Датчик влаги своими руками

Датчик влаги своими руками

DIY Zigbee датчик влажности почвы

Приветствую читателей Habr! Хочу поделиться с вами своим очередным проектом, сегодня речь пойдёт о небольшом датчике измерения влажности почвы на чипе СС2530. Проект основывается на разработке с открытым исходным кодом DIYRUZ Flower, разработчик @anonymass. Измерение влажности почвы у датчика осуществляется ёмкостным методом, работает от батарейки CR2450 или CR2477, есть защита от переполюсовки батарейки, датчик предназначен для работы в сетях Zigbee.

Я уже давно посматривал в сторону Zigbee, огромное количество недорогих фабричных устройств, появившихся в последние годы и скорость с которой после появления проекта zigbee2mqtt эта технология стала захватывать умы домашних автоматизаторов, отличные DIY-проекты, которые во многом так же стали драйвером этой популярности, все эти факты просто кричали тебе туда надо.

Почти сразу как я обзавёлся небольшим количеством фабричных и DIY устройств и запустив у себя Zigbee сеть мне захотелось сделать что-то под себя. Родившаяся идея сделать датчик влажности почвы органично вписалась в мои планы, так как я как раз заканчивал тесты другого своего проекта аналогичного датчика на nRF52 c e-ink экраном. Компактные размеры и внешний вид это всё что закладывалось из требований в будущий проект, а заготовка под эти требования у меня, получается, уже была.

▍ Потратив пару часов на переработку проекта на nRF52 железная часть проекта на CC2530 была готова:

Опираясь на опыт (хоть и скромный, так как я не агроном) в повседневном использовании таких датчиков на подоконниках и с учётом параметров потребления у чипов CC2530 в датчике был заложен минимальный функционал, исключительно измерение уровня влажности почвы. Плата датчика получился в размерах 137мм х 20мм, для удобства сборки электронные компоненты располагаются на одной стороне платы, за исключением держателя батарейки, который напаивается на обратную сторону платы. Датчик имеет светодиод, пару кнопок, порт программирования, простую защиту от переполюсовки батарейки на транзисторе. Время сборки датчика при ручной пайке составляет 10-15 минут, схема датчика состоит всего из 10 элементов, включая радиомодуль.

▍ Схема датчика:

Если сборка датчика занимает 10-15 минут, то изготовление корпуса этим, к сожалению, похвастаться не может.

▍ С разработкой модели корпуса особых проблем не было, так как за основу также был взят корпус от проекта датчика влажности почвы на nRF52 c e-ink. Пара штрихов в редакторе и корпус стал немного тоньше и без выреза под экран, ещё парой штрихов корпус был дополнен окном для индикации расположенного на плате светодиода. Сделал сразу два варианта задней крышки под батарейку CR2450 и CR2477. Печать всех трёх деталей корпуса занимает чуть больше часа. На этом лёгкая часть с корпусом заканчивается, далее начинается грустная история, шлифовка, сверловка, заливка жидким УФ полимером индикаторного отверстия под светодиод, полировка. На всё это времени было потрачено около полутора двух часов. Наверное, как самый хороший и правильный вариант изготовления корпуса стоит рассматривать просто печать корпуса на хорошо настроенном принтере, уверен результат будет не хуже.

▍ Основа программной части проекта это популярный проект DIYRUZ Flower. Я определённо не программист, мой багаж — это опыт пары лет программирования в Arduino, который в принципе позволил мне прочитать код проекта и разобраться в нём. Трудным моментом, пожалуй, можно отметить настройку среды для разработки. Но описание проблем с которыми столкнулся, опущу, в этой статье просто приведу пару ссылок на мануалы и статьи, на которые я опирался (ссылка 1, ссылка 2, ссылка 3) и также поблагодарю неравнодушных к чужим проблемам участников чата ZIGDEV, помогавших советами. Изменения, которые я внёс в код оригинального проекта: увеличение интервала чтения сенсора влажности почвы до 1 часа, хранение предыдущих значений влажности почвы для сравнения с новыми значениями и отправки данных в сеть только при изменении значений на 1%. Добавлено чтение внутреннего температурного сенсора CC2530, сравнение, и отправка данных при изменении температуры на 1°С. Конечно, точность температуры с внутреннего температурного сенсора имеет большую погрешность, но в целом даёт понимание об изменении температуры воздуха. Точнее, этот параметр можно откалибровать в конверторе zigbee2mqtt, правда, особой (и не особой) нужды я в этом не увидел.

Так выглядит передача данных об уровне влажности почвы, запрос уровня влажности почвы через модуль Телеграм в Мажордомо

Проблема с которой я столкнулся при тестировании

Об этом решил упомянуть, уверен это кому-то поможет быстрее найти решение, столкнувшись с чем-то похожим. Вопрос, возникший при тестировании датчиков, вызывал непонимание в каком направлении копать, рождал разнообразные теории магического характера :). Суть проблемы была в том, что датчики при слабом сигнале (linkquality ▍ На своём GITHUB для желающих повторить я выложил гербер файлы проекта для заказа плат, список компонентов, схему, модели корпуса, исходники проекта, скомпилированные файлы программы для прошивки радиомодулей.

Устройство уже добавлено в список поддерживаемых на гитхабе проекта zigbee2mqtt, автор проекта очень оперативно реагирует на pull requests.

Немного о грустном в этом направлении, я использую Мажордомо в качестве системы умного дома у себя, для этой системы написан замечательный модуль z2m, к сожалению, мой pull request висит там не рассмотренным уже месяц, так что пока на своём гитхаб я написал инструкцию о том, где необходимо внести изменения чтобы вывод информации о датчике в мажордомо заиграл красками :).

Такая же печальная история с другим проектом — SLS шлюз. Я планировал на даче развернуть сеть Zigbee управляемую через шлюз SLS, протестировать его, погонять свои датчики, поделится своими впечатлениями. Но мне так и не удалось получить обещанную прошивку с поддержкой моего датчика, наверное, забыли, а внешние конверторы в этом проекте не поддерживаются :(.

Если вы как и я, хотите понять, что такое Zigbee, попытаться сделать свои первые DIY Zigbee устройства, то приглашаю вас в чат для разработчиков zigbee девайсов/прошивок ZIGDEV

Если вам интересно всё, что связано с DIY, вы являетесь DIY разработчиком или хотите только начать, вы заинтересованы в использовании DIY девайсов и хотите узнавать первыми о моих проектах, то приглашаю всех в телеграм чат — DIYDEV.

Так же приглашаю читателей обсудить это и любые другие устройства в самый главный Телеграм-чат по Zigbee.

Ventkam.ru

Вентиляция и кондиционирование

Делаем измеритель влажности своими руками

Информация о микроклимате помещения важна для многих: от владельцев фермерских хозяйств до тех, у кого есть проблемы со здоровьем. Но не все знают, что можно сделать измеритель влажности воздуха своими руками.

Причем, бесплатно. А вариантов для этого существует много…

6 простых способов измерений

С помощью простых методов есть возможность получить нужную информацию.

1. Коктейльную трубочку протыкают булавкой. Втыкают в дырку деревянную плиту. Один конец человеческого волоса привязывают к трубочке, другой – к иголке. Натягиваем волос так, чтобы соломинка находилась в горизонтальном положении. Все изменения будут понятны по натягиванию или ослабеванию волоска, который будет тянуть стрелку.
2. Рюмку с водой держат в рефрижераторе несколько часов, достают, ставят подальше от батарей и начинают смотреть. Стекло потеет, а потом высыхает – в доме сухой воздух. Потекли по стеклу ручейки – слишком влажно. А если ничего не меняется – значит все в норме.
3. Берут два обычных градусника со ртутью. Кусочек тряпки скручивают в трубку и привязывают к одному из термометров, а потом опускают в баночку, где есть вода. Градусники цепляют к щитку и подвешивают с помощью крючков. Баночку ставят между градусниками. В результате получиться два градусника с сухим и влажным воздухом. Первый укажет на меньшую температуру. Разные температуры показывают насколько воздух влажный.
4. Берутся салфетка, фанера, клей, 2 гвоздя, 2 куска проволоки (длиной 4 см). Гвозди вбиваются в фанеру, на расстоянии, которое ровняется длине салфетки. Между ними на клей крепится салфетка. К ней крепится проволока. Для образования стрелки, надо одну из частей проволоки частично прикрепить к салфетке, частично – к гвоздю. Принцип прибора основывается на свойствах салфетки вбирать в себя воду. Об изменениях микроклимата помещения скажет стрелка.
5. Берутся шишка и кусок фанеры. Шишку прикрепляют к центру фанеры скотчем и наблюдают, как раскрываются чешуйки. Если быстро – микроклимат ниже нормы. Поднимаются вверх – высокая влажность. А если ничего не меняется – все показания в норме.

Но для измерения существуют и другие приборы, которые тоже, можно изготовить самому.

1. Берется пластинка фольгированного стеклотекстолита. На ней изображаются две контактные площадки, изолированные друг от друга. Припаивают проводки и капают капельку туши для рисования. Измеряется сопротивление засохшей кляксы. Сопротивление при увеличении влажности увеличивается, а при уменьшении – уменьшается.

Кроме простейших измерителей можно сделать и сложные гигрометры.

Как самому сделать датчик влажности

С помощью схемы, основанной на одном транзисторе можно сделать простой датчик влажности. Пластина с датчиком, которого будет предупреждать о повышении уровня влажности. Ее делают с обрезка фантированого стеклотекстолита. Площадь делят на два сектора и хорошо лужируем.

Суть роботы: влажность попадает на контактирование клингера, они образуют отпор и обнаруживают прибор усиливающий электроколебание. И через прибор бегут электрически заряженные частицы.

Для роботы, подойдет светодиодный клигер и пьезоизлучатель с парадигмой, обмотку реле. Ее контакты будут служить зачинателем или размыкателем электрики.

Реагирует чувствительность прибора построечный резистор, реагирующий на любой уровень проходящего тока.

Как смастерить электронный измеритель влажности

Гигрометр имеет большое значение в сельском хозяйстве, особенно в период хранения урожая. Электронный измеритель — самый современный. Но, изготовить его можно самому. Вот схема. Всю информацию о ней можно увидеть здесь: https://aes2.ru/publ/indikator_vlazhnosti_vozdukha/1-1-0-122

Схема электронного измерителя

Такой прибор подойдет для помещений, в которых хранятся продукты.

Состоит из таких частей:

• Плата управления. Ее размер 6,5 см на 9,8 см.
• Датчик. Размером 2см на 5,3 см;
• Кнопка SW1;
• Резистор 470 кОм. Он будет свидетельствовать о повышении влажности.

Питание осуществляется с помощью 9 вольтной батарейки.

Преимущество схемы – возможность подключения нескольких детекторов.

Ее работа, базируясь на связи двух транзисторов 2N2222. Можно использовать транзисторы в пластиковых корпусах либо другие биполярные транзисторы.

Суть роботы: звуковой пьезоизлучатель запускается от проходящего, между контактами датчика, тока. Это происходит после того, как на контактах датчика осело достаточное количество влаги.

Чтобы включился сигнал, хватит 6 мА тока.

Порог включения регулируется подбору величины сопротивления R 2 и емкости С 1.

Лужение меди на печатной плате датчика – нуждается в правильном проведении. Это защитит от окисления и потери электропроводности.

Такой индикатор, если его правильно настроить, можно использовать в доме, где живет человек, страдающий от астмы.

Рассмотрим еще один способ, как сделать гигрометр самому

Делаем гигрометр для дома

В доме, где есть маленькие дети или люди с астмой, бронхитом и сердечнососудистыми заболеваниями, он просто необходим. Но, покупать его не обязательно, ведь можно все сделать самому.

Данный прибор поможет измерить не только влажность, но и температуру воздуха. Более подробную информацию можно найти здесь https://www.kondratev-v.ru/byt/izmeritel-vlazhnosti-vozduxa-v-kvartire.html

Схема бытового гигрометра и термометра

Основу схемы составляет микроконтроллер РIС 16F628А. Она связана с датчиком DHT-11 с помощью однопроводной линии. Резистор присоединяет провод к напряжению 500 вольт.

Механизм прижимания шины данных к общему проводу или отпускания ее, позволяет осуществлять общение между контролером и датчиком.

Для приема и дачи команд используют два микроконтроллера. Первый служит для приема изменений данных. Второй – для коммуникации шины данных.

Чтобы, показывать информацию используются светодиодные индикаторы.

Яркость освещения индикатора зависит от номинала регистра.

Для питания устройства используется трансформаторный или безтрансформаторный блок питания. Их схему можно найти здесь: https://www.kondratev-v.ru/bloki-pitaniya/blok-pitaniya-s-gasyashhim-kondensatorom.html

Для изготовления такого прибора можно использовать и другую плату, сделанную самостоятельно.

Схему и рисунок платы можно скачать тут:

Итак, измеритель влажности воздуха можно сделать своими руками. Однако, они не отличаются высокой точностью. И годятся только для получения приблизительных данных. Для получения точных данных придется покупать заводской гигрометр.

Как своими руками сделать датчик протечки воды для дома

Аварийная ситуация, возникающая в системе холодного или горячего водоснабжения, всегда доставляет много неприятностей не только владельцу квартиры, но и всем соседям, особенно проживающим на нижних этажах. После нарушения герметичности водопровода, растекающаяся из него вода проходит по строительным конструкциям, повреждает обои, натяжные потолки, декоративные покрытия.

Особую опасность она доставляет бытовой электропроводке, нарушая состояние изоляции и создавая непредвиденные токи утечек, которые снижают электрическую безопасность квартиры и дома.

Предотвратить развитие серьёзных последствий протечки воды позволяет система автоматического оповещения жильцов, оперативно срабатывающая при появлении первых признаков влаги. Собрать ее под силу любому домашнему мастеру, умеющему паять простые радиолюбительские устройства.

Для ее создания своими руками рекомендуем выбрать одну из трех схем на:

1. биполярном транзисторе NPN конструкции 2N5551;
2. микросхеме К561ЛА7;
3. микросхеме К561ЛН2.

• Как сделать датчик влажности
  • Горизонтальная конструкция контактных площадок
  • Вертикальная конструкция контактных площадок
• Датчик протечки воды на транзисторе 2N5551
  • Состав деталей
  • Принцип работы электрической схемы
• Датчик протечки воды на микросхеме 2К561ЛА7
  • Состав деталей
  • Принцип работы электрической схемы
• Датчик протечки воды на микросхеме 2К561ЛН2
  • Состав деталей
  • Принцип работы электрической схемы

Как сделать датчик влажности

Он является общим элементом для любой из трех рассматриваемых схем и работает за счет электропроводности воды.

Датчик делают из двух электродов, которые могут располагаться в плоскости горизонта или вертикали относительно друг друга.

Горизонтальная конструкция контактных площадок

В состав входят два сухих электрода, которые могут быть различной конфигурации. Их удобно вырезать из фольгированной стеклопластиковой или гетинаксовой платы, прорезав не ней изолирующие дорожки.

С формой и габаритами датчика влажности можно поэкспериментировать, тщательно подобрать их к конкретным условиям размещения. Если нет под рукой платы, то контактные площадки вырезают из обычной фольги или жести, наклеивая их на плоскую диэлектрическую поверхность.

На один электрод подводится положительный потенциал электроэнергии, а на другой — отрицательный. Они разнесены на одинаковое расстояние, отделены воздушным зазором, обладающим высокими диэлектрическими свойствами.

Когда на электродах появляется влага, то через ее слой начинает проходить электрический ток, который изменяет состояние электронной схемы датчика протечки, вызывая срабатывание световой и звуковой сигнализации.

Вертикальная конструкция контактных площадок

Две полоски фольги размерами примерно 10х40 мм (габариты условны и принципиального значения не имеют) закрепляют параллельными плоскостями на небольшом удалении так, чтобы исключить их самопроизвольное касание при работе.

Подключать датчик влажности к электронной схеме лучше короткими проводами или использовать экран или витую пару.

Совет! Повысить чувствительность самодельного датчика можно простым действием — положить его контактными площадками на кусочек туалетной бумаги или несколько слоев марли, расположенной в месте вероятной протечки воды на полу. За счет гигроскопичных свойств этих материалов даже при небольшой влажности возникает хороший токопроводящий слой.

Датчик протечки воды на транзисторе 2N5551

Это наиболее простая, но вполне надежная схема, которую может собрать даже начинающий радиолюбитель.

Состав деталей

Кроме датчика влажности для работы электрической схемы потребуется:

• биполярный NPN транзистор 2N5551 или один из его аналогов: ВС517, ВС618, ВС 879, 2SD1207, 2SD1853, 2SD2088;
• светодиод VD1;
• элемент питания на 3 вольта, например, плоская литиевая батарейка;
• трехвольтовый пьезоизлучатель;
• соединительные провода.

Все эти детали помещаются в небольшую пластиковую коробочку, служащую корпусом и соединяются пайкой обычным паяльником навесным монтажом.

Принцип работы электрической схемы

Алгоритм срабатывания датчика протечки довольно прост. В сухом положении контактных площадок транзистор VT1 закрыт и через его полупроводниковый переход коллектор-эмиттер ток не проходит.

При появлении воды в датчике влажности между электродами возникает замыкание, положительный потенциал элемента питания поступает на базу транзистора и открывает переход от коллектора к эмиттеру.

Через пьезоизлучатель и параллельно подключенный светодиод начинает протекать ток. Включается звуковой и световой сигнал, оповещающие жильцов о повышенной влажности.

Сборку и работу подобной схемы на базе транзистора BC517 можно посмотреть в коротком видеоролике владельца “Руки из плеч”.

Датчик протечки воды на микросхеме К561ЛА7

Он работает по более сложной, но вполне доступной схеме, обладающей более высокой надежностью и чувствительностью.

Состав деталей

Кроме датчика влажности и микросхемы К561ЛА7 для сборки потребуется:

• биполярный транзистор VT1 серии КТ315Г;
• резисторы на 1 Мом,100 Ом и килооомные: 1,5 К, 10 К, 300 К;
• два полярных конденсатора на 2,2 и 47 микрофарад для работы под напряжением до 16 вольт;
• конденсатор на 200 пикофарад;
• светодиод;
• генератор звуковых волн ЗП-1;
• переключатель SA-1;
• источник питания.

Аналогами К561ЛА7 являются К176ЛА7, 564ЛА7, 164ЛА6, HFF4011BP, HCF4011BE, СD4011A, СD4011.

Схема не критична к уровню питающего напряжения и надежно работает при его пределах от 5 до 15 вольт.

Принцип работы электрической схемы

Когда на сухие контакты датчика влажности поступает напряжение от источника питания, то светодиод не горит, а звуковой генератор не вырабатывает сигналы: транзисторный переход эмиттер-коллектор находится в закрытом состоянии.

При появлении тока через датчик влажности сквозь ключи микросхемы потечет ток на базу транзистора, и он откроется. Загорится светодиод и сработает звуковая сигнализация.

Когда схема питается от сети, а не от автономного источника, то переключатель SA1 лучше перевести в нижнее положение. В этом случае светодиод станет сразу светиться, указывая на готовность датчика протечки к срабатыванию, а погаснет он при открытии транзистора.

Изменением емкости конденсатора С2 регулируют тональность звукового генератора.

Потребление тока электрической схемой составляет:

• примерно 1 мКа в режиме ожидания;
• 25 мА при срабатывании.

Датчик протечки воды на микросхеме К561ЛН2

Он работает по схеме, подобной предыдущей, тоже обладает высокой чувствительностью и надежностью.

Состав деталей

Кроме датчика влажности и микросхемы К561ЛН2 потребуется:

• биполярный транзистор VT1 серии КТ3107Д;
• резисторы на 3 Мом и 30 К три штуки, 430 К — два, 430 К и 57К — по одному;
• полярный конденсатор на 100 микрофарад для работы под напряжением до 16 вольт;
• конденсатор на 0,01 мк — два и 0,1 мк— тоже два;
• генератор звуковых волн ЗП-22;
• источник питания на 6÷9 вольт.

Принцип работы электрической схемы

При сухих контактах датчика влажности транзистор VD1 закрыт, а при появлении на них воды его полупроводниковый переход открывается и происходит запуск звукового генератора, выдающего сигнал тревоги.

Эта схема тоже обладает небольшим потреблением мощности. В режиме ожидания ток нагрузки источника напряжения не превышает 1 мКА, а при срабатывании он составляет порядка 3 мА.

Датчик протечки воды, собранный своими руками по любой из вышеприведенных электрических схем, можно установить в любом проблемном месте, где высока вероятность создания аварийной ситуации в системе водоснабжения под:

• стиральной или посудомоечной машиной;
• раковиной;
• ванной;
• системой питающих трубопроводов водоснабжения.

Его звуковое предупреждение своевременно оповестит жильцов квартиры о начале протечки воды, но не обеспечит ее автоматическое отключение. Выполнять такую функцию предназначены другие устройства, о которых рассказывает владелец видеоролика Remontkv.pro “Как не затопить соседей”.

Сейчас у вас самое благоприятное время для того, чтобы задать вопросы в комментариях и поделиться статьей с друзьями в соц сетях.

Как сделать дешевые WiFi датчики температуры/влажности

О чем этот текст

Тут я рассказываю как я собрал датчик температуры и влажности с WiFi. Вставляешь это устройство в розетку, оно подключается к WiFi сети и два раза в минуту отправляет данные на сервер.

Если все делать самому, то стоимость устройства получается меньше 400 рублей (без учета usb провода и блока питания).

В этом тексте я описываю как аппаратную часть устройства, так и программную.

В итоге у меня получилось работающее решение. Данные собираются и можно посмотреть на график с историей, но все можно сильно улучшить.

История

У меня есть несколько YouTube каналов которые я иногда смотрю. Один из них — это Chillichump. Человек живет недалеко от Лондона и у себя в садике в парнике выращивает острые перцы, а потом из них делает соусы. Канал отличный, автор явно фанатеет от всего этого, рассказывает он интересно, видео хорошего качества.

В основном автор рассказывает о перцах, какие бывают, как их выращивать, как собирать, как ферментировать и как готовить, но иногда он рассказывает про какие-то технические самоделки, которые он делает для того чтобы упростить или улучшить процесс создания острых соусов.

В начале 2019 года он выпустил видео о том как просто собрать датчик температуры и влажности который может отправлять данные на сервер. У него достаточно технологическая теплица: есть датчики, камеры, система автоматического полива. Всем этим он может управлять удаленно.

Вот его видео как собрать датчик температуры/влажности — https://www.youtube.com/watch?v=yqmOp7m4szA («Easy web-enabled Temperature and Humidity monitoring for your greenhouse»).

Судя по видео — все очень просто. Берется несколько деталей, все они спаиваются и получается работающая конструкция которая умеет отправлять данные на сервер по WiFi.

И у меня как раз есть задача зачем мне это нужно. На даче есть проблема — влажность. Там очень сыро. То что там есть проблема это ясно и без датчиков, но мне бы хотелось получить числа и графики влажности, чтобы понять насколько помогают различные решения.

Так что я решил повторить то что описано в видео, спаять датчики и собирать с них данные.

Покупка устройств

Автор Chillichump в своем видео использует датчик AM2302 и Arduino совместимое устройство Wemos D1 Mini.

Я заказал на AliExpress штуки которые очень похожи на то что использовал автор:

• Датчик — https://s.click.aliexpress.com/e/_d8Cfw2F (покупал за $2.44 за штуку)
• Компьютер на базе ESP8266 со встроенным WiFi — https://s.click.aliexpress.com/e/_dVV7rc5 (покупал за $2.35 за штуку)

Заказал и оплатил на сайте 13 августа, а 2 сентября я забрал посылку с почты (вообще пришло чуть раньше). Буду считать что пришло за 20 дней.

Я не заказывал, но вообще для сборки датчика нужны еще компоненты:

• Резистор на 10 кОм
• Провод Micro USB
• USB блок питания

И еще нужны расходники — монтажные провода, припой. Из инструментов нужен как минимум паяльник и кусачки.

Схема подключения

У датчики AM2302 4 ноги, из которых нужно 3:

У D1 Mini куча разъемов , в это проекте используются 3:

Все подключается очень просто — питание к питанию, земля к земле, данные к GPIO5, но еще дополнительно между pin1 и pin2 датчика нужно подключить резистор на 10 кОм.

Для начала я все это быстро подключил на макетной плате:

Первая версия софта

На устройстве Wemos D1 Mini есть разъем Micro USB. Через него он получает питание.

Если этот USB подключить к ноутбуку, то можно заливать код на устройство, а устройство, в свою очередь, сможет отправлять данные на ноутбук.

Для написания кода и его заливки на устройство используется бесплатная программа. Arduino IDE.

В Arduino IDE нужно выбрать плату «LOLIN(WEMOS) D1 R2 & mini».

Tools -> Board» />

А чтобы эта плата там появилась нужно в настройках указать «Additional Boards Manager URLs»:

А еще нужно добавить в Arduino IDE библиотеку для работы с датчиком «DHT sensor library». Вот ссылка на гитхаб https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library.

После того как в Arduino IDE добавлена плата и подключена библиотека — можно написать код который будет читать данные с датчика и отображать его. Тут еще нет никакого взаимодействия по WiFi, данные отправляются на компьютер по USB.

Компилируем и загружаем код на устройство, включаем Serial Monitor в Arduino IDE и видим что каждые 1.5 секунды на экране появляется числа с температурой и влажностью.

Сборка устройств

Сборка на монтажной плате и первая версия софта показываю что все работает. Следующий этап — нужно спаять устройства.

Для пайки я использовал многожильный провод 0.75 мм, но для этих целий он оказался слишком толстым. Пришлось убирать некоторые жилы из-за этого сборка проходила дольше чем могла бы. Я использовал термоусадочные трубки чтобы закрыть контакты на датчике AM2302, но из-за того что к ногам AM2302 еще и припаивается резистор использовать трубки было неудобно.

Я снимал видео как я паял, потом ускорил это видео и выложил на YouTube. Час пайки за одну минуту — https://www.youtube.com/watch?v=w4MWFH6uB1g

Когда я все спаял и стал проверять я понял что я забыл заказать usb провода и блоки питания. Но мне повезло, в своем ящике со всяким компьютерным барахлом я нашел все что мне нужно. Правда, все USB провода и все блоки питания разные.

Отправка данных по WiFi на сервер

Итак, есть спаянные устройства. Есть код который умеет читать данные с датчика и выводить его на компьютере через USB.

Но идея заключается в том чтобы датчик был автономным. Чтобы не нужно было его подключать к компьютеру по USB. Нужно чтобы USB провод от датчика вставляется в USB блок питания, блок питания — в розетку. А датчик подключался к WiFi и отправлял данные на сервер.

Через некоторое время чтения разной документации и примеров с кодом я написал программу в Arduino IDE чтобы этот датчик подключался к WiFi и отправлял данные на сервер с помощью метода POST протокола HTTP.

B теле запроса отправляется json вида

В теле запроса отправляются не только данные о температуре и влажности, но еще и MAC адрес устройства. Этот адрес должен быть разным для разных устройств и по нему можно понять с какого датчика пришли показания.

Код работает, но в этом коде мне не нравится что я собираю json руками с помощью конкатенации строк, а не используют какую-нибудь хорошо отлаженную библиотеку.

В коде нужно заменить строки «my_wifi_name», «my_wifi_password», «http://example.com/endpoint», нужно указать реальные данные.

Я проверил работу этого кода в трех ситуациях:

• Если устройство выключится а потом включится, (например, выключали электричество), то после включения данные опять пойдут.
• Если сервер стал недоступен, а потом все починилось, то устройство продолжит отправлять данные
• Если WiFi стал недоступен, а потом вернулся, то устройство само переподключится

Все эти 3 нештатные ситуации устройство отрабатывает нормально. Как только проблема пропадает, то все само начинает дальше работать. Устройство не нужно перегружать или еще что-то с ним делать.

Серверная часть

Итак, есть датчики которые умеют отправлять данные с помощью метода POST протокола HTTP.

Нужен сервер который умеет принимать такие данные, сохранять их и визуализировать.

Для этих целей я написал маленький сервер, и завернул его в docker.

Вот пример отправки данных на сервер с помощью «curl»:

Датчик отправляет только MAC адрес, значение температуры и значение влажности. Сервер принимает эти значения, дописывает к ним текущую дату и время и сохраняет эти данные в файл, а еще записывает все это в sqlite базу данных.

Так же в этом репозитории есть еще и микросервис который визуализирует данные с помощью библиотеки Cubism.js.

Вот небольшое видео как меняются данные если нагревать датчик зажигалкой. Для этого видео я поправил код на датчике чтобы он отправлял данные не каждые 30 секунд, а каждые 2 секунды. https://twitter.com/bessarabov/status/1177932537601183752.

Если включить и положить все датчики рядом то видно что данные с них различаются:

Запуск в работу

Итого. У меня есть железки — датчики. На них залита программа которая читает значения и отправляет их на сервер. И есть сервер который получает данные и сохраняет их.

Осталось только установить эти датчики:

Сервер сохраняет данные в файлы. Я взял Jupyter и написал код чтобы нарисовать графики температуры влажности:

Сначала этот датчик собирал данные в квартире, а потом я его отвез на дачу. Видно насколько эти два помещения отличаются.

В качестве эксперимента я поднял у себя Home Assistant и настроил его чтобы он получал данные с этих сенсоров. Это оказалось очень несложно сделать. Вот пример настроек для файла configuration.yaml:

Резюме

Получилось отлично. Сенсор очень просто сделать. Компоненты дешевые, работает отлично. Код программы доступен. Сенсор можно заинтегрировать куда угодно.

Но мое решение больше похоже на прототип чем на настоящий продукт. Вот несколько вещей что хотелось бы сделать иначе:

• Устройство — это микросхема из которой торчат провода. Нужно все это облагородить. Запихнуть все это в красивый корпус.
• Для того чтобы настроить подключение к WiFi нужно подключить устройство по USB к ноутбуку, в код программы вставить название точки доступа и пароль, скомпилировать и залить программу на устройство. Хотелось бы иметь возможность настраивать устройство без необходимости подключать к ноутбуку со специальным софтом. Например, устройство могло бы работать так. Дополнительно на устройстве есть кнопка. Зажимаешь ее на 5 секунд, устройство переходит в режим настройки. Оно становится WiFi точкой доступа к которой можно подключиться. Имя точки доступа — это ее MAC адрес (написан на устройстве). Пароль — серийный номер (тоже написан на устройстве). Подключился к этой точке, заходишь на адрес 192.168.1.1 — там простой веб интерфейс, где выставляешь настройки. Сохраняешь — устройство переходит в рабочий режим, подключается к указанной точке и два раза в минуту отправляет данные. Возможно еще было бы неплохо иметь на устройстве светодиод, разные цвета и разные паттерны моргания означают разные ошибки/состояния.
• Работа устройства зависит от доступности сервера на которое устройство отправляет данные. Если к этому серверу нельзя подключиться (например, нет интернета), то замеры теряются. Возможно если нет доступа до сервера, то имеет смысл сохранять замеры в специальный буфер, а когда доступ к серверу возобновляется, то отправятся все сохраненные замеры.
• Протокол взаимодействия с сервером — HTTP и все работает без необходимости указывать логин/пароль или токен. Возможно что стоит использовать специальный протокол MQTT, но если продолжать использовать HTTP, то нужно переходить на https с авторизацией по токену. Так что тут очень актуальна шутка что в слове IoT буква S означает Security.

Датчик влажности почвы в системах автоматического полива

• Датчик влажности
• Принцип действия автоматики
• Системы автоматизации полива
• Простая схема автоматизации полива
• Исполнительные устройства автоматизации полива
• Недостатки автоматических систем полива
• Заключение
• Видео по теме

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 , который входит в любой цифровой или аналоговый тестер. Раньше такие инструменты называли .

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 система 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 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.

Это гибкие устройства, позволяющие точно настроить автоматический полив в теплице, и можно доверить им 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.

Хорошо зарекомендовали себя клапаны производства американской компании Hunter. Для разных целей используются клапаны c проходным диаметром 1, 1.5, и 2 дюйма с наружной или внутренней резьбой.

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 автополив для цветов, 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 поддавайтесь 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 автоматического полива. 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.

Видео по теме

Сделай сам своими руками О бюджетном решении технических, и не только, задач.

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

1. Пролог.
2. Электрическая схема порогового датчика влажности почвы.
3. Как это работает?
4. 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.

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.

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.

1. Винт М3х8.
2. Гровер М3.
3. Шайба М3.
4. Лепесток М3.
5. Втулка – сталь, Ø8х10мм.
6. Винт М3х6.
7. Пластина – стеклотекстолит S = 2мм.
8. 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.

Комментарии (52)

Страниц: « 1 2 3 4 5 [6] Показать все

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 >>>

Страниц: « 1 2 3 4 5 [6] Показать все

Источник: gk-rosenergo.ru