土壌水分センサー：動作原理とDIY組み立て。自動灌漑システム用の自家製の安定した土壌水分センサー DIY の安定した土壌水分センサー

土壌水分センサーは単調な繰り返し作業を取り除くのに役立ち、土壌水分センサーは過剰な水分を避けるのに役立ちます。このような装置を自分の手で組み立てるのはそれほど難しいことではありません。物理法則が庭師の助けになります。土壌中の水分は電気インパルスの伝導体となり、水分が多ければ多いほど抵抗は低くなります。湿度が低下すると抵抗が増加するため、最適な散水時間を追跡するのに役立ちます。

土壌水分センサーの設計は、弱いエネルギー源に接続された 2 つの導体で構成されており、回路内に抵抗器が存在する必要があります。電極間の空間内の水分の量が増加すると、抵抗が減少し、電流が増加します。

湿気が乾燥すると、抵抗が増加し、電流が減少します。

電極は湿気の多い環境に置かれるため、腐食による有害な影響を軽減するために、キーを使用して電極をオンにすることをお勧めします。通常時はシステムの電源がオフになり、ボタンを押して湿度をチェックするときのみ起動します。

このタイプの土壌水分センサーは温室に設置でき、自動散水の制御を提供するため、システムは人間の介入をまったく必要とせずに機能します。この場合、システムは常に動作状態にありますが、電極が腐食により使用不能にならないように、電極の状態を監視する必要があります。同様のデバイスを屋外の庭の花壇や芝生にも設置できます。これらを使用すると、必要な情報を即座に取得できます。

この場合、システムは単純な触覚よりもはるかに正確であることがわかります。人が土壌が完全に乾燥していると考える場合、センサーは最大 100 単位の土壌水分 (10 進法で評価した場合) を表示しますが、水を与えた直後、この値は 600 ～ 700 単位に増加します。

この後、センサーを使用して土壌中の水分含有量の変化を監視できるようになります。

センサーが屋外で使用されることを目的としている場合、上部情報の歪曲を防ぐために、慎重に封印することをお勧めします。これを行うには、防水エポキシ樹脂でコーティングすることができます。

センサーの設計は次のように組み立てられます。

主要部分は直径 3 ～ 4 mm の 2 つの電極で、テキストライトまたは腐食から保護されたその他の材料で作られたベースに取り付けられています。
電極の一方の端では糸を切る必要があり、もう一方の端は地面に浸しやすいように尖っています。
PCB プレートに穴を開け、そこに電極をねじ込みます。ナットとワッシャーで固定する必要があります。
出力ワイヤはワッシャーの下に配置する必要があり、その後電極が絶縁されます。地面に沈める電極の長さは、使用する容器またはオープンベッドに応じて約 4 ～ 10 cm です。
センサーを動作させるには 35 mA の電流源が必要ですが、システムには 5 V の電圧が必要です。土壌中の水分の量に応じて、返される信号の範囲は 0 ～ 4.2 V になります。抵抗損失は土壌中の水分量を示します。
土壌水分センサーは 3 本のワイヤを介してマイクロプロセッサに接続されており、この目的のために、たとえば Arduino を購入できます。コントローラーを使用すると、システムを土壌水分が過度に減少したときに信号を鳴らすブザーに接続したり、センサーの動作の変化に応じて照明の明るさが変化する LED に接続したりすることができます。

これ手作りの装置たとえば、MegD-328 イーサネットコントローラを使用して、スマートホームシステムの自動散水の一部にすることができます。 Web インターフェイスは、10 ビットシステムで湿度レベルを表示します。0 ～ 300 の範囲は地面が完全に乾燥していることを示し、300 ～ 700 - 土壌に十分な水分があることを示します。700 以上 - 地面は濡れていて水分がまったく含まれていないことを示します。水やりが必要です。

コントローラー、リレー、バッテリーで構成されるこの設計は、適切なハウジングに取り外され、あらゆるプラスチック製のボックスに適合します。

家庭では、このような湿度センサーを使用するのは非常に簡単であると同時に信頼性が高くなります。

土壌水分センサーの用途は非常に多様です。これらは、自動散水システムや植物への手動散水で最もよく使用されます。

植物が土壌の水位に敏感な場合は、植木鉢に設置できます。サボテンなどの多肉植物の場合は、根元の湿度レベルの変化に直接反応する長い電極を選択する必要があります。他の壊れやすい植物にも使用できます。 LEDに接続すると、実行時間を正確に判断できます。
それらは植物への水やりを組織するために不可欠です。同様の原理を使用して、植物噴霧システムを稼働させるために必要な空気湿度センサーも組み立てられます。これらすべてが自動的に植物への水やりと大気湿度の正常なレベルを確保します。
ダーチャでは、センサーを使用することで、各ベッドに水をやる時間を覚えておく必要がなく、電気工学自体が土壌中の水の量を知ることができます。これにより、最近雨が降った場合に水のやりすぎを防ぐことができます。
センサーを使用すると非常に便利な場合もあります。たとえば、地下室や家の下の基礎付近の土壌水分を制御できるようになります。アパートでは、シンクの下に設置できます。パイプから水漏れが始まると、オートメーションがすぐにこれを報告し、近隣への浸水やその後の修理を回避できます。
シンプルなセンサーデバイスを使用すると、わずか数日で家や庭の問題のあるすべてのエリアに警告システムを完全に装備することができます。電極が十分に長ければ、たとえば人工の小さな貯水池の水位を制御するために使用できます。

独自のセンサーを作成すると、最小限のコストで自宅に自動制御システムを装備することができます。

工場で製造されたコンポーネントは、インターネットや専門店で簡単に購入できます。ほとんどのデバイスは、電気工学愛好家の家に必ずある材料で組み立てることができます。

詳細についてはビデオをご覧ください。

にインストールされているデバイスが販売されていることがよくあります。植木鉢土壌水分のレベルを監視し、必要に応じてポンプをオンにして植物に水を与えます。この装置のおかげで、お気に入りのイチジクが枯れるのを心配することなく、安全に1週間の休暇に行くことができます。しかし、そのようなデバイスは設計が非常にシンプルであるため、価格が不当に高くなります。では、自分で作れるならなぜ買うのでしょうか？

スキーム

組み立てのために、シンプルで実績のある土壌水分センサーの回路図を提案します。その図を以下に示します。

2 つはポットのつぼみに下げられます金属棒これは、たとえばペーパークリップをまっすぐにすることによって行うことができます。互いに約2〜3センチメートルの距離で地面に突き刺す必要があります。土が乾燥すると通電が悪くなる電流、バー間の抵抗は非常に高くなります。土壌が濡れていると、その導電率が大幅に増加し、ロッド間の抵抗が減少します。これが回路の動作の基礎となる現象です。
10 kOhm の抵抗とロッド間の土の部分が分圧器を形成し、その出力がオペアンプの反転入力に接続されます。それらの。電圧は土壌の湿り具合のみに依存します。センサーを湿った土壌に置くと、オペアンプ入力の電圧は約 2 ～ 3 ボルトになります。土壌が乾燥すると、この電圧は増加し、土壌が完全に乾燥すると9〜10ボルトの値に達します（特定の電圧値は土壌の種類によって異なります）。オペアンプの非反転入力の電圧は、可変抵抗器 (図では 10 kΩ、値は 10 ～ 100 kΩ の範囲で変更可能) を使用して 0 ～ 12 ボルトの範囲で手動で設定されます。この可変抵抗器を使用して、センサーの応答しきい値を設定します。オペアンプこの回路ではコンパレータとして機能します。反転入力と非反転入力の電圧を比較します。反転入力からの電圧が非反転入力からの電圧を超えるとすぐに、電源マイナスがオペアンプの出力に現れ、LEDが点灯し、トランジスタが開きます。トランジスタは、ウォーターポンプまたは電気バルブを制御するリレーを作動させます。水が鉢に流れ込み始め、土壌は再び湿り、導電率が増加し、回路は給水を止めます。
プリント基板この記事で提案されているものは、TL072、RC4558、NE5532 またはその他の類似品などのデュアルオペアンプを使用するように設計されており、半分は使用されません。回路内のトランジスタは低電力または中電力で使用され、PNP 構造が使用されます。たとえば、KT814 を使用できます。そのタスクはリレーをオンまたはオフにすることですが、リレーの代わりにキーを使用することもできます。電界効果トランジスタ私がやったように。回路の電源電圧は 12 ボルトです。
ボードをダウンロードします。

(ダウンロード: 371)

土壌水分センサーアセンブリ

土壌が乾燥すると、リレーが明確にオンにならない場合がありますが、最初はすぐにクリックし始め、その後になって初めて開いた状態に設定されます。これは、基板から植木鉢までの配線がネットワークノイズを拾い、回路の動作に悪影響を及ぼしていることを示唆しています。この場合、ワイヤをシールド付きワイヤに交換し、図に示されている 100 nF の容量に加えて、4.7 ～ 10 μF の容量の電解コンデンサを土壌領域と並列に配置しても問題はありません。
このスキームの働きがとても気に入ったので、リピートすることをお勧めします。私が組み立てたデバイスの写真:

庭や菜園のすべての所有者が毎日植栽の世話をする機会があるわけではありません。ただし、適時に水やりをしなければ、良い収穫を期待することはできません。

問題の解決策は次のとおりです自動システムを使用すると、不在期間中、サイトの土壌が必要な湿度を確実に維持できるようになります。自動散水の主なコンポーネントは土壌水分センサーです。

湿度センサーの概念

湿度センサーには別の名前もあります。水分計または湿度センサーと呼ばれます。

土壌水分センサーの写真からわかるように、このようなデバイスは、弱い電源に接続された2本のワイヤーで構成されるデバイスです。

電極間の湿度が増加すると、電流の強さと抵抗が減少し、逆に、土壌に十分な水が存在しない場合、これらの指標は増加します。ボタンを押すだけでデバイスの電源が入ります。

電極は湿った土壌に置かれることに注意してください。したがって、キーを使用してデバイスの電源をオンにすることをお勧めします。このテクニックにより、マイナスの影響腐食。

なぜこの装置が必要なのでしょうか?

水分計は設置されているだけでなく、開けた地面、温室でも。土壌水分センサーは水やりの時間を制御するために使用されます。何もする必要はなく、デバイスの電源をオンにするだけです。その後はあなたの参加がなくても機能します。

ただし、電極は腐食劣化を受け、その結果故障する可能性があるため、庭師や庭師は電極の状態を監視する必要があります。

土壌水分センサーの種類

土壌水分センサーにはどのような種類があるのか見てみましょう。通常、次のように分類されます。

容量性。それらの設計は空気凝縮器に似ています。この研究は、湿度に応じた空気の誘電特性の変化に基づいており、これにより容量が増加または減少します。

抵抗力がある。その動作原理は、吸湿性材料に含まれる水分の量に応じて、吸湿性材料の抵抗を変化させることです。

心理測定。このようなセンサーの動作原理と設計はさらに複雑になります。に基づいています物性蒸発による熱損失。この装置は乾式検出器と湿式検出器で構成されます。それらの温度差は、空気中の水蒸気の量を判断するために使用されます。

願望。このタイプは多くの点で前のタイプと似ていますが、混合気を送り込むために使用されるファンが異なります。吸引式湿度測定装置は、空気の動きが弱い、または断続的な場所で使用されます。

どの湿度センサーを選択するかは、それぞれの具体的なケースによって異なります。デバイスの選択は、インストールしたシステムの機能にも影響されます。自動水やりそしてあなたの経済的能力。

センサーを自作するために必要な材料

水分計を自分で作る場合は、以下を準備する必要があります。

直径 3 ～ 4 mm の電極 – 2 個。
テキストライトベース。
ナットとワッシャー。

製造説明書

自分の手で土壌水分センサーを作るにはどうすればよいですか？簡単なチュートリアルは次のとおりです。

ステップ 1. 電極をベースに取り付けます。
ステップ 2. 電極の端の糸を切り、糸で尖らせます。裏土壌に浸透しやすくするためです。
ステップ3。ベースに穴を開け、そこに電極をねじ込みます。留め具にはナットとワッシャーを使用しております。
ステップ 4. ワッシャーに適合する必要なワイヤーを選択します。
ステップ 5. 電極を絶縁します。それらを地面に5〜10 cm深くします。

注意してください！

センサーが動作するには、35 mA の電流と 5 V の電圧が必要です。最後に、3 本のワイヤを使用してデバイスを接続し、マイクロプロセッサに接続します。

コントローラーを使用すると、センサーとブザーを組み合わせることができます。その後、土壌中の水分量が急激に減少すると信号が発せられます。音声信号の代わりに電球が点灯します。

土壌水分センサーは間違いなく農場に必要なものです。サマーハウスや菜園をお持ちの場合は、必ず購入してください。さらに、デバイスは自分で簡単に作成できるため、購入する必要はまったくありません。

土壌水分センサーの写真

注意してください！

についてたくさんのレビューを書いてきましたが、ダーチャオートメーション、そして私たちはダーチャについて話しているので、自動散水は自動化の優先分野の1つです。同時に、ポンプを不必要に稼働させたり、ベッドを浸水させたりしないように、降水量を常に考慮する必要があります。土壌水分データをシームレスに取得する途中で多くのコピーが破損しました。外部の影響に強い別のオプションを検討します。

一対のセンサーは、個別の静電気防止袋に入って 20 日以内に届きました。

販売者のウェブサイトの特徴:):
ブランド: ZHIPU
タイプ: 振動センサー
素材: ブレンド
出力：スイッチングセンサー

開梱:

ワイヤーの長さは約 1 メートルです。

センサー自体に加えて、キットには制御ボードが含まれています。

センサーの長さは約 4 cm です。

センサーの先端はグラファイトのように見え、黒く汚れます。
接点をスカーフにはんだ付けし、センサーを接続してみます。

中国の店舗で最も一般的な土壌水分センサーは次のとおりです。

しばらくすると外部環境に食べられてしまうことは多くの人が知っています。測定直前に電源を入れ、測定しないときは電源を切ることで腐食の影響を若干軽減できます。しかし、これはあまり変わりません。数か月使用した後の状態は次のとおりです。

誰かが厚いものを使おうとしています銅線またはステンレス鋼の棒など、過酷な外部環境向けに特別に設計された代替品が検討の対象となります。

キットのボードを脇に置いて、センサー自体の話に移りましょう。センサーは抵抗式で、環境の湿度に応じて抵抗値が変化します。湿気の多い環境がなければ、センサーの抵抗が非常に大きくなるのは当然です。

センサーを水の入ったコップに下げて、その抵抗が約 160 kΩ になることを確認してみましょう。

それを取り出すと、すべてが元の状態に戻ります。

地上でのテストに移りましょう。乾燥した土壌では次のことがわかります。

水を加えます。

それ以上（約1リットル）：

1.5リットルをほぼ完全に注ぎ出しました。

さらに 1 リットル追加して 5 分間待ちました。

ボードには 4 つのピンがあります。
1 + パワー
2 地球
3 デジタル出力
4つのアナログ出力
テストの結果、アナログ出力とグランドがセンサーに直接接続されていることが判明したため、このセンサーをアナログ入力に接続して使用する予定がある場合、このボードはあまり意味がありません。コントローラーを使用したくない場合は、デジタル出力を使用できます。応答しきい値はボード上のポテンショメーターによって調整されます。デジタル出力を使用する場合の販売者推奨の接続図:

デジタル入力を使用する場合:

小さなレイアウトをまとめてみましょう。

ここではプログラムをダウンロードせずにArduino Nanoを電源として使用しました。デジタル出力は LED に接続されています。ボード上の赤と緑の LED がポテンショメータの任意の位置とセンサー環境の湿度で点灯するのは面白いことですが、唯一のことは、しきい値がトリガーされると、緑の光が少し弱く輝くことです。

しきい値を設定すると、デジタル出力 0 で指定された湿度に達したとき、湿度が不足している場合、供給電圧は次のようになります。

さて、コントローラを手に入れたので、アナログ出力の動作を確認するプログラムを書いてみましょう。センサーのアナログ出力を Arduino Nano のピン A1 に接続し、LED をピン D9 に接続します。
const intanalogInPin = A1; // センサー const intanalogOutPin = 9; // LED に出力 int sensorValue = 0; // センサーから値を読み取り int OutputValue = 0; // LED を使用して PWM ピンに値を出力 void setup() ( Serial.begin(9600); ) void loop() ( // センサー値を読み取る sensorValue =analogRead(analogInPin); // 範囲を変換する可能な値 sensor (400-1023 - 実験的に設定) // PWM 出力範囲 0-255 に設定します OutputValue = map(sensorValue, 400, 1023, 0, 255);
// 指定された明るさで LED をオンにしますanalogWrite(analogOutPin, OutputValue);
// 番号を出力します Serial.print("sensor = ");

Serial.print(sensorValue);

Serial.print("\t 出力 = ");

Serial.println(outputValue);

// 遅延遅延(2); )
コード全体をコメントアウトしましたが、LEDの明るさはセンサーが検出した湿度に反比例します。何かを制御する必要がある場合は、取得した値を実験的に決定された特定のしきい値と比較し、たとえばリレーをオンにするだけで十分です。ランダムなスパイクやドロップが発生する可能性があるため、私が唯一お勧めするのは、複数の値を処理し、しきい値との比較に平均を使用することです。

センサーを浸すと次のことがわかります。
コントローラー出力:

これを削除すると、コントローラーの出力が変わります。このテストアセンブリの動作のビデオ: 概して、このセンサーは外部環境に耐性があるようですが、これが真実かどうかは時間が経てばわかります。 +55 +99

このセンサーは (同様のセンサーと同様に) 湿度の正確な指標として使用することはできません。その主な用途は、しきい値の決定とダイナミクスの分析です。興味があれば、引き続き私の田舎の工芸品について書きます。このレビューを最後まで読んでくださった皆さんに感謝します。この情報が誰かの役に立つことを願っています。土壌水分を完全にコントロールして誰にでも優しい！ +74を購入する予定ですお気に入りに追加

今この記事を読んでいるあなたは、おそらく花に水をやるプロセスにとてもうんざりしているでしょう。結局のところ、花は繊細な生き物なので、少し水をやりすぎたり、気分が悪くなったり、一日水やりを忘れたりすると、それだけで、もうすぐ色褪せてしまいます。そして、飼い主が一週間休暇に行っただけで、世界中でどれだけの花が枯れ、かわいそうな緑色の生き物たちが乾いた鉢の中で枯れてしまったことでしょう。想像すると怖いですね。

このような悲惨な状況を防ぐために、自動給水システムが発明されました。土壌水分を測定するセンサーがポットに取り付けられています。これは、金属製の棒に使用されます。ステンレス鋼、互いに1センチメートルの距離で地面に突き刺さりました。

それらはワイヤを介して回路に接続されており、その役割は、湿度が設定値を下回った場合にのみリレーを開き、土壌が再び湿気で飽和した瞬間にリレーを閉じることです。次に、リレーはポンプを制御し、水を貯水池から植物の根元に直接送り出します。

センサー回路

知られているように、乾燥した土壌と湿った土壌の電気伝導率は非常に大きく異なり、この事実がセンサーの動作の基礎となっています。 10 kΩ の抵抗とロッド間の土の部分が分圧器を形成し、その中間点がオペアンプの入力に直接接続されています。電圧は、可変抵抗器の中点からオペアンプのもう一方の入力に供給されます。ゼロから電源電圧まで調整できます。この助けを借りて、オペアンプが動作する役割を果たすコンパレータのスイッチングしきい値が設定されます。一方の入力の電圧がもう一方の入力の電圧を超えるとすぐに、出力は論理「1」になり、LED が点灯し、トランジスタが開き、リレーがオンになります。 KT3107 や KT814 など、電流と電圧に適した PNP 構造の任意のトランジスタを使用できます。オペアンプ TL072 または同様のもの (RC4558 など)。低電力ダイオード (1n4148 など) をリレー巻線と並列に配置する必要があります。回路の電源電圧は 12 ボルトです。

ポットからボード自体までの配線が長いため、リレーが明確に切り替わらず、頻繁にクリック音が鳴り始めるという状況が発生する可能性があります。交流ネットワーク上で、しばらくしてからインストールされるオープンポジション。この悪い現象を解消するには、容量 10 ～ 100 μF の電解コンデンサをセンサーと並列に配置する必要があります。ボードでアーカイブします。ハッピービルディング！著者 - ドミトリー S.

記事について議論する土壌水分センサー図