Измерение влажности почвы

Фон

Чтобы подкрепить свои давние амбиции вернуться к электронике, я решил попробовать и создать устройство, которое измеряет влажность почвы горшечных растений, чтобы определить, нужно ли их поливать. Цель первого воплощения состоит в том, чтобы иметь светодиод, показывающий текущий уровень воды в растении (добавьте, что вода красная!), Но, конечно, у меня есть дикие планы по самостоятельному поливу растений в будущем.

Мой первый удар был основан на инструктируемом Гардуино , а именно здесь:

Это простой делитель напряжения с использованием известного резистора и двух электродов из медной проволоки, застрявших в земле в качестве измерительного устройства. Измеренное при A0использовании АЦП напряжение на моем Teensy ++ пропорционально отношению сопротивлений, и я могу вернуться к фактическому сопротивлению почвы.

Однако на практике сопротивление грунта оказалось очень большим. Почти сразу после включения прибора измеренное сопротивление грунта начало падать. (Это также происходит, если вы вставляете мультиметр в установку.) После нескольких дней измерений я не смог найти никакой полезной связи между измерениями и уровнем влажности. Извлечение зонда и осмотр его выявили значительный потемнение на аноде. Для меня это указывает на то, что происходит какая-то химическая реакция (электролиз?). Мультиметр измеряет разность напряжений в несколько десятков милливольт: я превратил свое растение в батарею!

Чтобы избежать этой проблемы, я перешел к зонду, изготовленному из винтов из нержавеющей стали. Поскольку они значительно менее химически активны, чем медь, окисление должно быть меньшей проблемой. Кроме того, чтобы избежать «зарядки» почвы, я поместил делитель напряжения между двумя выводами цифрового вывода Teensy. Измерение происходит следующим образом:

• Оба штыря находятся на низком уровне, когда измерения не проводятся.
• Я вожу один пин высоко. Я жду одну миллисекунду и измеряю напряжение в центре делителя.
• Я инвертирую напряжение на контактах (высокий <-> низкий), жду одну миллисекунду и измеряю снова. Теперь я должен измерить дополнение первого измерения.
• Оба контакта снова подаются на низкий уровень, и прибор спит до следующего измерения.

Это уменьшает проблему окисления, но измеренное сопротивление почвы, похоже, начинает падать, как только я начинаю измерения.

Вопрос

1. Кто-нибудь может порекомендовать надежный метод измерения влажности почвы?
2. Кто-нибудь может объяснить, что на самом деле здесь происходит?

Мозговой штурм:

Я недавно читал о емкостном зондировании . Емкостные сенсорные датчики имеют большое преимущество, заключающееся в том, что они могут быть полностью герметично закрыты тонким слоем пластика, благодаря чему не подвержен коррозии металла. ( «Электроника и робототехника: ощущать прикосновение сквозь толстую поверхность?» )

Поскольку вы не можете получить постоянный ток через пластик, такие датчики должны использовать переменный ток, как предположил Леон Хеллер.

Увы, большая часть обсуждений, которые я видел, была о том, как реагировать только на интеллектуальные нажатия пальцами; что мало обсуждается в отношении воды и влаги, так это о том, как уменьшить чувствительность емкостных датчиков к брызгам воды. ( «Форумы Sparkfun: емкостные датчики и гидроизоляция» ). Очевидно, что они чувствительны к воде, поэтому, возможно, вы могли бы использовать этот «недостаток» и превратить его в функцию.

Вы должны использовать переменный ток, чтобы избежать поляризации электродов с мостовой схемой Веннера.

Единственный надежный метод измерения влажности почвы, о котором я знаю, - это использование этих зондов.

Вот как это делает ботанический сад.

Я сконструировал датчик влажности почвы, используя два оцинкованных гвоздя, установленных в баллоне с гипсом из Парижа. Я не проверял его в течение достаточно длительного периода времени, чтобы сделать какие-либо выводы, как вы, но вы можете поэкспериментировать с этим дизайном.

Пластырь нейтрализует любую кислоту во влаге, таким образом изолируя влажность как переменную (но также работает как своего рода фильтр нижних частот!) + Гальванизация ногтей помогает предотвратить их окисление.

Пожалуйста, напишите, если вы найдете хорошее решение.

Вы можете попробовать использовать датчики водяных знаков Irrometer. Я использую их сейчас для измерения влажности почвы. Если вам интересно, я могу попробовать раскопать схему.

Я бы порекомендовал датчики Watermark. Они долговечны и довольно легко читаются. Вам нужно два цифровых выхода плюс один вход на датчик.

Подключите каждый измеритель к своим выходам последовательно с резистором 10 кОм. Если вы хотите измерить, установите один выход High, а другой Low. Измерьте напряжение на датчике. http://www.irrometer.com/pdf/supportmaterial/sensors/voltage-WM-chart.pdf имеет диаграмму для грубой калибровки; вам нужно будет установить «полностью влажную» базовую линию. Поскольку вы должны тщательно намочить почву, когда вы закапываете датчик, вы все равно должны это сделать, чтобы убедиться, что устройство работает правильно.

Вы используете два выхода, потому что вы должны переключить полярность, чтобы избежать коррозии.