Самодельный, стабильный датчик влажности почвы для автоматической поливальной установки
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.
- Пролог.
- Электрическая схема порогового датчика влажности почвы.
- Как это работает?
- 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.
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.
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.
- Винт М3х8.
- Гровер М3.
- Шайба М3.
- Лепесток М3.
- Втулка – сталь, Ø8х10мм.
- Винт М3х6.
- Пластина – стеклотекстолит S = 2мм.
- 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.
Выделите ошибочный текст мышкой и нажмите Ctrl + Enter
Я ведь правильно понимаю, что в открытом грунте это работать не будет? Только в горшке?
UncleSam
Прикалываетесь? Ссылка на Ваш сайт и так есть на главной.
.
Если же Вы серьёзно, то какая разница, где мерить… Главное, как мерить.
Я мерил в горшках, чтобы повысить чистоту эксперимента. Ведь на открытом грунте сложнее контролировать внешние воздействия, такие как туман, дождь, температура.
.
Сила тока, генерируемая самой почвой, по своей величине сопоставима с током, который используется в омметрах постоянного тока. Это легко проверить, если попытаться измерить сопротивление почвы разными омметрами постоянного же тока.
.
Насчёт автоматики на открытом грунте, применительно к нашим с Вами пенатам…
Если Вы уедете в отпуск и доверите полив участка автомату, то по приезду не найдёте ни только урожая, но и самой поливальной машины.
У меня просто интерес немного другой, я не ради ссылки писал.
Волею судеб, у меня есть дача, а вот ухаживать за ней на неделе некому. А там помидоры, огурцы всякие. Я не фанат, но родителей огорчать не хочется, да и грязью в лицо не спешу попадать. У меня с дачи не украдут… за неделю, по крайней мере. А вот то, что за неделю что-то засохнет, уже не первый раз навевает мысль, что надо автоматизировать процесс, жалко же.
UncleSam
С дачей ситуация двоякая. Если стоят водомеры, то конечно, поливать по таймеру во время дождя глупо, а если водомеров нет, то…
Открытый грунт, это же не вазоны. В грунт все впитается. «Перелить» грунт вряд ли получится – просто не хватит сечения трубы.
Есть полно готовых решений, от капельных систем, как в Израиле, до разбрызгивателей, как во Флориде, которые работают от напора воды. Но, если использовать разбрызгиватели, то нужно либо таймер, либо фотодатчик, чтобы не пожечь листья солнцем. Но, Вы, наверное, об этом и сами знаете.
.
Статья про реально построенный автомат выйдет на днях. К нему вместо насоса можно подключить фабричный электромеханический клапан. Только клапаны эти недешёвые, могут стоить 20… 30$. И тогда теряется смысл что-то делать самому, так как за 50… 100$ можно купить готовую систему.
Планируете микроконтроллерное управление или обойдетесь «рассыпухой» ?
Если с МК и если на PIC — могу (если надо конечно) помочь с написанием прошивки.
Gipsy
Спасибо за предложенную помощь! Может, в следующий раз соберём что-нибудь вместе, если Вас тоже заинтересует. Напишу Вам, когда буду что-нибудь подобное планировать, если не возражаете?
Поливальная машина уже построена и успешно работает. На мой взгляд, применение микропроцессора в данном устройстве нецелесообразно, так как не упростит конструкцию, а значительно её усложнит. Я уже не говорю о цене – доллары против центов.
Вся установка собрана всего на трёх логических микросхемах К561ЛЕ5 притом, что одна из них работает в схеме защиты и её нельзя заменить микропроцессором, так как тогда их бы понадобилось два.
Хотя, нужно признать, что использование микроконтроллера облегчило бы настройку таймеров и могло бы добавить интересные функции. Увидеть электрическую схему такого автомата, конечно, хотелось бы.
По цене согласен — микроконтроллер подороже будет (Хотя не так уж и много, PIC16F628A у нас около $2). Если собрать на одном контроллере устройство, которое будет отслеживать влажность не в одном а к примеру в 4 горшках одновременно и сможет подачу воды включать индивидуально — то возможно по цене выйдет как 4 отдельных устройства на рассыпухе. Но это при условии что найдется фанат, желающий независимо контролировать разные гршки
. Так что с поливалкой целесообразность использования МК действительно под большим вопросом.
Да конечно, если что-либо полезное для дома/семьи надумаете делать где нужен будет специфический алгоритм работы — пишите.
Схемы нет, но она была бы простой — микроконтроллер, к нему штыри датчика (компаратор у контроллера уже есть внутри, возможно регулировку опорного напряжения пришлось бы добавить резистором) — от него выход на ключ управления релюхой + кнопка синхронизации времени полива. Ну а дальше развивать можно по желанию — часы/таймер с индикацией на ЛСД экране и т.д.
По-хорошему, нужно мерить влажность в каждом горшке и поливать так же, но выйдет очень сложно и дорого из-за стоимости исполнительных механизмов.
Даже для одного горшка выйдет недёшево. Поначалу всегда кажется, что всё просто и понятно, а как начнёшь делать…
Я бы и за эту конструкцию не взялся, если бы знал, во что это выльется, не в плане денег конечно, а времени. Казалось всё просто, пока не начал рисовать окончательные эскизы.
Gipsy
У меня давний замысел решения подобной проблемы: уезжаешь в село-проблема с комнатными растениями, приезжаешь в город-засохло село. Без процессорного управления не обойтись это однозначно, а если учитывать, что горшков и горшочков десятки, то задача усложняется. У меня проблема с программированием. Сам я этого делать не могу. Пытаюсь обучить этому своего друга школьного возраста, но на это уйдет немало времени. Может давайте попробуем объединить усилия?
Василий, не вопрос, с програмой помогу, самому интересно, да никак руки не доходят.
Что я могу сделать програмно:
- опрос датчика влажности (можно и нескольких)
- управление исполняющими устройствами
- включение насов в заданом диапазоне времени.
- возможно что-то еще придумаем по ходу эксплуатации.
Здесь больше вопросов возникает к аналоговой части, если вы готовы тестировать (скажу сразу- у меня особо времени нет на «полевые» тесты) то можем начинать. Надо только уточнить ТЗ — что хотим от устройства (сколько входов/выходов и т.д.).
Чтоб не засорять сайт — мыльте на blackblick(собака)yandex.ru или в асю 157833548
Василий, Gips
Давайте создадим тему в форуме и там обсудим конструкцию.
Я с самого начала понимал, что по-хорошему нужно отслеживать влажность в каждом горшке и соответственно поливать индивидуально. Но, мне не удалось найти бюджетного, а главное изящного решения. Установить в рад 10-15 насосов, конечно можно, но, ИМХО, это несерьезно. Вот если бы один насос, а к нему найти какой-нибудь мологабаритный фабричный блок электромеханических клапанов… Тогда в самый раз было бы замутить микропроцессорное управление всем этим хозяйством. Тех. задание для программиста могу написать.
Василий в письме уже предложил техническое задание для более совершенной установки. Я создал тему в форуме, где его можно будет обсудить.
Здравствуйте!
Интересная тема не тольков плане полива горшечных растений.
Есть такое направление в производстве удобрений из отходов, например органического происхождения. Называется, вероятно, знаете — вермикомпостирование.
Так вот качество произведенного удобрения напрямую зависит от параметров поддерживаемых в вермикомпостерах, как малогабаритных так и промышленных.
Параметры — температура, влажность, кислотность. Ну, кислотность исходного субстрата-органических отходов, можно померить и цветными полосками. А вот температуру и влажность надо постоянного держать в строго определенных границах. Есть предложение доработать Вашу установку с возможностью регулирования температуры, и все это реализовать потом с применением микроконтроллера. Может быть Gipsy, попробует написать такую программу….
Испытания могу провести в реальных условиях на опытном образце установки по производству вермикомпоста (другое название — биогумус)…
Юрий, для промышленных целей можно применить готовые системы. Есть хорошие датчики влажности и терморегуляторы. Ничего изобретать не нужно. Правда, обойтись это может долларов в триста или около того. Но, ведь разработка и постройка такого устройства с ноля займёт много времени и в денежном эквиваленте, скорее всего, превзойдёт эту сумму. Одно дело, когда это делается из любви к искусству, а другое, когда решается производственная задача и нужно считать деньги. Все имхо, конечно.
Привет!
На схеме отсуствуют диоды VD1, VD2 (КД510А).
Спасибо Виталий за найденную ошибку! Исправил.
Adminu.
Промышленные датчики для измерения влажности почвы (ибо материал несколько ее напоминает), к сожалению, существуют всего в количестве пары экземпляров, один из них, фирмы Acclima. А вот цена комплекта, датчик, контроллер, существенно \"перемахивает\" за 1 тыс долларов. Поэтому и задавался вопрос. Создающаяся система автоматизированных вермикомпостеров, это не \"шедевр\" больших технологических линий (хотя решение и запатентовано). Планируется выпускать модули, начиная от одиночного фермера…..длиной от 3-х метров. И если сам модуль будет стоить то 500 — 700 лолларов, то датчики с контроллером за тысячу, это уж слишком. Ваше решение датчика может вполне сгодится, а добавив датчик темперутуры почвы, плюс применив микроконтроллер на Pic или какой-либо другой можно было бы создать достаточно дешевый комплект….., тем более, что электромагнитные клапана для теплиц, стоят мало…
С уважением
Юрий Владимирович
Юрию.
Доброго времени суток. Для более предметного разговора на счет применения микроконтроллеров и т.д. желательно было бы посмотреть т.з. с конкретизированными требованиями. С датчиками температуры мы уже работали, можно пробовать и с «влагосигнализаторами». А техзадание посмотреть хотелось бы.
Игорю…
Давайте ваш e-mail — вышлю или на мой ecorosteh(dog)gmail.com
Пожалуйста, уточните номиналы элементов R1=22 Ом? R6=1 Oм? R7=5,1 Ом? R8=22 МОма???
Спасибо, тезка, за замеченные недочёты! Прописал номиналы более подробно.
Спасибо! Значит R1=22 Мом?
И еще один вопрос, немного не по теме, Вам не приходилось разрабатывать импульсное устройство для борьбы с подземными вредителями. например медведка или с личинкой майского жука (хрущем)? Уж очень достали….
Нет, Юрий, не приходилось. Я даже не знал, что такие устройства существуют, если речь идёт о генераторе электрических импульсов. Видел ультразвуковые генераторы от кротов, которые втыкают в землю, но говорят, что кроты к ним уже успели привыкнуть.
Данная конструкция датчика повторена. Работоспособна. Изменены мной временные цепи таймера и генератора в меньшую сторону. Спасибо автору за удачную разработку.
Очень заинтересовал датчик!
Спасибо огромное, что поделились столь ценной информацией.
Поясните пожалуйста по принципу работы датчика. Управляющий импульс на выходе возникает в момент, когда земля высохла или, наоборот, когда влажная?
Евгений, я не понял, о каком выходе идёт речь. Если о выходе DD1.2, то там будет наблюдаться периодическая последовательность импульсов. Частота следования импульсов будет определяться постоянной времени цепи C1, R1.
Если же речь идёт о выходе DD1.4, то там импульс управления появится после того, как влажность почвы уменьшится до уровня, определяемого положением движка резистора R3.
В настоящее время, работа поливальной машины тестируется уже во второй раз в связи с длительным отъездом. Запущен автомат был 11 ноября. В настоящее время, прошло уже два с половиной месяца. Друзья, которые периодически заходят в квартиру, сообщили, что пока полёт нормальный.
Спасибо за ответ.
Просто пытаюсь повторить вашу конструкцию на макетной плате, но пока не получается постичь его работу (если, конечно, я схему правильно собрал).
Проблема в том, что образование у меня не по электронике.
Детали использовал указанных вами номиналов. Все резисторы взял на 0,125Вт, все конденсаторы на 16В (С1-С4 — пленочные неполярные, С5 — электролитический полярный). Это критично? Возможно проблема в характеристиках деталей?
В конечном итоге пытаюсь получить дискретный датчик, управляющий клапаном.
И еще возможно важно: нержавеющей проволоки не нашлось под рукой, поэтому электроды сделал из алюминиевой проволоки. диаметр примерно 2.5 мм.
Евгений, очень трудно что-то советовать, обладая минимум информации. Пришлите мне пару фотографий макета на почту (E-mail в Контакте). А ещё лучше, создайте тему в форуме и будем вместе решать ваши проблемы. Там есть форма прямой вставки изображений.
Если R7 больше нескольких мегаом, то конденсатор С5 лучше выбрать танталовый. Но, можно увеличить емкость C5 и соответственно уменьшить величину сопротивления R7. Про постоянную времени писал.
Если Вы хотите построить простенький автомат, то лучше использовать схему автомата, а не датчика, которая описана здесь.
Евгений, алюминиевая проволока не годится.
Спасибо еще раз. Алюминиевую проволоку заменил на нержавейку диаметром 1,5 мм. Результат прежний. Я создал тему на форуме, как вы и советовали.
Обратите внимание, если будет возможность!
Спасибо за статью.
Возможно ли использовать в схеме (https://oldoctober.com/pics/diy/watering/26.png) микросхемы с буферными элементами на входах и выходах (CD4001B). Как-то при этом модифицировать схему?…
andrew, а что без модификации не работает? Вроде, они должны выполнять свои функции. Но, признаюсь, всякие новые КФ561 и прочие не испытывал.
Еще на пробовал.
Сомнения возникли из за того, что такие микросхемы (с буквой B) плохо работают с медленно меняющимися входными сигналами (дребезг или что-то еще).
Я не специалист в электронике…
После испытаний напишу что получилось. Может кому-то пригодится.
Возможно у вас опечатка вместо R8 = 22mΩ, может быть 2,2mΩ, уточните пожалуста. Спасибо.
Сергей, это резистор, задающий гистерезис, поэтому его номинал так велик (22 мегаома).
Подскажите, как максимальная мощность насоса предусмотрена в вашей схеме. Мне необходима не менее 1,5кВт для установки насоса в теплицу. Какое изменение необходимо сделать в схеме? Я не АС, я только учусь.
Игорь, в статье выше схема датчика влажности. Поливальная машина описана здесь.
Двигатели такой мощности подключают с помощью пуско-регулирующих устройств (пускателей). Гальванически развязать пускатель и схему блока управления поливальной установкой можно с помощью электромагнитного реле, которое можно включить вместо двигателя насоса.
Заданный вами вопрос свидетельствует о недостаточной подготовке для осуществления подобных проектов. Подключение двигателей к электро сети требует знания техники безопасности, а по-хорошему и допуска. Нарушение правил техники безопасности опасно для жизни!
Может быть, Игорь имеет в виду готовый погружной центробежный насос, подключаемый напрямую к сети 220. Там никакого пускателя дополнительно не нужно, подключать через реле (желательно разрывать и фазовый, и нулевой провод) или усилитель на симисторе (можно взять симистор из диммера для ламп накаливания достаточной мощности). Крайне желательно поставить предохранитель, на случай сгорания насоса и пригорания контактов реле (пробоя симистора)
Собрал (хотя и не с первого раза).Все работает. Добавил транзистор на выходе для усиления сигнала до реле и светодиоды для наглядности работы.
Вопрос только по конденсатору который на выходе- если ставить полярный в какую сторону + в сторону R9 или R7 (я поставил в сторону R9).
Спасибо!
Руслан, да плюс в сторону R9, так как конденсатор заряжается положительным импульсом на выходе D1.4. Это импульс и управляет исполнительным устройством.
Что то, как то не понятно с питанием микросхемы! Тобиш ножка 14
Александр, 14 нога к плюсу, 7 нога к общему.
Можно ли проверить работу датчика замыканием электродов?
Александр, конечно можно.
Ну вообще наглый вопрос с моей стороны — Печатки случаем не заблудилось?
Александр, если речь о печатных платах, то я эту схему собирал только на макете. Окончательный вариант изделия описан здесь>>>
Приветствую изобретателя этого устройства. У меня к Вам небольшой вопрос по поводу номиналов резисторов я не пойму немного что за резистор R1 = 22m(это мегаом или ом?) и еще
R6 = 1mΩ
R7 = 5,1mΩ
R8 = 22mΩ
Это все в мегаомах?
Заранее спасибо за ответ.
Привет Антон!
Да, буквой m или M обозначаются мегаомы, k — килоомы, R, E — Омы. Встречаются также обозначения мегаомов вот в таком формате: 2,0 — два мегаома.
Спасибо за столь быстрый ответ. Хочу собрать по этой схеме и вопросик по ней. Стабильно работает она?
Просто Появилась такая необходимость автоматизировать полив т.к. редко дома бываем а цветочки жалко.
Спасибо!
Да забыл разве такие большие сопротивления бывают 22М просто если честно не приходилось с такими огромными номиналами сопротивлениями работать.
Антон, это только датчик. Ссылка на поливальный автомат есть в «Близких темах» к статье. Там я описал неудачную настройка установки при отъезде на насколько недель. Второй раз я отнёсся к настройке более серьёзно и установка проработала в автономном режиме несколько месяцев.
22 мегаома, это не очень высокое сопротивление. Например в высоковольтных делителях применяют резистора на единицы и десятки гигаом. Но, чтобы утечки, связанные с повышенной влажностью или нарушением технологии изготовления ПП, не оказали воздействие на работу схему, не следует использовать резисторы сопротивлением более 20-30 мегаом.
Из-за превышения максимально-допустимого числа постов, обсуждение перенесено в форум >>>