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.

Влажность земли является важнейшим агротехническим параметром в почвоведении, геологии, экологии, садоводстве, который оказывает серьезное воздействие на качественное функционирование экологической системы – биогеоценоза. На сегодняшний день существует множество способов его измерения. В статье расскажем про определение влажности почвы, сравним эффективность различных приборов для ее измерения.

Причины необходимости увлажненности земли

Влажность – это один из главных факторов, влияющих на плодородность грунта. Она реализует такие задачи:

• обогащение овощных и плодовых культур водой;
• увлажненность грунта влияет на количество воздуха, уровень соли, а также наличие вредных компонентов;
• обеспечивает пластичную и плотную структуру земли;
• влияет на температуру, а также теплоемкость;
• не допускает выветривания грунтов;
• показывает способность почвы к агротехническим и сельскохозяйственным процессам.

Для полноценной жизнедеятельности растительного организма его клеткам, а также тканям следует в достаточном объеме получать воду, в частности во время активации жизненные процессов.

Оптимальные уровни увлажненности грунта

Совет #1. Следует учесть, что уровень оптимальной влажности во время всходов должен быть выше, нежели в процессе дозревания сельскохозяйственных культур.

Как определить увлажненность земли

На сегодняшний день существуют такие методы исчисления влажности грунта:

• термостатно-весовой;
• радиоактивный – представляет собой измерение излучения радиоактивных веществ, находящихся в земле;
• электрический – в данном случае производится определение почвенного сопротивления, проводимости, индуктивности, а также емкости;
• тензометрический – метод основывается на разнице напряжения воды между границами фаз;
• оптический – этот способ характеризуется отражаемостью световых потоков;
• экспресс-методы, в частности органолептический.

Самыми легкими и распространенными считаются термостатно-весовой, а также органолептический методы. Первый является наиболее точным, а второй, в свою очередь, требует мало времени и не нуждается в специальном оборудовании. Приспособления для определения электрического сопротивления указаны в таблице.

Определение электрического сопротивления

В данном случае применяются датчики, которые изготовлены из гипса. В этих датчиках размещено 2 электрода, подключенных непосредственно к счетчику. Электрическое сопротивление материала находится в зависимости от наличия в нем жидкости, что, соответственно, измеряет уровень увлажнения земли. В грунте проделывают отверстия до нужной глубины с последующим размещением в них датчиков. Важным является близкий контакт между чувствительным элементом, а также землей (это необходимый фактор для всех влагомеров).

Современные виды датчиков применяют грануловидный материал, окружающий специальную мембрану и перфорированные крышки, которые произведены из стали либо ПВХ. Таким образом достигается более долгий период эксплуатации датчиков, быстрейший отклик, а также точнейшие измерения. Эти датчики допустимо применять в системах полива, которые контролируются автоматически. Приборы для определения влаги, оборудованные диэлектрическими зондами, указаны в таблице.

Измерения с применением диэлектрических зондов TDR и EDR

Определение показателей увлажненности земли при помощи этого способа осуществляется посредством исчисления диэлектрической среды, зависящей от увлажненности грунта. Проверка наличия влаги в земле провоцирует смену ее диэлектрической постоянной, а это дает возможность вымерять соотношение между данными параметрами. Достоинством этого вида датчика является способность передавать измерения без участия проводов.

На сегодняшний день представлены также приспособления, зонды которых постоянно находятся в трубе на необходимой глубине. Показания в этом случае снимаются автоматически, а потом передаются наблюдателю. Соответственно, и цена данных приборов на порядок выше. Приборы для измерения при помощи почвенных тензиометров указаны в таблице.

Метод тензиометра для измерения влажности

Тензиометр состоит из керамического фильтра, пластиковой трубы и вакуумного манометра, непосредственно после заполнения водой который опускают в землю для исчисления давления. Жидкость передвигается по керамическому элементу, что вызывает смену давления в трубе, а также изменения показаний счетчика. После процедуры гидратации либо осадков в земле вода не попадает в трубку, до момента смещения потенциалов между грунтом и тензиометром. Приспособления представляют собой трубки, доступные для приобретения, разной длины для исчисления показателей влаги в земле на разнообразных глубинах.

Приборы применяются, как правило, для определения начала, а также конца полива. Их предпочтительнее размещать на разные глубины, к примеру 20 или 40 сантиметров. Исходя из результатов исследования прибора, возможно измерить период начала полива (основываясь на данных устройства, размещенного близко к поверхности), а также время конца орошения (согласно показаниям приспособления, находящегося глубже).

Как повысить увлажненность грунта

Для увеличения влажности, например в теплице, следует производить опрыскивание культур, дорожек, тепловых приборов, а также стеклянного потолка и увеличить количество орошений. Помимо шлангового полива, на сегодняшний день в хозяйствах используется: дождевание, подпочвенное орошение и капельный полив. Наиболее популярный вид – это дождевание, в данном случае одновременно поливаются растения, понижается температура листвы, а также испарения, ликвидируется перегрев культур.

Совет #2. Для уменьшения уровня увлажненности земли в тепличной конструкции следует осуществить вентиляцию, поднять температурные показатели воздуха, урезать количество и объем поливов .

Влияет ли регион на увлажненность грунта

Для Подмосковья характерны подзолистые, дерново-подзолистые почвы, серые лесные, черноземы. Для территории Урала – глинистые, песчаные и подзолистые. В Сибири распространены подзолистые почвы. В Поволжье – черноземы и подзолистые, а в Ленинградской области зачастую встречаются подзолистые грунты.

Как рассчитать оптимальный период и размер полива

Множество проведенных исследований указывают на то, что самыми оптимальными показателями потребности растительного организма в воде можно назвать физиологическое состояние данного растения, сосущая сила листвы, концентрация и осмотическое давление клеточного сока и пр.:

• зачастую практикуется для определения поливных сроков визуальный способ, то есть по внешним признакам;
• следующий ориентировочный метод – это измерение увлажненности грунта на ощупь;
• примерные нормы орошения возможно определить при помощи суммарной радиации. Последняя в данном случае измеряется в периодах между процедурами полива.

Схема полива для разной влажности грунта

Влажность земли относится к главным факторам плодородия. Рассмотрим главные требования к орошению грунта на различных этапах культивации овощных, а также плодовых культур:

• умеренный полив – нельзя допускать переувлажнения, а также полного высыхания грунта;
• опрыскивание листы во время цветения – обильный полив осуществляется в летнее время, после окончания цветения в период покоя растения проводится редко;
• опрыскивание в теплые сезоны – земле летом требуется обильный полив, уменьшаемый в холодное время.

Ответы на распространенные вопросы

Вопрос №1. Как определить, достаточно ли в земле влаги?

Нужно взять в руку немного земли и сжать ее, если влага между пальцев не проступила, раскройте ладонь. Комок почвы не распался – это означает, что уровень влажности удовлетворительный.

Вопрос №2. Как можно повысить влажность почвы в тепличной конструкции?

В данном случае необходимо увеличить полив, немного понизить температуру, а также осуществлять опрыскивание растений, почвы и дорожек водой.

Вопрос №3. В какой период роста растений им необходимо наибольшее количество влаги?

Во время вегетации растительные организмы больше всего нуждаются в интенсивном поливе.

Вопрос №4. Какой метод измерения влажности грунта является оптимальным?

Наиболее простыми и популярными являются термостатно-весовой, а также органолептический методы.

Ошибки садоводов, приводящие к заболачиванию почвы

• Основная оплошность заключается в неотрегулированном орошении земель.
• Еще следует отметить отсутствие известкования и корректной подкормки почв, подверженных заболачиванию.
• Также садоводы зачастую забывают об организации дренажной системы. Все это в целом негативно сказывается на качестве грунта.

Как таковые понятия нехватки влаги либо переувлажнения довольно относительны. Повышенная влажность грунта в сочетании с масштабными минеральными подкормками, а также благоприятными показателями температуры активирует интенсивный фотосинтез, стремительный рост культур и увеличение общей биомассы. Соответственно, при уменьшении температуры аналогичное увеличенное увлажнение влияет уже негативно. Как видим, такой параметр, как влажность почвы очень важен в процессе выращивания любой культуры на различных типах грунтов и в различных климатических широтах.

Определитель влажности почвы ЕТР-300 – прибор не требует батареек, используется для установления уровня влажности почвы, для дома и сада

Описание:

Прибор не требует батареек! Прибор является готовым изделием и используется для установления уровня влажности почвы, для дома и сада. Прост в использовании, позволяет с высокой точностью установить уровень влажности почвы на глубине корней растений, что дает возможность предотвратить пересыхание или замокание почвы и способствует поддержанию здоровья растений и их правильному развитию. Идеально подходит для дома, сада или дачи.

Применение:

1. Вставьте металлический щуп в почву до 3/4 его длины у основания растения, не прилагая чрезмерных усилий, чтобы не повредить корни или сам прибор.

– стрелка индикатора находится в КРАСНОЙ зоне шкалы (0-3) – сухая или чуть влажная почва. Подходит для таких растений, как, например, кактусы.

– стрелка индикатора находится в ЗЕЛЕНОЙ зоне шкалы (4-7) – слегка влажная или влажная почва. Подходит для большинства комнатных растений и огородных культур.

– стрелка индикатора находится в СИНЕЙ зоне шкалы (8-10) – очень влажная почва. Не поливайте растение до тех пор, пока уровень влажности не снизится.

– для получения наилучшего результата регулярно проверяйте уровень влажности почвы.

3. После каждого использования следует извлечь измеритель из почвы и протереть его тканью насухо.

Оптимальный уровень влажности для некоторых растений:

ВАЖНО:

Каждому растению требуется своя регулярность и норма полива, которые могут изменяться в различные периоды их жизни. Полив следует производить ориентируясь на состояние самих растений: подвявшие листы сигнализируют о недостатке в клетках влаги, а грибок или гниль на плодах – о ее переизбытке. С помощью прибора вы сможете зафиксировать оптимальные уровни влажности почвы для каждого растения и придерживаться их в дальнейшем.

Габаритные размеры: 285х50 мм.

Материал: пластмасса, металл.

Срок годности – не ограничен.

Производитель: Китай.

Вы можете купить Определитель влажности почвы ЕТР-300 с доставкой курьером по Москве, оформив заказ через корзину.

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.