Датчик влажности почвы для Ардуино
Содержание
Модуль измерения влажности почвы — устройство для определения уровня влажности окружающей его земли. В бытовой сфере такой датчик позволит вовремя узнать об избыточном поливе или, наоборот, недостаточном. Пригодится он для ухода за садовыми и домашними растениями, в ряде ситуаций может предупредить, например, о протечке. Благодаря простоте и доступности платформа Arduino обеспечивает удобную программно-аппаратную базу для создания такого приспособления и снабжения его различными функциями: датчик влажности почвы Ардуино может оповещать владельца, инициировать автоматический полив и прочие действия.
Обзор датчиков
Сенсор влажности почвы, он же гигрометр, определяет влажность земли, для чего чувствительный элемент необходимо погружать в нее. Принцип действия основан на измерении сопротивления: если почва высохшая, сопротивление будет выше, а ток меньше. Когда же она увлажняется, сопротивление падает, ток увеличивается. Мониторя генерируемый на выходе аналоговый сигнал, управляющая схема датчика делает вывод об уровне влажности и выполняет действия согласно заложенной логике.
Мониторинг влажности пригодится и дома, чтобы вовремя полить цветы и не дать им погибнуть, и в приусадебном хозяйстве, и в любых исследовательских проектах, где необходимо отслеживать этот параметр. Для Ардуино существуют различные разновидности таких сенсоров, но все они работают по одному и тому же принципу.
Интересно: платформа позволяет с нуля создать собственную прошивку контроллера. Этому способствует обширный и хорошо документированный инструментарий разработчика.
Устройство состоит из трех компонентов:
- погружной щуп с электродами;
- комплект проводов;
- управляющий блок.
Щуп соединяется с платой, а последняя подключается непосредственно к мини контроллеру Arduino. Все подобные модули имеют три или четыре выхода:
- S — сигнальный (цифровой/аналоговый);
- VCC — питание;
- GND — заземление.
Для работы системы (например, вывода индикации, отправки оповещения или запуска полива) в Ардуино должен быть загружен соответствующий сценарий. Его можно написать самостоятельно или воспользоваться одним из представленных в интернете скетчей, доработав его при необходимости.
Датчик может подключаться и к аналоговому, и цифровому входу платы Ардуино.
Схема подключения
Принцип соединения гигрометра с Arduino общий для всех видов сенсоров.
- Выход VCC подключается к Arduino на 5В-контакт.
- GND соединяется с соответствующим контактом Ардуино.
- Сигнальный выход — с сигнальным входом (аналоговым или цифровым, в зависимости от ситуации).
Возможности платы Ардуино позволяют реализовать различные способы считывания. Можно, например, выводить показатели на небольшой LCD-дисплей, включать или выключать диоды, инициировать отправку иных сигналов или запуск автоматической «поливалки». Все зависит от желания владельца и заложенных в программу контроллера директив.
Примеры подключения
Рассмотрим работу moisture-датчика на примере модели FC-28. Он умеет:
- измерять объемный уровень воды в почве, показывая значение влажности;
- выдавать цифровой и аналоговый контрольный сигнал.
- напряжение на входе — 3.3–5 В;
- напряжение сенсора на выходе — 0–4.2 В;
- тип выдаваемого сигнала — цифровой, аналоговый;
- значение тока на входе 35 мА.
FC-28 оснащен четырьмя контактами:
- питание — пин VCC;
- контакт GND — заземление;
- A0 — вывод аналогового сигнала;
- D0 — вывод цифрового.
Комплектный модуль управления несет на себе потенциометр. С его помощью устанавливается пороговое значение показаний, о превышении которых (или падении ниже) сообщит устройство.
Аналоговый режим работы
В этом режиме используется аналоговый вывод. Рассматриваемый Arduino датчик влажности почвы работает со входными значениями в диапазоне 0–1023.
Влажность измеряется в процентах, поэтому в ПО сообщаемые значения будут сопоставлены цифрам 0–100.
Далее следует запрограммировать аналоговый вывод. Пример программы:
Цифровой режим
Для этого цифровой пин датчика подключается к соответствующему контакту платы Arduino.
На управляющем модуле имеется устанавливающий пороговое значение встроенный потенциометр. Данное значение сравнивается с идущими от гигрометра значениями, и контроллер выдает финальные параметры через цифровой выход.
Если «порог» превышен, цифровой контакт передаст 5В, включая светодиод. Если оно меньше, диод не загорится. На примере ниже — образец такой системы, собранной с помощью макетной платы и простых диодов.
Схема подключения в данном случае почти идентична аналоговой, но:
- D0 будет соединен с 12 пином компьютера;
- «плюс» светодиода — с 13 выводом;
- «минус» — с контактом GND контроллера Arduino.
Соединение с дисплеем:
Программный код цифрового режима гигрометра c комментариями:
Можно реализовать и другие схемы, например, со включением соединенного с системой насоса.
Недостатки
Основная проблема таких датчиков — их недолговечность. Чувствительные элементы погружаются в почву, на них подается электричество, и это приводит к постепенному окислению и выходу из строя: окислы быстро уничтожают металл. Щуп начинает выдавать неверные показания, а со временем перестает работать совсем.
Часть производителей устраняет этот недостаток путем нанесения на контактные поверхности щупа покрытия из иммерсионного золота и других материалов. Но модули с таким напылением стоят дороже.
Существует и программный способ защиты — подавать напряжение не постоянно, а только время от времени, измеряя влажность через определенные интервалы. Это способно серьезно продлить «жизнь» гигрометра. Некоторые энтузиасты реализуют проекты альтернативных стандартным датчикам — например, на графитовых стержнях.
Заключение
Датчик уровня влажности на Arduino — доступный и удобный способ организовать мониторинг почвы домашней растительности или состояния земли на даче, в саду или огороде. Такая система поможет владельцу всегда знать, нуждаются ли растения в поливе, и не дать им погибнуть от высыхания, пригодна она и для других задач с использованием измерения влажности. А предлагаемые платформой возможности автоматизации позволяют создавать собственные сценарии и проектировать полностью автоматические системы.
Неустойчивость к коррозии оправдывается дешевизной устройства и легкостью замены элементов.
Источник: