cu tensiune, interacționează cu solul și umiditatea, în urma cărora se oxidează. De exemplu, senzorii SparkFun îl acoperă cu o compoziție specială (Electroless Nickel Immersion Gold) pentru a spori durata de viață. De asemenea, pentru a prelungi durata de viață a senzorului, este mai bine să alimentați senzorul cu energie numai în momentul măsurătorilor.
Într-o zi „bună” am observat că sistemul meu de irigare umezea inutil solul la verificarea senzorului, am scos sonda din sol și am văzut:
Din cauza coroziunii, între sonde apare o rezistență suplimentară, în urma căreia semnalul devine mai mic și arduino crede că solul este uscat. Deoarece folosesc un semnal analogic, nu voi realiza un circuit cu o ieșire digitală pe comparator pentru a simplifica circuitul.
Diagrama prezintă un comparator pentru un senzor de umiditate a solului, partea care convertește semnalul analog în unul digital este marcată cu roșu. Partea nemarcată este partea de care avem nevoie pentru a converti umiditatea într-un semnal analog și o vom folosi. Mai jos am dat o diagramă pentru conectarea sondelor la arduino.
Partea din stânga a diagramei arată cum sunt conectate sondele la arduino și am arătat partea dreaptă (cu rezistența R2) pentru a arăta de ce se modifică citirile ADC. Când sondele sunt coborâte în pământ, între ele se formează o rezistență (în diagrama am afișat-o convențional R2), dacă solul este uscat, atunci rezistența este infinit de mare, iar dacă este umed, atunci tinde spre 0 Deoarece două rezistențe R1 și R2 formează un divizor de tensiune, iar punctul de mijloc este ieșirea (out a0), atunci tensiunea la ieșire depinde de valoarea rezistenței R2. De exemplu, dacă rezistența R2=10Kom, atunci tensiunea va fi de 2,5V. Puteți lipi rezistența pe fire pentru a nu face decuplări suplimentare pentru stabilitatea citirilor, puteți adăuga un condensator de 0,01 µF între alimentare și ieșire; Schema de conectare este următoarea:
Deoarece ne-am ocupat de partea electrică, putem trece la partea mecanică. Pentru fabricarea sondelor, este mai bine să utilizați un material care este cel mai puțin susceptibil la coroziune pentru a prelungi durata de viață a senzorului. Puteți folosi oțel inoxidabil sau metal galvanizat, puteți alege orice formă, puteți folosi chiar și două bucăți de sârmă. Am ales „galvanizat” pentru sonde am folosit o bucată mică de getinax ca material de fixare. De asemenea, merită să luați în considerare că distanța dintre sonde ar trebui să fie de 5mm-10mm, dar nu ar trebui să faceți mai mult. Am lipit firele senzorului pe capetele tablei galvanizate. Iată cu ce am ajuns:
Nu a făcut-o poza detaliata raport, totul este la fel de simplu. Ei bine, iată o fotografie cu el în acțiune:
După cum am indicat deja mai devreme, este mai bine să utilizați senzorul numai în momentul măsurării. Cea mai bună opțiune pornind printr-un comutator cu tranzistor, dar deoarece consumul meu de curent a fost de 0,4 mA, poate fi pornit direct. Pentru a furniza tensiune în timpul măsurătorilor, puteți conecta contactul senzorului VCC la pinul PWM sau puteți utiliza ieșirea digitală pentru a furniza un nivel ridicat (HIGH) în momentul măsurătorilor și apoi îl setați la scăzut. De asemenea, merită să luați în considerare faptul că, după aplicarea tensiunii senzorului, trebuie să așteptați ceva timp pentru ca citirile să se stabilească. Exemplu prin PWM:
Senzor int = A0; int power_sensor = 3;
void setup() (
// pune codul de configurare aici, pentru a rula o dată:
Serial.begin(9600);
analogWrite(senzor_putere, 0);
}
void loop() (
întârziere (10000);
Serial.print("Suhost": ");
Serial.println(analogRead(senzor));
analogWrite(senzor_putere, 255);
întârziere (10000);
}
Mulțumesc tuturor pentru atenție!
Poetul Andrei Voznesensky a spus odată: „lenea este motorul progresului”. Este poate greu să nu fii de acord cu această frază, deoarece majoritatea dispozitivelor electronice sunt create tocmai cu scopul de a ne ușura viața de zi cu zi, plină de griji și tot felul de treburi agitate.
Dacă citiți acest articol acum, atunci probabil că v-ați săturat foarte mult de procesul de udare a florilor. La urma urmei, florile sunt creaturi delicate, le udați puțin, sunteți nefericiți, uitați să le udați pentru o zi, asta e, sunt pe cale să se estompeze. Și câte flori au murit în lume doar pentru că stăpânii lor au plecat în vacanță timp de o săptămână, lăsând sărmanele vietăți verzi să se ofilească într-un ghiveci uscat! E înfricoșător de imaginat.
Pentru a preveni astfel de situații groaznice au fost inventate sistemele automate de udare. Pe ghiveci este instalat un senzor care măsoară umiditatea solului - este format din tije metalice din oțel inoxidabil înfipte în pământ la o distanță de un centimetru una de alta.
Acestea sunt conectate prin fire la un circuit a cărui sarcină este să deschidă releul numai atunci când umiditatea scade sub valoarea setată și să închidă releul în momentul în care solul este din nou saturat cu umiditate. Releul, la rândul său, controlează pompa, care pompează apa din rezervor direct la rădăcina plantei.
Circuitul senzorului
După cum se știe, conductivitatea electrică a solului uscat și umed diferă destul de mult, acest fapt stă la baza funcționării senzorului. Un rezistor de 10 kOhm și o secțiune de sol între tije formează un divizor de tensiune, punctul lor de mijloc este conectat direct la intrarea amplificatorului operațional. Tensiunea este furnizată către cealaltă intrare a amplificatorului operațional din punctul de mijloc al rezistenței variabile, adică. poate fi reglat de la zero la tensiunea de alimentare. Cu ajutorul acestuia, se stabilește pragul de comutare al comparatorului, în rolul căruia funcționează amplificatorul operațional. De îndată ce tensiunea de la una dintre intrările sale depășește tensiunea de la cealaltă, ieșirea va fi logic „1”, LED-ul se va aprinde, tranzistorul se va deschide și va porni releul. Puteți utiliza orice tranzistor, structură PNP, potrivit pentru curent și tensiune, de exemplu, KT3107 sau KT814. Amplificator operațional TL072 sau oricare similar, de exemplu RC4558. O diodă de putere mică, de exemplu, 1n4148, ar trebui plasată în paralel cu înfășurarea releului. Tensiunea de alimentare a circuitului este de 12 volți.
Datorită firelor lungi de la oală la placa în sine, poate apărea o situație în care releul să nu comute clar, ci să înceapă să facă clic la frecvența curentului alternativ din rețea și numai după un timp este setat în aer liber poziţie. Pentru a elimina acest fenomen rău, ar trebui să plasați un condensator electrolitic cu o capacitate de 10-100 μF în paralel cu senzorul. Arhivă cu tabla. Construire fericită! Autorul - Dmitry S.
Discutați articolul DIAGRAMA SENSORULUI DE UMIDITATE A SOLULUI
Automatizarea simplifică semnificativ viața proprietarului unei sere sau complot personal. Un sistem automat de irigare vă va scuti de munca repetitivă monotonă, iar un senzor de umiditate al pământului vă va ajuta să evitați excesul de apă - cu propriile mele mâini Nu este atât de dificil să asamblați un astfel de dispozitiv. Legile fizicii vin în ajutorul grădinarului: umiditatea din sol devine un conductor de impulsuri electrice și, cu cât există mai multe, cu atât rezistența este mai mică.
Pe măsură ce umiditatea scade, rezistența crește, iar acest lucru ajută la urmărirea timpului optim de udare.
Proiectarea și principiul de funcționare al unui senzor de umiditate
Designul senzorului de umiditate la pământ constă din doi conductori, care sunt conectați la o sursă de energie cu putere redusă, trebuie să existe o rezistență în circuit. Pe măsură ce cantitatea de lichid din spațiul dintre electrozi crește, rezistența scade și curentul crește.
Umiditatea se usucă - rezistența crește, curentul scade.
Deoarece electrozii se vor afla într-un mediu umed, se recomandă pornirea lor prin intermediul unei chei pentru a reduce efectele distructive ale coroziunii. În timpul inactiv, sistemul este oprit și pornește doar pentru a verifica umiditatea prin apăsarea unui buton.
Senzorii de umiditate a solului pot fi instalați în sere - oferă control asupra udării automate, astfel încât sistemul poate funcționa în mare măsură fără intervenția omului. În acest caz, setul va fi întotdeauna în stare de funcționare, dar starea electrozilor va trebui monitorizată astfel încât să nu se deterioreze din cauza coroziunii. Dispozitive similare pot fi instalate pe gazon și paturi de grădină în aer liber - vă vor permite să obțineți instantaneu informațiile necesare.
În același timp, totalitatea se dezvăluie mult mai corect decât o simplă senzație tactilă. Dacă o persoană calculează că solul este complet uscat, senzorul va demonstra până la 100 de unități de umiditate a solului (când este evaluată într-un agregat zecimal), imediat după udare această valoare crește la 600-700 de unități.
Apoi senzorul vă va permite să monitorizați modificările conținutului de umiditate din sol.
Dacă senzorul este destinat utilizării în aer liber, partea superioară a acestuia trebuie sigilată cu grijă pentru a preveni distorsiunea informațiilor. Pentru a face acest lucru, poate fi acoperit cu rășină epoxidică rezistentă la umiditate.
Asamblarea unui senzor de umiditate cu propriile mâini
Designul senzorului planifică după cum urmează:
- Partea principală este doi electrozi, al căror diametru este de 3-4 mm, sunt atașați la o bază din textolit sau alt material protejat de coroziune.
- La un capăt al electrozilor este necesar să tăiați un fir, în caz contrar aceștia sunt ascuțiți pentru o imersare mai ergonomică în pământ.
- Găurile sunt găurite în placa PCB în care sunt înșurubați electrozii; aceștia trebuie fixați cu piulițe și șaibe.
- Este necesar să plasați firele de ieșire sub șaibe, după care electrozii sunt izolați. Lungimea electrozilor, care vor fi scufundati in pamant, este de aproximativ 4-10 cm, in functie de recipientul folosit sau de patul deschis.
- Pentru a opera senzorul, este necesară o sursă de curent de 35 mA, combinația necesită o tensiune de 5V. În funcție de cantitatea de lichid din pământ, intervalul semnalului returnat va fi de 0-4,2 V. Pierderile de rezistență vor arăta cantitatea de apă din pământ.
- Senzorul de umiditate la pământ este conectat prin 3 fire la procesor în acest scop este posibil să cumpărați, de exemplu, un Arduino. Controlerul vă va permite să conectați sistemul la un buzzer pentru a da un semnal sonor atunci când umiditatea solului scade excesiv, sau la un LED luminozitatea luminii se va modifica odată cu schimbările în funcționarea senzorului;
Acest dispozitiv de casă poate deveni parte a sistemului automat de udare Casă inteligentă, de exemplu, folosind controlerul Ethernet MegD-328. Interfața web arată nivelul de umiditate într-un agregat de 10 biți: intervalul de la 0 la 300 arată că solul este complet uscat, 300-700 - există suficientă umiditate în sol, mai mult de 700 - solul este umed și nu este nevoie de udare.
Designul, constând dintr-un controler, releu și baterie, este scos în orice carcasă adecvată, pentru care poate fi adaptată orice cutie de plastic.
Folosirea unui senzor de umiditate acasă va fi foarte simplă și în același timp fiabilă.
Domenii de aplicare ale senzorului de umiditate
Utilizarea senzorului de umiditate a solului este posibilă într-o mare varietate de moduri. Cel mai adesea sunt utilizate în combinații de udare automată și udare manuală a plantelor:
- Ele pot fi instalate in ghivece de flori, dacă plantele sunt sensibile la nivelul apei din sol. Când vine vorba de suculente, de exemplu, cactusi, trebuie să utilizați electrozi lungi care vor reacționa la modificările nivelului de umiditate, în special la rădăcini. În plus, pot fi folosite pentru alte plante și violete cu sisteme radiculare fragile. Conectarea la un LED vă va permite să determinați când este timpul să udați.
- Sunt indispensabile pentru organizarea udarii plantelor intr-o sera. Pe un principiu similar, sunt planificați și senzori de umiditate a aerului, care sunt necesari pentru a pune în funcțiune sistemul de stropire a plantei. Toate acestea vă vor permite să furnizați automat nivel normalși udarea plantelor cu umiditatea atmosferică.
- La dacha, utilizarea senzorilor va face posibil să nu vă amintiți timpul de udare a fiecărui pat în sine, ingineria electrică vă va spune despre cantitatea de apă din sol. Acest lucru va preveni excesul de udare dacă a existat o furtună relativ recentă.
- Utilizarea senzorilor este foarte convenabilă în unele cazuri secundare. De exemplu, acestea vor permite monitorizarea umidității solului în subsol și sub casă lângă fundație. Într-un apartament, poate fi instalat sub chiuvetă: dacă conducta începe să picure, automatizarea vă va spune imediat despre aceasta și va fi posibil să evitați reparațiile ulterioare și inundarea vecinilor.
- Un senzor simplu vă va permite să echipați complet toate zonele cu probleme ale casei și grădinii cu un sistem de avertizare în doar câteva zile. Dacă electrozii sunt suficient de lungi, ei pot fi utilizați pentru a controla nivelul apei, de exemplu, într-un rezervor mic nenatural.
Producția independentă a senzorului vă va ajuta să vă echipați casa cu un sistem de control automat la costuri minime.
Componentele fabricate din fabrică sunt ușor de cumpărat online sau într-un magazin special; o mare parte a dispozitivelor pot fi asamblate din materiale care se găsesc întotdeauna în casa unui pasionat de inginerie electrică.
Senzor de umiditate a solului de făcut singur. AVR începător.
Senzor de umiditate a solului DIY. AVR începător.
Aparatul care măsoară nivelul de umiditate se numește higrometru sau pur și simplu senzor de umiditate. ÎN viata de zi cu zi umiditatea este un parametru important și adesea nu numai pentru viața obișnuită, ci și pentru diverse echipamente, și pentru agricultură (umiditatea solului) și multe altele.
În special, bunăstarea noastră depinde foarte mult de gradul de umiditate a aerului. Deosebit de sensibile la umiditate sunt persoanele dependente de vreme, precum și persoanele care suferă de hipertensiune arterială, astmul bronșic, boli ale sistemului cardiovascular.
Chiar și în aer foarte uscat oameni sanatosi simti disconfort, somnolenta, mancarime si iritatii ale pielii. Aerul uscat poate provoca adesea boli sistemul respirator, începând cu infecțiile respiratorii acute și infecțiile virale respiratorii acute și terminând chiar cu pneumonia.
La întreprinderi, umiditatea aerului poate afecta siguranța produselor și echipamentelor, iar în agriculturăîn mod clar influența umidității solului asupra fertilității, etc Aici este în cazul în care utilizarea de senzori de umiditate - higrometre.
Unele dispozitive tehnice sunt inițial calibrate la valori strict cerute și, uneori, pentru a regla fin dispozitivul, este important să aveți valoarea exactă a umidității în mediu.
Umiditate poate fi măsurat prin mai multe dintre mărimile posibile:
Pentru a determina umiditatea aerului și a altor gaze, măsurătorile sunt efectuate în grame pe metru cub atunci când vorbim despre valoarea absolută a umidității, sau în unități RH când vorbim despre umiditatea relativă.
Pentru măsurarea umidității solidelor sau lichidelor sunt adecvate măsurătorile ca procent din masa probelor de testat.
Pentru a determina conținutul de umiditate al lichidelor slab amestecate, unitățile de măsură vor fi ppm (câte părți de apă sunt în 1.000.000 de părți din greutatea probei).
Conform principiului de funcționare, higrometrele sunt împărțite în:
capacitiv;
rezistiv;
termistor;
optic;
electronic.
Higrometrele capacitive, în forma lor cea mai simplă, sunt condensatoare cu aer ca dielectric în gol. Se știe că constanta dielectrică a aerului este direct legată de umiditate, iar modificările umidității dielectricului duc la modificări ale capacității condensatorului de aer.
Mai mult varianta dificila senzor capacitiv umiditatea din spațiul de aer conține un dielectric cu o constantă dielectrică care poate varia foarte mult sub influența umidității. Această abordare face calitatea senzorului mai bună decât pur și simplu cu aer între plăcile condensatorului.
A doua opțiune este potrivită pentru măsurarea conținutului de apă în solide. Obiectul studiat este plasat între plăcile unui astfel de condensator, de exemplu, obiectul poate fi o tabletă, iar condensatorul în sine este conectat la circuit oscilator iar la un generator electronic, în timp ce se măsoară frecvența naturală a circuitului rezultat, iar din frecvența măsurată se „calculează” capacitatea obținută prin introducerea probei de testare.
Fără îndoială, această metodă Are, de asemenea, unele dezavantaje, de exemplu, dacă umiditatea probei este sub 0,5%, aceasta va fi inexactă, în plus, proba măsurată trebuie curățată de particule cu constantă dielectrică ridicată, iar forma probei este, de asemenea, importantă în timpul procesul de măsurare nu trebuie să se schimbe în timpul studiului.
Al treilea tip de senzor capacitiv de umiditate este higrometrul capacitiv cu peliculă subțire. Include un substrat pe care sunt aplicați doi electrozi pieptene. În acest caz, electrozii pieptene joacă rolul plăcilor. În scopul compensării temperaturii, în senzor sunt introduși suplimentar doi senzori de temperatură.
Un astfel de senzor include doi electrozi care sunt depuși pe un substrat, iar deasupra electrozilor înșiși se află un strat de material care are o rezistență destul de scăzută, care, totuși, variază foarte mult în funcție de umiditate.
Oxidul de aluminiu poate fi un material potrivit pentru dispozitiv. Acest oxid se absoarbe bine din mediu extern apă, în timp ce rezistivitatea acesteia se modifică considerabil. Ca urmare, rezistența totală a circuitului de măsurare al unui astfel de senzor va depinde în mod semnificativ de umiditate. Astfel, nivelul de umiditate va fi indicat de cantitatea de curent care curge. Avantajul senzorilor de acest tip este prețul lor scăzut.
Un higrometru cu termistor constă dintr-o pereche de termistori identici. Apropo, să ne amintim că aceasta este o componentă electronică neliniară, a cărei rezistență depinde puternic de temperatura sa.
Unul dintre termistoarele incluse în circuit este plasat într-o cameră etanșă cu aer uscat. Iar celălalt se află într-o cameră cu orificii prin care intră aer cu umiditate caracteristică, a cărei valoare trebuie măsurată. Termistorii sunt conectați într-un circuit de punte, tensiunea este aplicată pe una dintre diagonalele punții și citirile sunt luate de pe cealaltă diagonală.
În cazul în care tensiunea la bornele de ieșire este zero, temperaturile ambelor componente sunt egale, prin urmare umiditatea este aceeași. Dacă la ieșire se obține o tensiune diferită de zero, aceasta indică prezența unei diferențe de umiditate în camere. Astfel, umiditatea este determinată din valoarea tensiunii obținute în timpul măsurătorilor.
Un cercetător fără experiență poate avea o întrebare corectă: de ce se schimbă temperatura termistorului atunci când interacționează cu aerul umed? Chestia este că, pe măsură ce umiditatea crește, apa începe să se evapore din corpul termistorului, în timp ce temperatura corpului scade, iar cu cât umiditatea este mai mare, cu atât evaporarea are loc mai intensă și cu atât termistorul se răcește mai repede.
4) Senzor optic de umiditate (condens).
Acest tip de senzor este cel mai precis. Funcționarea unui senzor optic de umiditate se bazează pe un fenomen legat de conceptul de „punct de rouă”. În momentul în care temperatura atinge punctul de rouă, fazele gazoase și lichide sunt în echilibru termodinamic.
Deci, dacă luați sticlă și o instalați într-un mediu gazos, unde temperatura în momentul cercetării este peste punctul de rouă și apoi începeți procesul de răcire a acestui pahar, atunci la o anumită valoare a temperaturii, condensul apei va începe forma pe suprafața sticlei, acești vapori de apă vor începe să se transforme în fază lichidă. Această temperatură va fi punctul de rouă.
Deci, temperatura punctului de rouă este indisolubil legată și depinde de parametri precum umiditatea și presiunea din mediu. Ca urmare, având capacitatea de a măsura presiunea și temperatura punctului de rouă, va fi ușor de determinat umiditatea. Acest principiu servește drept bază pentru funcționarea senzorilor optici de umiditate.
Cel mai simplu circuit al unui astfel de senzor constă dintr-un LED care strălucește pe suprafața oglinzii. Oglinda reflectă lumina, schimbându-și direcția și direcționând-o către fotodetector. În acest caz, oglinda poate fi încălzită sau răcită folosind un dispozitiv special de control al temperaturii de înaltă precizie. Adesea, un astfel de dispozitiv este o pompă termoelectrică. Desigur, pe oglindă este instalat un senzor pentru a măsura temperatura.
Înainte de începerea măsurătorilor, temperatura oglinzii este setată la o valoare care este evident mai mare decât temperatura punctului de rouă. În continuare, oglinda este răcită treptat. În momentul în care temperatura începe să treacă de punctul de rouă, picăturile de apă vor începe imediat să se condenseze pe suprafața oglinzii, iar fasciculul de lumină de la diodă se va rupe din cauza lor, se va disipa, iar acest lucru va duce la o scădere. în curentul din circuitul fotodetectorului. Prin feedback fotodetectorul interacționează cu regulatorul de temperatură al oglinzii.
Deci, pe baza informațiilor primite sub formă de semnale de la fotodetector, controlerul de temperatură va menține temperatura de pe suprafața oglinzii exact egală cu punctul de rouă, iar senzorul de temperatură va afișa temperatura în consecință. Astfel, la presiune și temperatură cunoscute, principalii indicatori de umiditate pot fi determinați cu precizie.
Senzorul optic de umiditate are cea mai mare precizie, de neatins de alte tipuri de senzori, plus absenta histerezisului. Dezavantajul este cel mai mare pret mare dintre toate, plus un consum mare de energie. În plus, este necesar să vă asigurați că oglinda este curată.
Principiul de funcționare al unui senzor electronic de umiditate a aerului se bazează pe modificarea concentrației de electrolit care acoperă orice material electroizolant. Există astfel de dispozitive cu incalzire automata cu referire la punctul de rouă.
Adesea, punctul de rouă este măsurat pe o soluție concentrată de clorură de litiu, care este foarte sensibilă la schimbările minime ale umidității. Pentru confort maxim, un astfel de higrometru este adesea echipat suplimentar cu un termometru. Acest dispozitiv are o precizie ridicată și o eroare redusă. Este capabil să măsoare umiditatea indiferent de temperatura ambiantă.
Popular și simplu higrometre electronice sub forma a doi electrozi care sunt pur și simplu înfipți în sol, controlând umiditatea acestuia în funcție de gradul de conductivitate în funcție de această umiditate. Astfel de senzori sunt populari printre fani, deoarece puteți configura cu ușurință udarea automată a unui pat de grădină sau a unei flori într-un ghiveci, în cazul în care nu aveți timp să udați manual sau nu este convenabil.
Înainte de a cumpăra un senzor, luați în considerare ce va trebui să măsurați, umiditatea relativă sau absolută, aerul sau solul, care este intervalul de măsurare așteptat, dacă histerezisul este important și ce precizie este necesară. Cel mai precis senzor este optic. Acordați atenție clasei de protecție IP, intervalului de temperatură de funcționare, în funcție de condițiile specifice în care va fi utilizat senzorul, dacă parametrii sunt potriviți pentru dvs.