Датчик влажности воздуха: как сделать своими руками, подключение

Датчик влажности почвы своими руками

Пожалуй, у каждого из нас были такие моменты, когда нужно куда-нибудь уехать на недельку-две, всё бы хорошо, но вот кто позаботится о комнатных растениях? Одна неделя без полива запросто может оказаться роковой для цветов на подоконнике, особенно если дело происходит летом. Да и просто так, ради интереса автоматизировать процесс полива цветов хотелось бы многим. Ключевой элемент таких автоматизированных систем — датчик влажности почвы, который должен безошибочно срабатывать, когда почва подсохнет. Схема такого датчика представлена ниже.

Она основана на операционном усилителе, который работает в качестве компаратора, сравнивая напряжение на своих входах. К каждому из входов подключен делитель напряжения — в одном случае он представляет собой потенциометр, позволяющий вручную установить напряжение, а вот втором — делитель из постоянного резистора и почвенного щупа. Как известно, при иссушении земли её электрическое сопротивление увеличивается, именно этот эффект и регистрирует датчик. Потенциометром мы можем настраивать порог, при какой влажности почвы произойдёт срабатывание. В схеме можно использовать любой операционный усилитель, по распиновке на плату подойдут TL062, TL072, TL082, RC4558, NE5532.

Схема содержит два светодиода, красный и зелёный (цвета можно брать любые) — красный горит всегда, когда плата подключена к питанию, а зелёный загорается тогда, тогда влажность почвы падает до определённого порога. Через резистор выход операционного усилителя управляет базой транзистора, который, в свою очередь, коммутирует обмотку реле. Можно применить транзисторы КТ3107, КТ814 или другие PNP структуры с током не менее 100 мА, а лучше больше. Щуп, который находится в земле в самом простейшем случае может представлять собой две толстые проволочки длиной 4-5 см, воткнутые в землю на расстоянии 1-2 см друг от друга. Необходимо выбирать такие материалы, которые не окисляются и не ржавеют в земле. Также можно использовать готовые щупы, один из таких приведён на фото ниже.

Схема собирается на небольшой печатной плате, файл с которой прикреплён к статье. Плата содержит клеммную колонку на 6 контактов: 2 для питания, 2 для подключения реле и ещё 2 для подключения щупа. Следует отметить, что на выход схемы не обязательно подключать реле. Это может быть просто световой индикатор, сирена либо любой другое маломощное электронное устройство. Также схему можно усовершенствовать, поставив более мощный PNP транзистор, в этом случае схема сможет напрямую коммутировать мощную нагрузку, например, водяной насос. Удачной сборки!

Источник

Гигрометры бывают следующих видов:

волосной;
весовой;
керамический;
конденсационный;
электронный;
психрометрический (психрометр).

Рассмотрим более подробно технологию действия каждого вида устройства.

Волосной гигрометр

Волосные гигрометры работают на основе обычного волоса и его свойств. Волос может изменять свою длину при различной влажности воздуха. Он натягивается на дощечку или рамку и, удлиняясь или укорачиваясь, двигает стрелку, которая в свою очередь перемещается по шкале устройства.

Волосной гигрометр хорош для домашнего использования, если необязательно получение предельно точных данных.

Также их не стоит перемещать или как-то иначе механически на них воздействовать. При малейшем ударе гигрометр может выйти из строя, так как вся его конструкция достаточно хрупка и деликатна.

Весовой гигрометр

Абсолютный весовой гигрометр состоит из нескольких трубок, приведенных в систему. В них помещается гигроскопическое вещество, которое может поглощать из воздуха влагу.

Через всю систему протягивается определенная порция воздуха, взятая в одной точке пространства.

Так, человек определяет массу трубочной системы до пропуска через нее воздуха и после, а также непосредственно объем проведенного воздуха и при нехитрых математических манипуляциях может просчитать изучаемый показатель в абсолютном значении.

Механический (керамический) гигрометр

Пористая или твердая керамическая масса, в состав которой также входят металлические элементы имеет электрическое сопротивление. Его уровень напрямую зависит от влажности.

Для правильного его действия керамическая масса должна состоять из некоторых окислов металла. В качестве основы используется каолин, кремний и глина.

Конденсационный гигрометр

Такой гигрометр достаточно прост в применении. Принцип его действия основывается на использовании встроенного зеркала. Температура этого зеркала изменяется вместе с температурой воздуха в окружающем пространстве.

Определяется его температура в первоначальный момент измерения. Далее на поверхности зеркала появляются капли влаги либо небольшие кристаллы льда. Температура измеряется еще раз.

С помощью разницы температур, определенных конденсационным гигрометром, и определяется влажность воздуха.

Электронный гигрометр

На пластинку из стекла или другого подобного электроизоляционного вещества наносят слой хлорида лития.

Меняется влажность – увеличивается или уменьшается концентрация и сопротивляемость хлористого лития.

Стоит отметить, что на показания электронного (электролитического) гигрометра может оказывать незначительное влияние температура воздуха, поэтому он часто оборудован встроенным термометром.

Такой гигрометр предельно точен и дает показания с минимальной погрешностью.

Психрометрический гигрометр (психрометр)

Психрометр представляет собой систему из двух обычных спиртовых термометров. Один из них сухой, а второй – влажный (это состояние регулярно поддерживается).

Чем быстрее испаряется влага, тем ниже относительная влажность. Конденсированная жидкость при этом начинает охлаждаться. Таким образом, устанавливают разницу между температурами двух термометров и скорость испарения, а на их основе находят влажность воздуха.

Психрометр не является гигрометром в прямом смысле, но измеряет тот же показатель, поэтому их зачастую отожествляют.

По сути, принцип действия любого гигрометра достаточно прост и базируется на физических или химических свойствах материалов и веществ.

Практически любой гигрометр подойдет для использования вы бытовых условиях, но самые точные данные все же дают электронные гигрометры.

Бесконтактные влагомеры: особенности применения

Такие измерители используют для работы электромагнитные колебания. Чувствительные элементы располагаются на задней панели прибора, поэтому для применения эту панель необходимо разместить параллельно поверхности грунта на расстоянии 3…5 мм от неё. Интенсивность создающегося при этом электромагнитного поля пропорционально удельной электропроводности среды, которая, в свою очередь, зависит от её влажности.

Преимущества такого рода измерительной техники заключаются в том, что глубина проникновения электромагнитных воле не зависит от плотности ввода щупов почву, а зона измерения не носит точечного характера (см. рис. 6). За одно измерение влажность определяется для участка объёмом до 100 см3, поэтому потребное количество замеров снижается. Поскольку следов от применения бесконтактного влагомера не остаётся, он может использоваться для определения влажности грунта контролирующей организацией.

Рисунок 6. Беспроводное устройство для определения влажности грунта

Как самостоятельно изготовить датчик влажности

Датчик влажности почвы своими руками может стать экономичной альтернативой аналогичным гаджетам, доступным на рынке.

Его можно собрать из металлических зондов, которые вставляются в блок из гипса. Сопротивление между этими материалами даст уровни влажности, которые будут считываться с помощью аналогового измерительного прибора. Процесс изготовления устройства несложен:

В качестве зондов-штырей используются металлические гвозди, вставляемые в соломинки. Верхний конец следует скрепить клеем. Глубина свободного конца должна быть не менее 15 мм.
Для изготовления формы разводят гипсовую штукатурку, и при помощи отвёртки вставляют штыри в гипс. При этом рекомендуется слегка простучать по соломинкам, чтобы удалить оттуда воздух.
Краем отвёртки на торце штырей выполняется конус, после чего конструкции дают полностью высохнуть (это занимает не менее суток).
Форма прикрепляется к любой плоской поверхности, а лишняя часть соломинок обрезается. Ваш детектор влажности готов к тестированию.
Для проверки к выступающим гвоздям подключаются провода любого аналогового измерительного устройства. Это даст показания, которые будут стандартными для устройства в сухом состоянии.
Вставляют датчик влажности в почву так, чтобы полностью погрузить его верхнюю часть в почву. Разность показаний даст сравнительную оценку относительной влажности грунта.

Все работы необходимо производить в тонких резиновых перчатках (так как кожа человека проводит электричество). Это исключает влияние посторонних факторов на итоговый результат.

Схема подключения

Принцип соединения гигрометра с Arduino общий для всех видов сенсоров.

Выход VCC подключается к Arduino на 5В-контакт.
GND соединяется с соответствующим контактом Ардуино.
Сигнальный выход — с сигнальным входом (аналоговым или цифровым, в зависимости от ситуации).

Возможности платы Ардуино позволяют реализовать различные способы считывания. Можно, например, выводить показатели на небольшой LCD-дисплей, включать или выключать диоды, инициировать отправку иных сигналов или запуск автоматической «поливалки». Все зависит от желания владельца и заложенных в программу контроллера директив.

Как пользоваться измерителем

Как упоминалось выше, измеритель – это прибор, который очень легко использовать. В комплекте с каждым устройством, предназначенным для измерения уровня влажности, идет подробная инструкция, которая поможет разобраться в конструкции прибора и понять, как его использовать. Предлагаем вам ознакомиться с некоторыми нюансами, знание которых поможет получить наиболее точные измерения:

После внесения удобрений, использовать измерительный прибор можно только спустя 72 часа.
Участок, который вы планируете проверить, необходимо предварительно полить.
В том месте, где будет расположен щуп, грунт должен быть очень хорошо утрамбован.
Произведите не менее 3 замеров и высчитайте средний показатель.
По окончанию работ, стержень прибора необходимо тщательно очистить при помощи салфетки. Помните – он должен содержаться в чистоте.

Совершая покупку, не забудьте уточнить у консультанта, откалиброван ли прибор для измерения влажности и кислотности грунта. Если калибровка не была проведена, то сделать это необходимо самостоятельно. Для этого вам понадобится буферный раствор, который можно приобрести в том же магазине.

Промышленные датчики температуры и влажности

При наличии средств, все эти приборы можно приобрести в заводском исполнении.

Это может быть отдельно вынесенный датчик влажности для индикации, или встроенный сенсор с подключением к системе «умный дом». Многие датчики позволяют получать информацию дистанционно, с передачей по сети интернет или на мобильный планшет.

В данном материале есть описание различных типов сенсоров: каждый из них хорош для конкретных условий применения. Не обязательно выбирать самый дорогой и защищенный от агрессивной внешней среды прибор, если он будет использоваться в помещении.

Равно как датчик влажности почвы для горшков комнатных растений, не сможет контролировать обширные грядки в теплице или на поле.

Почему появляется необходимость увлажнять грунт

На сегодняшний день, наблюдается довольно быстрое развитие высоких технологий. Специалисты трудятся над улучшением и созданием новых приборов, которые смогли бы облегчить работу человека в той или иной отрасли. Это касается и сельского хозяйства. Устройства, которые используются для работы с землей, существенно облегчают жизнь людям, работающим в этой сфере.

Когда возникает необходимость перевозить, хранить или обрабатывать зерновые культуры, важным нюансом становится сохранение всех характеристик и качества зерна. Кроме того, необходимо сохранить и его полезные свойства. Это может быть возможно только в случае соблюдения необходимого уровня влажности и температурного режима. Для этого используются специальные измерительные приборы.

Во время роста растения, уровень содержания влаги в его тканях составляет от 70 до 90%.
Наличие достаточного количества воды – это один из самых главных факторов, которые оказывают непосредственное влияние на плодородность почвы. Ее наличие отвечает за:

обогащение той или иной культуры необходимым количеством жидкости;
количество содержания в почве воздуха, соли и некоторых компонентов, которые могут навредить растению;
пластичность и плотность грунта;
готовность грунта к сельскохозяйственным и агротехническим процессам.

Если в грунте отсутствует достаточное количество воды, активация жизненных процессов растения и его дальнейшая полноценная жизнедеятельность попросту невозможна.

Обзор популярных устройств

HIG-2

Датчик влажности SOLER&PALAU HIG-2 реагирует при влажности 60-90%, температуре от 0 до 40°С. Гигростат используется для автоматического включения и выключения вентиляторов, опираясь на заданный уровень относительной влажности.

После достижения заданного показателя влажности датчик выключается и срабатывает таймер задержки отключения.

После отработки по таймеру вентилятор автоматически отключается и датчик переходит в режим ожидания. Электробезопасность обеспечивается

DHT11 и DHT22

Датчики температуры и влажности DHT11 и DHT22 принадлежат группе недорогих и простых. Датчики DHT собраны из двух деталей: емкостный датчик влажности и термистор.

В корпус датчика встроен простой чип для изменения аналогового сигнала в цифровой. Считывать цифровой сигнал на выходе совершенно просто — при помощи любого контроллера.

Изучив все технические показатели можно сделать вывод, что DHT22 более точный и имеет больший масштаб измеряемых значений. Оба датчика имеют по одному цифровому выходу. Запросы к ним можно отправлять не чаще чем один в секунду или две.

Xiaomi

Компания Xiaomi выпускает широкую линейку недорогой техники, но имеет отличительные от других производителей характеристики, имея свои достоинства и недостатки.

Так в модельном ряду присутствуют и датчики температуры и влажности. Представляет собой крошечное устройство, которое реагирует на изменение заданных показателей. Управление осуществляется через приложение и специальную программу.

Датчик сконструирован довольно примитивно, крепится на поверхность, использует батарейку, поверх устройства имеется кнопка, которая загорается в момент первого включения. Гаджет работает только в совокупности с главным устройством.

Рабочие температуры датчика варьируются от -20 до 60ºС. Влажность – от 0 до 100%, Измерение температуры и влажности происходит постоянно.

Устройство подает сигнал (мигание света или звук) опасности, если показатели датчика уходят за границу установленной нормы. К основному аппарату можно подсоединить несколько датчиков и контролировать влажность в разных помещениях.

ИВИТ-М

Устройство измерения температуры и влажности Ивит–М разработан для контроля влажности воздуха и неагрессивных газов в промышленности, жкх и сельской деятельности.

В устройствах ИВИТ-М используются высококачественные сенсоры емкостного типа, имеющие временную и температурную стабильность параметров. Технические показатели и класс точности прибора разделяют датчики на типы. Все устройства ИВИТ-М обладают высокой точностью измерения.

У датчика влажности воздуха ИВИТ-М есть защита от конденсации влаги на чувствительном элементе. В случае повышения значения в 90% моментально срабатывает, нагрев микронагревателя сенсора, способствующего повышению температуры на 5°С выше температуры окружающей среды. Причем относительная влажность около чувствительного элемента снижается и исключается вероятность конденсации влаги.

Подключение датчика к системе, калибровка

Здесь надо уже вам написать, как все это подключить к OWS. Основные мысли: Читаем показатели с DS2706. В данной реализации они всегда будут отрицательными в диапазоне от -2,56 вольт до 0. То есть для преобразования в проценты используем выражение dblMoisture = ((dblMoisure — MOIS_OFFSET) * MOIS_COEFF)/(-2.56)*100 Две константы используем при калибровке. Рекомендуется калибровка: 1. Снимаем гипсовый датчик. Это эмулирует состояние «0%-сухо». Снимаем показания вольт, преобразуем в проценты и присваиваем константе MOIS_OFFSET 2. Замыкаем вывода на датчик перемычкой. Это эмулирует состояние «100%-влажно». Делим 2,56 на полученное значение (по модулю) и записываем в константу MOIS_COEFF.

Самый простой вариант самодельного датчика влажности

Подробности: Категория: Измерения

Очевидно, рассмотренный датчик может быть заменен на другой самодельный, к примеру с такими рекомендациями. Соединительные провода припаиваются к двум металлическим спицам длиной 12-15 см каждая. Спицы располагаются параллельно друг другу на полу на расстоянии 0,5-1 см (в районе ожидаемой протечки) и крепятся к полу обыкновенным лейкопластырем. Материал пола значения не имеет. Кроме того, конструкция датчика может иметь много вариантов.Определяющее значение в данном устройстве имеет высокая чувствительность электронной схемы к даже незначительному изменению сопротивления между контактами датчика. Самый простой промышленный датчик влажности, который мне приходилось видеть, был создан компанией Philips и стоил менее 1 долл. Внешний вид — две пластинки из нержавеющей стали с изолятором в виде тонкого (пластикового на вид) сита из волос (как вариант повторения в домашних условиях можно взять две монетки по 2 руб. и обмотать леской — в виде изолятора). Принцип работы такого датчика в линейном измерении емкости в довольно узком диапазоне 200-300 пФ. При увеличении влажности, как было рассмотрено выше, волос удлиняется.Такой датчик применяют вместо времязадающего конденсатора в генераторе на микросхеме КР1006ВИ1 (зарубежный аналог NE555); при изменении влажности частота генератора изменялась. Простая электрическая схема (рис.1), где в качестве датчика влажности применяется описанный выше датчик из токопроводящих спиц, поможет сберечь дом от затопления и защитить электрооборудование (или напольное покрытие) от избыточной влажности. Рис.1. Электрическая схема исполнительного устройства При затоплении или дожде (если предполагать, что самодельный элемент Z1 установлен на окне) капли влаги замкнут контакты, транзистор VT1 откроется, и через нагрузку потечет ток. В качестве нагрузки предусмотрено реле, своими контактами включающее насос откачки воды или сигнальное устройство. Вместо реле можно включать зуммер на соответствующее напряжение питания или другую логическую схему. Ток перехода коллектор-эмиттер транзисторного ключа ограничен значением 40 мА. В качестве реле подойдет маломощное РЭС15 на напряжение срабатывания 7-8 В. Переменный резистор R1 регулирует чувствительность устройства — в нижнем (по схеме) положении движка R1 прибор не будет реагировать на изменение сопротивление датчика. В верхнем положении чувствительность схемы максимальная -транзистор реагирует даже на слабый ток, проходящий через датчик, то есть нагрузка включится даже от утренней росы. Замыкать контакты датчика Z1 нельзя — произойдет необратимый пробой транзистора. Напряжение питания схемы можно варьировать в пределах от +4 до +10 В в зависимости от применяемой схемы нагрузки. Питание схемы организовано с помощью постоянного стабилизированного напряжения, полученного от трансформаторного источника. Датчик Z1 соединяется с электрической схемой проводами длиной до 2 м (длиннее не желательно, так как наведенное в проводах переменное электричество может отрицательно влиять на работу транзисторного ключа). Интересные результаты можно получить с использованием датчика влажности от GSM-сигнализации МТ9000 (представлен на рис. 2).

Рис. 2. Промышленный датчик влажности в разобранном состоянии Датчик имеет автономное питание с напряжением 3 В; элемента CR2025 хватает примерно на 1 год работы. Такой датчик уместно использовать в составе охранной сигнализации. Передача сигнала (обмен с базовым блоком) идет по радиоканалу

Тем не менее предложенный метод самостоятельного изготовления датчика влажности из подручных деталей ничем не хуже покупки готового (и относительно дорогого устройства); более того, самостоятельное техническое творчество развивает интеллект и добавляет ума и опыта, что особенно важно в наш век научно-технического прогресса, шагающего по планете семимильными шагами

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$.

Датчик влажности и температуры своими руками

Датчик влажности почвы своими руками