Калибровка датчика влажности почвы: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

На рынке есть много измерителей влажности почвы, которые помогут садовнику решить, когда поливать растения. К сожалению, взять горсть почвы и проверить ее цвет и текстуру так же надежно, как и многие из этих устройств! Некоторые датчики даже регистрируют «сухость» при погружении в дистиллированную воду. Недорогие самодельные датчики влажности почвы легко доступны в таких местах, как Ebay или Amazon. Хотя они будут подавать сигнал в зависимости от влажности почвы, связать выходной сигнал датчика с потребностями урожая сложнее. При принятии решения о поливе растений важно то, насколько легко растению извлекать воду из питательной среды. Большинство датчиков влажности измеряют количество воды в почве, а не то, доступна ли вода для растений. Тензиометр - это обычный способ измерить, насколько хорошо вода связана с почвой. Этот прибор измеряет давление, необходимое для удаления воды из среды выращивания. Обычно при полевых работах используются миллибар и кПа. Для сравнения, атмосферное давление составляет около 1000 миллибар или 100 кПа. В зависимости от сорта растений и типа почвы, растения могут начать увядать, когда давление превысит 100 миллибар. В этой инструкции описывается способ калибровки более дешевого и доступного датчика влажности с помощью тензиометра, сделанного своими руками. Хотя это можно сделать вручную, отобразив результаты на бумаге, используется простой регистратор данных, а результаты публикуются на ThingSpeak. Этот метод можно использовать для простой калибровки датчика влажности почвы по эталону тензиометра, чтобы садовник мог принимать обоснованные решения о том, когда поливать, экономить воду и выращивать здоровые культуры.

Запасы:

Детали для этого руководства легко найти с помощью поиска на таких сайтах, как Amazon или Ebay. Самый дорогой компонент - датчик давления MPX5010DP, доступный менее чем за 10 долларов. В этом руководстве используются следующие компоненты: емкостный датчик влажности почвы v1.2ESP32, керамический зонд, датчик давления NXP MPX5010DP или MPX5100DP, резиновые пробки, прозрачная пластиковая трубка с наружным диаметром 6 мм, 2 резистора 100 кОм, 1 резистор 1 м, соединительные провода, горшок для растений с компостом, кипяченая вода, соединение для прошивки, подключение к Интернету, Arduino ID 32

Шаг 1: тензиометр

Тензиометр почвы представляет собой заполненную водой трубку с пористой керамической чашкой на одном конце и манометром на другом. Керамический конец чашки закапывают в почву, так что чашка находится в тесном контакте с почвой. В зависимости от влажности почвы вода будет выходить из тензиометра и уменьшать внутреннее давление в трубке. Снижение давления является прямым показателем сродства почвы к воде и показателем того, насколько трудно растениям извлекать воду.

Тензиометры созданы для профессиональных производителей, но, как правило, дороги. Tropf-Blumat производит автоматические поливочные устройства для любительского рынка, в которых для контроля полива используется керамический зонд. Зонд одного из этих устройств может быть использован для изготовления тензиометра стоимостью всего несколько долларов.

Первая задача - отделить пластиковую диафрагму от зеленой головки зонда. Он отлично вписывается в зеленую головку, разумная резка и обрезка разделят две части. После разделения просверлите отверстие диаметром 1 мм в трубопроводе диафрагмы. Пластиковая труба подсоединяется к трубопроводу в верхней части диафрагмы для измерения давления. Нагрейте конец трубки в кипящей воде, чтобы размягчить пластик и облегчить установку. В качестве альтернативы вместо вторичной переработки диафрагмы можно использовать обычную резиновую пробку с отверстиями. Давление в зонде можно измерить напрямую, измерив высоту водяного столба, поддерживаемого U-образной трубкой. Каждый дюйм поддерживаемой воды эквивалентен 2,5 мбар давления.

Перед использованием керамический зонд необходимо замочить в воде на несколько часов, чтобы керамика полностью смочилась. Затем зонд заполняется водой и устанавливается пробка. Лучше всего использовать кипяченую воду, чтобы предотвратить образование пузырьков воздуха внутри зонда. Затем зонд плотно вставляют во влажный компост и оставляют для стабилизации перед измерением давления.

Давление тензиометра также можно измерить с помощью электронного манометра, такого как MPX5010DP. Соотношение между давлением и выходным напряжением манометра можно найти в листе технических данных датчика. В качестве альтернативы датчик может быть откалиброван непосредственно с помощью U-образного манометра, заполненного водой.

Шаг 2: емкостный датчик влажности почвы

Емкостной датчик влажности почвы, откалиброванный в этой инструкции, был версией 1.2, легко и дешево доступный в Интернете. Этот тип датчика был выбран из тех, которые измеряют сопротивление почвы, поскольку датчики могут подвергаться коррозии и на них влияют удобрения. Емкостные датчики работают, измеряя, насколько содержание воды изменяет конденсатор в зонде, который, в свою очередь, обеспечивает выходное напряжение зонда.

Между сигнальным и заземляющим контактами датчика должен быть резистор 1M. Хотя резистор установлен на плате, иногда заземление отсутствует. Симптомы включают медленную реакцию на изменение условий. Есть несколько способов обхода, если это соединение отсутствует. Специалисты в области пайки могут подключить резистор к земле на плате. В качестве альтернативы можно использовать внешний резистор 1 МОм. Поскольку резистор разряжает конденсатор на выходе, это может быть достигнуто программно путем кратковременного замыкания выходного контакта на землю перед измерением датчика.

Шаг 3: Регистрация данных

Тензиометр и емкостный зонд прочно помещают вместе в горшок с растением, содержащий влажный торфяной компост. Необходимо несколько часов для того, чтобы система установилась и давала стабильные показания датчиков. В этом руководстве использовалась отладочная плата ESP32 для измерения выходных сигналов датчиков и публикации результатов в ThingSpeak. Печатная плата широко доступна у дешевых китайских поставщиков, и некоторые из выводов могут использоваться для аналоговых измерений напряжения. Поскольку датчик давления выдает сигнал 5 В, это напряжение уменьшается вдвое двумя резисторами 100 кОм, чтобы не повредить 3.3V ESP32. Другие типы датчиков могут быть подключены к ESP32 при условии, что выходной сигнал совместим. Наконец, горшок с растением может высохнуть естественным путем, и показания датчика отправляются каждые 10 минут в ThingSpeak. Поскольку ESP32 имеет запасные контакты GPIO, можно добавить другие датчики, такие как температура и влажность, для получения дополнительной информации об окружающей среде.

Шаг 4: Программа ESP32

Вам нужно будет создать собственную учетную запись ThingSpeak, если у вас ее еще нет.

Эскиз Arduino IDE для измерения выходных сигналов датчиков и публикации их в ThingSpeak показан ниже. Это очень простая программа без перехвата ошибок или отчетов о прогрессе на последовательный порт, вы можете приукрасить ее в соответствии с вашими потребностями. Кроме того, вам необходимо вставить свой собственный ssid, пароль и ключ API перед прошивкой на ESP32.

Как только датчики подключены и ESP32 запитан от USB-источника питания, показания отправляются в ThingSpeak каждые 10 минут. В программе можно установить разное время чтения.

ЭСКИЗ ДАТАЛОГА

# включить клиент WiFiClient;

void setup () {

WiFi.mode (WIFI_STA); connectWiFi (); } void loop () {если (WiFi.status ()! = WL_CONNECTED) {connectWiFi (); } client.connect ("api.thingspeak.com", 80); давление поплавка = analogRead (34); float cap = analogRead (35); давление = давление * 0,038; // Изменить на задержку в миллибарах (1000);

Строка url = "/ update? Api_key ="; // Строим строку для публикации

url + = "Ваш ключ API"; url + = "& field1 ="; url + = String (давление); url + = "& field2 ="; url + = Строка (шапка); client.print (String ("GET") + url + "HTTP / 1.1 / r / n" + "Host:" + "api.thingspeak.com" + "\ r / n" + "Connection: close / r / п / г / п "); задержка (600000); // Повторяется каждые 10 минут}

void connectWiFi () {

while (WiFi.status ()! = WL_CONNECTED) {WiFi.begin ("ssid", "пароль"); задержка (2500); }}

Шаг 5: Результаты и выводы

Графики ThingSpeak показывают, что показания датчика увеличиваются по мере высыхания торфа. При выращивании растений, таких как помидоры, в торфе, показание тензиометра 60 миллибар является оптимальным временем для полива растений. Диаграмма рассеяния говорит о том, что вместо использования тензиометра можно использовать гораздо более надежный и дешевый емкостный датчик, если мы начнем полив, когда показание датчика достигнет 1900.

Таким образом, в этом руководстве показано, как найти точку срабатывания орошения для дешевого датчика влажности почвы путем его калибровки по эталонному тензиометру. Полив растений при правильном уровне влажности даст гораздо более здоровый урожай и сэкономит воду.