Подключение датчика влажности почвы к ардуино

Таблица растворных узлов

Технологии выращивания растений в промышленных и фермерских теплицах	Растворные узлы (миксеры) для полива
Осуществляется гарантийное, послегарантийное и сервисное обслуживание тепличного оборудования для полива и орошения.
Капельный полив	Растворный узел для капельного полива обеспечивает автоматизированное приготовление питательного раствора, планирование и проведение капельного орошения на малообъемном субстрате в тепличном производстве. Данное устройство позволяет организовать индивидуальную подачу питательного раствора для отдельных фрагментов теплицы по времени полива или по расходу раствора. С помощью набора программ можно оптимально планировать полив в течение суток, в том числе и в зависимости от интенсивности солнечной радиации.	.	Прочитатьподробнее
Салатная линия	Растворный узел для салатных линий обеспечивает автоматическое приготовление питательного раствора, программируемую по времени подачу раствора к стеллажам с растениями, сбора и вторичного использования дренажного раствора в гидропонных установках. Данное устройство позволяет в течении дня программировать параметры питательного раствора и позволяет планировать интенсивность полива в течении суток.		Прочитатьподробнее
Рассадный комплекс	Растворный узел для рассадных комплексов обеспечивает качественное приготовление питательного раствора, планирование и проведение полива подтоплением «прилив — отлив» на гидропонных установках. Возвратный раствор может быть использован в процессе приготовления растворов для следующих поливов. Данное устройство позволяет организовать индивидуальную подачу питательного раствора для отдельных фрагментов гидропонного комплекса с контролем времени полива и расхода раствора.		Прочитатьподробнее
Фермерская теплица	Уже несколько лет в линейке производимого профессионального оборудования для промышленных теплиц существует растворный узел для фермеров. Под фермерами имеются ввиду специалисты имеющие в своем распоряжении теплицы площадью от 1000 до 5000 кв.м. Растворный узел предназначен для автоматического приготовления питательного раствора, планирования и проведения капельного полива в тепличном хозяйстве. Применение такого устройства позволяет экономить на удобрениях, получить строго дозированный полив под каждое растение, повысить качество и количество выпускаемой продукции.		Прочитатьподробнее

Выбор системы управления умным домом

Современные системы позволяют управлять подключенными к модулю управления электроприборами: датчиками, терморегуляторами, электроклапанами по беспроводным технологиям. Не требуется закладывать провода и кабели внутри стен или плинтусов помещения, штробить стены и нарушать существующие коммуникации или отделку.

Наиболее распространенными является путь управления по Wi-Fi каналу. Неудобство заключается в том, что эта функция предназначена для передачи значительных объемов информации и не адаптирована для большинства приборов «умного дома», которые работают с короткими командами: «включить/выключить», «прибавить/убавить», «вверх/вниз» и т. п.

• Z-Wave – специализированный протоколом управления «умным домом» работающий на частоте 869 МГц и имеющий высокую защищенность от постороннего воздействия и помех.
• ZigBee – похожий специализированный протокол, специально разработанный для работы устройств в комплекте «умного дома», но использующий другую частоту 2400–2485 МГц.

До сих пор широкая автоматизация жилых домов в РФ буксует из-за высоких цен на оборудование и инсталляцию, наладку и обслуживание оборудования. Ведь оно должно работать круглосуточно 24 часа в неделю без каких-либо сбоев. В противном случае неисправное оборудование умного дома может само стать источником ЧП – пожара, затопления помещения, разморозки систем отопления.

В первую очередь рассчитывается экономический эффект от внедрения систем автоматизации. Чтобы примерно оценить эффективность и срок окупаемости вложений, нелишним будет перечитать инструкции к имеющимся в доме электроприборам. Большинство владельцев пользуются только основными, самыми распространенными функциями, не утруждая себя программированием полного функционала телевизора, кондиционера или водонагревательного бойлера.

Вполне возможно, что кажущиеся вам «новые» возможности, которые откроются после установки системы «умный дом» уже заложены и реализованы в имеющейся у вас технике, причем на более высоком уровне, чем «включить/выключить» или «прибавить/убавить».

Просчитайте, настолько ли критична возможность дистанционной регулировки температуры воздуха в различных помещениях? Эта функция окупается только для владельцев загородных домов, когда на время отсутствия хозяев температура снижается до приемлемого минимума, а ко времени приезда хозяев повышается до комфортной жилой.

Большинство функций, реализуемых в «умном доме», интересны только в первое время после их установки. Возможность дистанционного визуального контроля удовлетворяет только любопытство владельца помещения, ни сколько не препятствуя действиям злоумышленников, проникших в дом. Гораздо эффективнее система централизованной охраны. Использование функции автоматического открытия/закрытия штор в спальне или возможность регулировать громкость музыки в соседней комнате – настолько сомнительны, что могут заинтересовать только истинных фанатов непрерывного общения с мобильным устройством, вместо физического движения рукой.

Шаг 6: Делаем разводку на макетной плате

Я решил использовать макетную плату, чтобы избавить вас и себя от паяния компонентов.

Как работает макетная плата

Плата прямоугольная, расположите ее на рабочей поверхности в портретной ориентации. Точечные отверстия соединены между собой в цепь горизонтально, а не вертикально. Это значит, что вы можете добавлять компоненты на плату в горизонтальные ряды, и они будут соединены последовательно.

Вернёмся к нашему проекту. Упрощенная схема, находящаяся в начале статьи, поможет вам разобраться с расположением компонентов. Последовательно соедините все компоненты (макетная плата в портретной ориентации).

1. 5В провод, идущий от платы Arduino, со концом – удлините двумя проводами такого же цвета и оставьте пока ждать своей очереди.
2. Возьмите провод от GND разъема Arduino и тоже нарастите двумя соединительными проводами и пока оставьте так.

Автоматический полив

После организации считывания данных с датчика уровня влажности и их отображения, проект можно развить дальше, организовав систему автоматического полива.

Датчик уровня влажности в составе автоматической системы полива на основании Arduino:

Для автоматизации полива нам понадобятся дополнительные детали: возможно, шкивы, зубчатые шестерни, двигатель, муфта, транзисторы, резисторы. Список зависит от вашего проекта. Ну все, что может попасться под руку в быту. Более детально один из примеров показан ниже:

Это один из множества вариантов установки двигателя для системы автоматического полива. Колесо можно установить непосредственно в воде. В таком случае при его быстром вращении, вода будет подаваться к растению. В общем, можете проявить фантазию.

Схема подключения двигателя постоянного тока (статья с более подробным примером подключения двигателя к Arduino) на примере копии Arduino от SparkFun приведена ниже:

Ниже приведен скетч для Arduino (по сути он такой же как и приведенный выше с небольшим дополнением для управления двигателем):

// В скетче считываются данные с датчика и отображается уровень влажности почвы

// если почва сухая, начинает работать двигатель

// Для работы с дисплеем используется библиотека softwareserial library

#include &ltSoftwareSerial.h&gt

// Подключите пин для обмена данными с использованием LCD дисплея по серийному протоколу RX к цифровому пину 2 Arduino

SoftwareSerial mySerial(3,2); // pin 2 = TX, pin 3 = RX (unused)

// Управляем двигателем с помощью пина 9.

// Этот пин должен обязательно поддерживать ШИМ-модуляцию.

const int motorPin = 9;

// Тут мы настраиваем некоторые константы.

// Настройка констант зависит от условий внешней среды, в которой используется датчик

int thresholdUp = 400;

int thresholdDown = 250;

// Настраиваем пин A0 на Arduino для работы с датчиком:

int sensorPin = A0;

void setup(){

pinMode(motorPin, OUTPUT); // устанавливаем пин, к которому подключен двигатель в качестве выхода

mySerial.begin(9600); // устанавливаем скорость обмена данными на 9600 baud

delay(500); // ждем пока дисплей прогрузится

}

void loop(){

// Здесь мы объявляем строку, в которой хранятся данные для отображения

// на жидкокристаллическом дисплее. Значения будут изменяться

// в зависимости от уровня влажности почвы

String DisplayWords;

// В переменной sensorValue хранится аналоговое значение датчика с пина А0

int sensorValue;

sensorValue = analogRead(sensorPin);

// перемещение курсора к началу первой строки LCD дисплея: mySerial.write(254);

mySerial.write(128);

// очистка дисплея:

mySerial.write(» «);

mySerial.write(» «);

// перемещение курсора к началу первой строки LCD дисплея: mySerial.write(254);

mySerial.write(128);

// запись необходимой информации на дисплей:

mySerial.write(«Water Level: «);

mySerial.print(sensorValue); //Использование.print вместо .write для значений

// Теперь мы проведем проверку уровня влажности по сравнению с заданными нами предварительно числовыми константами.

// Если значение меньше thresholdDown, отображаем слова:

// «Dry, Water it!»

if (sensorValue

// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:

mySerial.write(254);

mySerial.write(192);

DisplayWords = «Dry, Water it!»;

mySerial.print(DisplayWords);

// запуск двигателя на небольших оборотах (0 – остановка, 255 – максимальная скорость):

analogWrite(motorPin, 75);

// Если значение не ниже thresholdDown надо провести проверку, не будет

// ли оно больше нашего thresholdUp и, если, больше,

// отобразить надпись «Wet, Leave it!»:

} else if (sensorValue >= thresholdUp){

// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:

mySerial.write(254);

mySerial.write(192);

DisplayWords = «Wet, Leave it!»;

mySerial.print(DisplayWords);

// выключение двигателя (0 – остановка, 255 – максимальная скорость):

analogWrite(motorPin, 0);

// Если полученное значение в диапазоне между минимальным и максимальным

// и почва была раньше влажной, а теперь сохнет,

// отображаем надпись «Dry, Water it!» (то есть, когда мы

// приближаемся к thresholdDown). Если почва была сухой, а теперь

//быстро увлажняется, отображаем слова «Wet, Leave it!» (то есть, когда мы

// приближаемся к thresholdUp):

} else {

// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:

mySerial.write(254);

mySerial.write(192);

mySerial.print(DisplayWords);

}

delay(500); //Задержка в пол секунды между считываниями

}

Удачи вам в реализации автоматического полива ваших растений!

Превращение изменения емкости в изменение напряжения

Подключив последовательно с резистором конденсатор получим
ФНЧ (фильтр нижних частот).

Получается делитель напряжения, где у верхнего плеча R1 сопротивление не изменяется, а емкостное сопротивление нижнего плеча C1 меняется в зависимости от частоты.

Но так как частота сигнала будет неизменной, то построим график зависимости емкостного сопротивления от емкости (C = 1-100 пФ):

Таким образом понятно, что при увеличении емкости (
погружение в воду) сопротивление нижнего плеча будет уменьшаться, как и падение напряжения на нем, а значит и выходное напряжение (см. подтверждение опытом ниже).

Но остается еще одно — выделить только амплитуду, именно для этого применяется
АМ-детектор. Его расчет был выполнен, но ничего полезного этого не дало, поэтому номиналы взяты такие же, как у готового. Главная суть в этом:

Завершающий этап процесса

Карту с заданием загружают в бортовой компьютер полевой техники. Во время перемещения оборудования по участку бортовой компьютер с помощью высокоточного навигатора высчитывает собственную локализацию и соотносит координаты с данными на карте. Компьютер управляет системой по распределению удобрений так, чтобы положение заслонок дозаторов менялось во время прохождения определенных участков. В итоге на одном поле удобрения расходуются максимально эффективным способом, при этом экономично и целенаправленно. Почва избавлена от переизбытка веществ, а значит, урожай будет высоким, полезным и соответствующим нормативам.

Тенденция № 4 — развитие технологий пограничного распределения удобрений

Пограничные системы внесения в настоящее время являются практически стандартным оборудованием для распределителей минеральных удобрений. Основной целью дополнительного оборудования такого рода становится распределение необходимого количества удобрений как можно ближе к границе поля при параллельной минимизации выноса удобрений за его пределы.

В случае с распределителями метательного типа эта цель становится все более труднодостижимой по мере увеличения рабочей ширины захвата. Если в соответствии с законодательством об удобрениях они распределяются таким образом, чтобы не пересекать границу поля, то на относительно широкую полосу на границе поля будет поступать слишком мало удобрений, что приведет к значительным потерям урожая на этой полосе. 

Новая система пограничного распределения удобрений Amazone BorderTS

На выставке Agritechnica Amazone представит BorderTS — новое разработанное устройство распределения пограничного типа, которое в сочетании с хорошо известным оборудованием для распределения по границе системы TS позволяет значительно улучшить снабжение посевов удобрениями в приграничной зоне и в то же время соответствует требованиям европейского законодательства об удобрениях. В отличии от стандартной системы BorderTS встроена в программное обеспечение опрыскивателя. Новый дисплей оснащен специальной пластинчатой конструкцией и используется в комбинации с интегрированной системой разметки границы AutoTS. BorderTS установлен по центру за распределителем и запускается с помощью гидравлики. 

Чтобы добиться 100% покрытия краев полей разбрасыватель делает три прохода. Первый проход проводится прямо по краю поля (дозировочное отверстие, обращенное к границе поля — закрыто), при этом используются сита BorderTS на половину рабочей ширины от края с автоматическим уменьшением нормы расхода удобрений 50%. Во время второго прохода (проводится на расстоянии ¼ полного рабочего захвата от края поля) разбрасыватель работает с помощью AutoTS, но без пластины для пограничного разбрасывания BorderTS. При втором проходе к границе поля вносится на 50% меньше нормы внесения удобрений, в то время, как на противоположной стороне внесение на всю ширину со 100% нормой. С третьего прохода и далее удобрения распределяются по всей рабочей ширине с запланированной нормой, вплоть до противоположной стороны поля.

При таком решении в дополнение к предыдущей процедуре требуется проход по границе поля с использованием экрана для распределения удобрений по границе BorderTS. Оборудование отрегулировано таким образом, что при последующем движении по первому пути на расстоянии половины ширины захвата от края поля и при половинной норме внесения получается равномерное распределение. Таким образом, привычный метод движения вдоль границы поля может быть совмещен с обычной системой полос движения.

(по материалам Agritechnica и DLG)

Когда и как применять

Комплексные смеси применяют в любое время года как основные удобрения или в качестве подкормок. Использовать начинают весной, незадолго до высадки растений в открытый грунт или теплицу. NPK удобрения вносят в виде раствора, что лучше, так как в жидком виде быстрее усваиваются корнями. Если использовать гранулы, то их предварительно смешивают с почвой, чтобы избежать ожога корней.

Для рассады весной используют слабую концентрацию, так как корни еще слабые и могут пострадать.

Для окрепших взрослых культур есть нормы, которые даны на обратной стороне упаковки. Их необходимо четко соблюдать, так как признаки передозировки частично совпадают с симптомами недостатка веществ.

Для гидропоники используются концентрации, которые втрое снижены по сравнению с почвенным выращиванием растений. Это мера безопасности, которая позволяет избежать ожогов корневой системы.

Компоненты и их описания

Arduino Uno

Arduino взаимодействует через датчики с окружающей средой и обрабатывает поступившую информацию в соответствии с заложенной в неё программой. Подробнее с платой Ардуино Уно можно ознакомиться здесь.

Ардуино Уно

Датчик влажности почвы

Измерение влажности почвы на базе Arduino производится с помощью датчика влажности. Датчик имеет два контакта. Через эти контакты при погружении их в грунт протекает ток. Величина тока зависит от сопротивления грунта. Поскольку вода является хорошим проводником тока, наличие влаги в почве сильно влияет на показатель сопротивления. Это значит, чем больше влажность почвы, тем меньше она оказывает сопротивление току.

Датчик влажности почвы

Этот датчик может выполнять свою работу в цифровом и аналоговом режимах. В нашем проекте используется датчик в цифровом режиме.
На модуле датчика есть потенциометр. С помощью этого потенциометра устанавливается пороговое значение. Также на модуле установлен компаратор. Компаратор сравнивает данные выхода датчика с пороговым значением и после этого даёт нам выходной сигнал через цифровой вывод. Когда значение датчика больше чем пороговое, цифровой выход передаёт 5 вольт (HIGH), земля сухая. В противном случае, когда данные датчика будут меньше чем пороговые, на цифровой вывод передаётся 0 вольт (LOW), земля влажная.

Этим потенциометром необходимо отрегулировать степень сухости почвы, когда как вы считаете нужно начать полив.

Фоторезистор

Фоторезистор (LDR) — это светочувствительное устройство, которое используются для определения интенсивности освещения. Значение сопротивления LDR зависит от освещённости. Чем больше света, тем меньше сопротивление. Совместно с резистором, фоторезистор образует делитель напряжения. Резистор в нашем случае взяли 10кОм.

Делитель напряжения

Подключив выход делителя Uin к аналоговому входу Ардуино, мы сможем считывать напряжения на выходе делителя. Напряжение на выходе будет меняться в зависимости от сопротивления фоторезистора. Минимальное напряжение соответствует темноте, максимальное – максимальной освещённости.

В этом проекте полив начинается в соответствии с пороговым значением напряжения. В утренние часы, когда считается целесообразным начать полив, напряжение на выходе делителя равно 400. Примем это значение как пороговое. Так если напряжения на делителе меньше или равно 400, это означает, что сейчас ночь и насос должен быть выключен.
Меняя пороговое значение можно настроить период работы автополива.

Релейный модуль

Реле представляет собой переключатель с электромеханическим или электрическим приводом.

Релейный модуль

Привод реле приводится в действие небольшим напряжением, например, 5 вольт от микроконтроллера, при этом замыкается или размыкается цепь высокого напряжения.

Схема реле

В этом проекте используется 12 вольтовый водяной насос. Arduino Uno не может управлять напрямую насосом, поскольку максимальное напряжение на выводах Ардуино 5 вольт. Здесь нам приходит на помощь релейный модуль.

Релейный модуль имеет два типа контактов: нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты. Нормально замкнутые без управляющего напряжения замкнуты, при подаче напряжения размыкаются. Соответственно нормально разомкнутые без напряжения разомкнуты, при подаче управляющего напряжения замыкаются. В проекте используются нормально разомкнутые контакты.

Водяной насос

В проекте используем 12-и вольтовый погружной насос с 18-ваттным двигателем. Он может поднимать воду до 1,7 метра.

Водяной насос

Этот насос можно эксплуатировать только тогда, когда он полностью погружен в воду. Это налагает некие обязательства по контролю уровня воды в ёмкости. Если водяной насос будет работать без воды, он просто-напросто сгорит.

Макетная плата

Макетная плата представляет собой соединительную плату, используемую для создания прототипов проектов электроники, без пайки.

Оборудование для обустройства фертигации

Удобрительная емкость

Емкость для удобрений представляет из себя герметичный бачок, имеющий краны на выходе и входе. При помощи него создается небольшой перепад в давлении, при помощи которого параллельный поток воды попадает в емкость с минеральными препаратами, где все перемешивается и подается в главную трубу.

Емкость служит очень долго и проблем с ее эксплуатацией обычно не случается. Недостаток она имеет лишь один – не слишком равномерно распределяет раствор. В начале работы концентрация минералов в нем максимальная, а к концу работы она понижается.

Инжектор Вентури

Это трубка, имеющая на двух сторонах основания конусное сужение. Работать начинает от перепада давления в системе орошения. При проходе через инжектор поток влаги разрежается, благодаря чему в основной канал всасывается раствор удобрения. Здесь он смешивается с обычной водой и уже следует по системе дальше.

Деталь эту делают всегда из материала, стойкого к воздействию химических добавок. При помощи инжектора смесь неплохо перемешивается. Но, как и в случае с удобрительной емкостью, у него присутствует главный недостаток – неравномерность подачи раствора на протяжении всего времени, пока будет происходить внесение удобрений через капельный полив. Работа его основана на напоре воды, поэтому и концентрация веществ в жидкости будет меняться и зависеть от этого параметра.

Дозирующий насос

Насос, дозирующий подачу жидкого удобрения, многие называют дозатроном. Он помогает вносить его в почву пропорционально, в соответствии с точными пропорциями, которые вы зададите сами. Монтируется он либо через удобрительную головку, либо непосредственно в систему капельного полива.

Работать он начинает при помощи давления воды, благодаря чему из емкости с удобрением всасывается строго ограниченное их количество. Подкормка попадает в камеру смешивания, где соединяется с водой. Теперь, когда минералы смешаны однородно, вместе с влагой они попадут по трубам на грядки. Регулировка насоса проводится единожды и больше вмешательств в работу не понадобится. Самое главное, что он лишен недостатка, которым обладают первые два устройства, и подает смесь на грядки равномерно. Дозатрон так же используется и для борьбы с вредителями, подкислять почву или дозировать химикаты для опрыскивания.

Измерение влажности почвы с помощью цифрового выхода

Для нашего второго эксперимента мы определим состояние почвы с помощью цифрового выхода.

Подключение

Мы будем использовать схему из предыдущего примера. На этот раз нам просто нужно удалить подключение к выводу аналого-цифрового преобразователя и подключить вывод DO модуля к цифровому выводу 8 Arduino.

Соберите схему, как показано ниже:

Калибровка

Для калибровки цифрового выхода (DO) модуль имеет встроенный потенциометр.

Вращая движок этого потенциометра, вы можете установить пороговое значение. Таким образом, когда уровень влажности превысит пороговое значение, светодиод состояния загорится, и модуль выдаст низкий логический уровень.

Теперь, чтобы откалибровать датчик, вставьте зонд в почву, когда ваше растение будет готово к поливу, и подстройте потенциометр по часовой стрелке так, чтобы светодиод состояния горел, а затем подстройте потенциометр обратно против часовой стрелки, пока светодиод не погаснет.

Теперь ваш датчик откалиброван и готов к использованию.

Код Arduino

После того, как схема будет собрана, загрузите в Arduino следующий скетч.

Если все в порядке, вы должны увидеть вывод в мониторе последовательного порта, похожий на приведенный ниже.

Проверка на практике

Сначала непосредственно датчик, состоящий из двух кусочков фольгированного стеклотекстолита
FR-4 (70×12 мм).

*также не забываем изолировать открытые участки меди клейкой лентой

И также схемка в миниатюрном исполнении.

Сигнал сгенерирован с помощью МК (ШИМ,
f = 1 МГц, D = 50%), конечно это можно сделать с помощью того же таймера NE555, но если устройство уже будет иметь микроконтроллер, то зачем же еще одна МС?

Теперь просто подключаем питание (здесь 3.3 В), вольтметр на выход и смотрим как изменяется напряжение при заливании водой.

Очень хорошо, показания изменяются очень плавно и четко.

Остается только оцифровать показания с помощью встроенного в МК АЦП и придать им какие-то смысловые привязки, например проценты.

Датчик уровня жидкости (Water Sensor Arduino)

Рабочее напряжение аналогового сенсора — 5v. Выходное напряжение (показания датчика) зависит от степени погружения датчика в жидкость и от параметров, влияющих на коэффициент передачи напряжения, например, проводимость жидкости. Это простой в использование и недорогой датчик уровня жидкости, который широко применяется в системах автоматизации и при разработке Умного дома.

Как вы уже заметили на фото к этому занятию, датчик уровня жидкости имеет три контакта. Правый контакт (-) подключается к Земле (GND), средний к питанию 5v, а левый к аналоговому входу, например, A0. При полностью сухом датчике выходное напряжение и показания на аналоговом входе будут равны нулю, чем больше датчик будет погружен в воду, тем больше будут его показания (от 0 до 1023).