Датчик влажности со звуковой индикацией. 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.

Одним из зимних вечеров гулял по просторам интернета в поисках схемы датчика влажности почвы, увидел эту схему и она мне приглянулась из за её простоты.

Немного её переделал и вот что получилось

Развел дорожки в " ", вытравил плату, впаял детали и подключил питание. Попробовал дотронуться до контактов Д1 Д2, реле щелкнуло, покрутив переменник убедился что чувствительность меняется. Вроде бы все и надо успокоиться, но я вспомнил, что когда то я разбирал видеомагнитофон и нашел там два как я тогда подумал сопротивления (я не ошибся). Откопав эти сопротивления в куче радиодеталей попробовал одно из них подключить и посмотреть что получится. Вращая переменник добился, чтобы схема реагировала на пар исходящий из рта. Дышишь на датчик и реле срабатывает, таким образом получился датчик влажности воздуха.

Схема очень простая с доступными деталями (кроме сопротивления влажности из видеомагнитофона) . Применить устройство можно для включения вентиляции в ванной комнате, открытия форточки в теплице или парнике а если заменить сопротивление двумя электродами то можно включать автоматически полив растений.

При сборке используются следующие детали:

Переменный резистор 100 кОм тип R3296; Конденсаторы 0,022 мкФ керамика или пленочный, 220 мкФ х 16В электролит, 470мкФ х 25В электролит; Сопротивление 10 кОм 0,125Вт; Транзистор КТ315 с любым буквенным индексом или любой его аналог например BC847 ; Диод 1N4007 или любой другой аналогичный диод; Стабилизатор напряжения LM7809 (9B) или любой другой аналогичный; Реле LEG-12 или любое другое на 12В и тем-же расположением выводов; Микросхема К176ЛА7 или К561ЛА7 или CD4011 или любой её аналог, разница между микросхемами в напряжении питания;

При использовании микросхем К561ЛА7 и CD4011 вместо LM7809 нужно установить перемычку и реле 12В.

Если будет использоваться микросхема К176ЛА7, то вместо перемычки (видно на фото перемычка красного цвета между электролитами) надо впаять стабилизатор по схеме, так как питание этой микросхемы максимум 9В. Так же надо вместо реле 12В установить реле на 9В.

Вот что получилось у меня

Настройка схемы производится вращением переменного сопротивления R1 100 кОм.

Список радиоэлементов

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.

Вода может стать источником большой беды, если вовремя не узнать о ее появлении там, где ее не ждут и где она нежеланна, особенно в больших количествах.

Помочь человеку в подобных случаях и избежать многих неприятностей может индивидуальный сигнализатор появления влаги, который можно выполнить очень компактным. Схема сигнализатора показана на рис.1.

На германиевых транзисторах VT1, VT2, резисторах R1, R2, конденсаторе С1 и головке громкоговорителя собран тональный генератор, который при исправных деталях начинает звучать сразу, как только на него будет подано напряжение питания. Питание на генератор подается через ключевой каскад на кремниевых транзисторах VT3, VT4, резисторах R3...R5 и датчике появления влаги. Многие жидкости обладают электропроводностью и, следовательно, сопротивлением электрическому току. Так, водопроводная вода имеет омическое сопротивление в несколько килом.

Следовательно, попадание влаги на датчик эквивалентно появлению между базой транзистора VT3 и "минусом" цепи питания некоторого сопротивления, которое делает электрический потенциал базы транзистора VT3 отрицательным по отношению к эмиттеру этого транзистора. Такое включение для транзистора VT3 является открывающим, и через него начинает течь ток, который в свою очередь приводит к открыванию транзистора VT4. Оба транзистора, открывшись, входят в режим насыщения, электронный ключ замыкается, и через него на тональный генератор подается питание. Начинает звучать головка громкоговорителя (0,5 ГДШ-2), тональность и громкость звука которой способны разбудить даже крепко спящего человека. В дежурном (ждущем) режиме сигнализатор потребляет ток значительно меньше 1 мкА. В режиме сигнализации (при попадании воды на датчик) прибор потребляет ток не более 80 мА. Так как прибор очень экономичен в дежурном режиме, то в наиболее ответственных случаях установка в него выключателя питания даже нежелательна.

Чтобы убедиться, что сигнализатор включен и работоспособен, достаточно замкнуть пластины его датчика влажными пальцами руки или чем-то металлическим. В случае исправности он тут же подаст "голос".

Область применения сигнализатора появления влаги не ограничена охранными функциями. Он может следить за

наполнением жидкостью каких-либо емкостей, или его можно использовать в качестве электронной "няни". В последнем случае датчик (датчики) подкладывают под пеленки. Как только пеленки намокнут "няня" тут же об этом просигнализирует. Для приведения электронной "няни" в дежурное положение достаточно протереть датчик какой-либо салфеткой или ветошью.

В качестве VT1 можно использовать МП11А (МП35 ...МП38), а в качестве VT2 -МП39 (МП16...МП42Б), т.е. любые низкочастотные маломощные германиевые транзисторы соответствующей проводимости. В качестве VT3 применен КТ203, в качестве VT4 - КТ814. Радиатор для VT4 не нужен. В качестве головки громкоговорителя подойдут любые мощностью 0,25...2 Вт с номинальным электрическим сопротивлением 8 Ом. Монтаж прибора может быть как навесным, так и с использованием печатной платы, размеры и конфигурация которой зависят от размеров примененных деталей и корпуса прибора.

В качестве датчика прибора можно использовать пластину одностороннего фольгированного материала, на которой вытравлены контактные полоски (рис. 2). Можно вырезать полоски датчика из медной фольги и наклеить их на резину, кожу и т.п. Полоски следует залудить припоем. Некоторые из авторов советуют этого не делать, так как внешний вид от этого становится кустарным. Но если залуживать хорошо прогретым, зачищенным и облуженным жалом мощного паяльника хорошо зачищенные и натертые канифолью печатные проводники, используя малые количества припоя (это своеобразное "ноу-хау"), то качество покрытия получается отличным. Вместе с этим устраняются дефекты печатных проводников из-за микротрещин, и повышается срок службы печатных плат, особенно тех, которые из-за применения нельзя покрывать защитным лаком.

Чем меньше будет расстояние между полосками датчика, тем выше вероятность того, что сигнализатор сработает даже от попадания на датчик нескольких капель дождя. Длина проводников, соединяющих датчик с прибором, может быть от нескольких десятков сантиметров до нескольких сотен метров.

С.Н. Коваленко, г. Запорожье

Аварии с домашним водопроводом часто происходят не внезапно. Сначала начнет подтекать, потом капать, а потом может и прорвать. А еще могут и соседи сверху начать заливать. И лучше узнать об этом пораньше, а не когда тебя разбудит дождь с потолка. Для собственного спокойствия решил я подстраховаться и сделать звуковой сигнализатор влажности. Теперь такая игрушка стоит у меня у каждой батареи, под каждой раковиной и других водоопасных местах. Этот бдительный страж предупредит об опасности воем милицейской сирены. Так же приборчик можно использовать для сигнализации о завышенной влажности в помещении, или образовании конденсата.

Технические характеристики:
Напряжение питания - 12 вольт.
Ток потребления в покое - нет.
Ток потребления в режиме работы - 20 мА.

Детали:
D1- К561ЛА7- 1 шт. Аналог- CD4011A.
T1, T2- КП505- 2 шт. Любой n-канальный МОП транзистор с напряжением затвора не выше 3 вольт.
С1- 0,1 мкф. Керамика.
С2, С3- 22 нф. Керамика.
R2- 1 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R4- 3,3 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R6- 47 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R1- 68 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R3- 100 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
R5- 220 ком- 1 шт. Резистор 0125W.
ЗП-18- 1 шт. Любой пьезокерамический излучатель.
S1- Любой выключатель.
Bat 12 V- Пальчиковая батарейка от брелка сигнализации.

Описание работы:
При повышении влажности сопротивление датчика уменьшается, открывается транзистор Т2. Включаются оба генератора микросхемы D1. Генератор на элементах D1-3 и D1-4 работает на частоте, примерно 1 герц, генератор на элементах D1-1 и D1-2 на частоте вашего излучателя (нужно подстроить для максимальной громкости, в моем случае порядка трех килогерц). Транзистор Т1 с частотой 1 герц подключает и отключает емкость С3 подключенную параллельно емкости С2, из-за этого меняется тональность второго генератора и получается имитация звука сирены.

Настройка:
При правильной сборке устройство в настройке не нуждается.
Для снижения чувствительности прибора нужно уменьшить резистор R5, для повышения чувствительности увеличить.
При данных элементах сигнализатор срабатывает от касания рукой.
Для увеличения громкости можно подобрать частоту с помощью С2 и С3 под ваш резонатор.
В роли датчика влажности можно использовать любые два проводника расположенные близко друг к другу. Я нарезал на фольгированном текстолите несколько рядом лежащих дорожек.

Деталей и соединений не много, потэому печатную плату решил не делать.
По цене трудно что-то сказать, все детали были под рукой. Самый дорогой элемент это батарейка - 30 рублей.