Bodenfeuchtemessung

Hintergrund

Um meinen langjährigen Ehrgeiz, wieder in die Elektronik einzusteigen, anzukurbeln, habe ich mich entschlossen, ein Gerät zu entwickeln, das die Bodenfeuchtigkeit von Topfpflanzen misst, um festzustellen, ob sie bewässert werden müssen. Das Ziel für die erste Inkarnation ist es, eine LED zu haben, die den aktuellen Wasserstand der Pflanze anzeigt (Wasser hinzufügen ist rot!), Aber natürlich habe ich wilde Pläne für selbstbewässernde Pflanzen auf der Straße.

Mein erster Stich basierte auf dem Garduino Instructable , speziell auf dieser Strecke hier:

Es ist ein einfacher Spannungsteiler, der einen bekannten Widerstand und zwei im Boden steckende Kupferdrahtelektroden als Messgerät verwendet. Die bei A0Verwendung des ADC an meinem Teensy ++ gemessene Spannung ist proportional zum Verhältnis der Widerstände, und ich kann auf den tatsächlichen Bodenwiderstand zurückarbeiten .

In der Praxis stellte sich jedoch heraus, dass der Bodenwiderstand einer sehr großen Drift unterworfen war. Fast unmittelbar nach dem Einschalten des Geräts begann der gemessene Bodenwiderstand zu sinken. (Dies passiert auch, wenn Sie ein Multimeter in die Anlage stecken.) Nach einigen Tagen der Messung konnte ich keinen brauchbaren Zusammenhang zwischen den Messungen und dem Feuchtigkeitsgehalt feststellen. Das Entfernen und Untersuchen der Sonde ergab einen erheblichen Anlauf an der Anode. Für mich bedeutet dies, dass eine chemische Reaktion stattfindet (Elektrolyse?). Ein Multimeter misst eine Spannungsdifferenz von einigen zehn Millivolt: Ich habe meine Anlage in eine Batterie verwandelt!

Um dieses Problem zu vermeiden, wechselte ich zu einer Sonde aus Edelstahlschrauben. Da sie wesentlich weniger reaktiv als Kupfer sind, sollte die Oxidation weniger problematisch sein. Um zu vermeiden, dass der Boden "aufgeladen" wird, habe ich den Spannungsteiler zwischen zwei digitalen Ausgangspins des Teensy gelegt. Die Messung erfolgt wie folgt:

• Beide Stifte werden niedrig gehalten, wenn keine Messung stattfindet.
• Ich fahre einen Pin hoch. Ich warte eine Millisekunde und messe die Spannung in der Mitte des Teilers.
• Ich invertiere die Pin-Spannungen (hoch <-> niedrig), warte eine Millisekunde und messe erneut. Ich sollte jetzt das Komplement der ersten Messung messen.
• Beide Pins werden wieder auf Low gebracht und das Gerät schläft bis zur nächsten Messung.

Dies verringert zwar das Oxidationsproblem, aber der gemessene Bodenwiderstand scheint immer noch zu sinken, sobald ich mit der Messung beginne.

Frage

1. Kann jemand eine robuste Methode zur Messung der Bodenfeuchtigkeit empfehlen?
2. Kann jemand erklären, was hier wirklich los ist?

Brainstorming:

Ich habe kürzlich über kapazitive Abtastung gelesen . Kapazitive Berührungssensoren haben den großen Vorteil, dass sie hinter einer dünnen Kunststoffschicht vollständig hermetisch abgedichtet werden können, sodass kein freiliegendes Metall korrodiert. ( "Elektronik und Robotik: Berührung durch eine dicke Oberfläche spüren?" )

Da kein Gleichstrom durch den Kunststoff fließen kann, müssen solche Sensoren Wechselstrom verwenden, wie Leon Heller vorgeschlagen hat.

Leider ging es in der meisten Diskussion darum, wie man nur auf intelligente Fingerdrücke reagiert. In der kleinen Diskussion um Wasser und Feuchtigkeit geht es darum, wie die Empfindlichkeit kapazitiver Sensoren gegenüber Wasserspritzern verringert werden kann. ( "Sparkfun-Foren: Kapazitive Sensoren und Abdichtung" ). Sie sind eindeutig wasserempfindlich. Vielleicht können Sie diesen "Fehler" verwenden und ihn in eine Funktion verwandeln.

Um eine Polarisation der Elektroden zu vermeiden, sollten Sie Wechselstrom mit einer Wenner-Brückenanordnung verwenden.

Die einzige mir bekannte robuste Methode zur Messung der Bodenfeuchtigkeit ist die Verwendung dieser Sonden.

So macht es botanicalls .

Ich habe einen Bodenfeuchtesensor mit zwei verzinkten Nägeln konstruiert, die in einen Zylinder aus Gips eingebaut sind. Ich habe es nicht lange genug getestet, um Schlussfolgerungen zu ziehen, aber Sie könnten mit diesem Design experimentieren.

Der Putz neutralisiert jegliche Säure in der Feuchtigkeit und isoliert so den Feuchtigkeitsgehalt als Variable (funktioniert aber auch als eine Art Tiefpassfilter!) + Die Galvanisierung auf den Nägeln verhindert, dass sie oxidieren.

Bitte posten Sie, wenn Sie eine gute Lösung finden.

Sie können versuchen, die Irrometer-Wasserzeichensensoren zu verwenden. Ich benutze sie jetzt, um die Bodenfeuchtigkeit zu messen. Wenn Sie interessiert sind, kann ich versuchen, den Schaltplan auszuheben.

Ich würde die Wasserzeichensensoren empfehlen. Sie sind langlebig und leicht zu lesen. Sie benötigen zwei digitale Ausgänge plus einen Eingang pro Sensor.

Schließen Sie jedes Messgerät in Reihe mit einem 10k-Widerstand an Ihre Ausgänge an. Wenn Sie messen möchten, stellen Sie einen Ausgang auf High und den anderen auf Low. Messen Sie die Spannung am Sensor. http://www.irrometer.com/pdf/supportmaterial/sensors/voltage-WM-chart.pdf enthält eine Tabelle für die grobe Kalibrierung. Sie müssen eine "vollständig nasse" Grundlinie festlegen. Da Sie den Boden beim Vergraben des Sensors gründlich benetzen sollten, würden Sie dies trotzdem tun, um sicherzustellen, dass das Ding richtig funktioniert.

Sie verwenden zwei Ausgänge, da Sie die Polarität wechseln sollten, um Korrosion zu vermeiden.