Датчик влажности почвы в системах автоматического полива

Сфера применения

Приборы не предназначены для широкого использования и чаще применяются только в профессиональной сфере или любителями. Универсального оборудования практически нет, изделие способно работать только с тем предметом, на которое оно настроено, так как содержание влаги у каждого материала разное. На точность влияет множество пунктов, даже порода дерева играет важную роль при проведении замеров.

Всего существует 4 большие группы, в которые входит большая часть влагомеров:

  • Для дерева;
  • Для анализа зерна;
  • Строительные материалы;
  • Предназначенные для проведения исследований о состоянии почвы.

Подробно на каждой сфере останавливаться не стоит. Ниже приведена краткая информация о каждой области, чтобы иметь общее представление о назначении прибора.

Оборудования для дерева

Эти модели предназначены для измерения содержания влажности в конкретной породе дерева. Инструментом пользуются строители, плотники, а также сборщики мебели

Перед тем, как приступать к работе с древесиной, важно ее качественно просушить. Если этого не сделать, то изделие начнет деформироваться, что негативно скажется на эксплуатации

Чтобы этого не произошло, применяют влагомеры.

Зерновые модели

В любой пищевой промышленности и сельском хозяйстве без этого прибора невозможно обойтись. Только он способен передать качественную информацию о состоянии продукта, который хранится в специальных емкостях. Продукты должны быть полностью сухими, чтобы предотвратить распространение вредоносных микроорганизмов.

Если влажность, которая находится в воздухе, начнет впитывается зернами и осядет на дне, то продукт начинает сыреть, а из-за того, что на него действует высокое давление, то существует большой процент возгораниях этого вещества. В истории были подобные случаи, но чаще это случалось у фермеров, чем на предприятиях. Так как на последних ведется тщательный контроль за состоянием сыпучего вещества.

Изделия для строительной сферы

Оборудование также является незаменимым помощником и в области строительства. Благодаря ему выявляются материалы, которые подверглись воздействию влаги. Если вовремя не проводить контроль и пренебрегать правилами, то есть вероятность скорой порчи дома. Некоторым пользователям влагомер может понадобиться и для домашнего применения. Например, после нанесения штукатурки, необходимо дождаться ее засыхания, чтобы узнать прошло затвердевание или нет, достаточно использовать этот прибор. На глаз не всегда получается определить влажность, что приводит к расслоению и портит внешний вид.

Влагомеры для почвы

Хоть этот прибор пользуется популярностью только в профессиональной сфере, некоторые садовники не представляют без него качественного посева различных семян и саженцев, в том числе яблонь, виноградников, груш и т.д

Не все растения можно полить, ориентируясь на интуицию, для них важно определенное значение влажности почвы. Когда у человека присутствует влагомер, то он легко определит соотношение влаги в земле

Лаборатория

Анализом почвы занимаются и бюджетные, и частные организации. К их числу относятся как центры санитарно-эпидемиологических заключений, так и межобластные ветеринарные лаборатории. Стоимость такой услуги варьируется от 400 до нескольких тысяч рублей.

Для того, чтобы направить почву на анализ, нужно либо направить ее в лабораторию, либо дождаться приезда специалистов, которые осуществят забор материала.

В лабораторных условиях возможны следующие варианты исследований:

  • Механический анализ (определение типа почвы, а также соотношение в ней грунта, песка и т.д.)
  • Химический анализ (определение состава почвы, концентрации питательных веществ, тяжелых металлов, уровня кислотности, общего уровня загрязненности и т.д.)
  • Микробиологический анализ (определение наличия в составе почвы бактерий, грибов и прочих микроорганизмов).
  • Минералогический (определение в составе почвы первичных и вторичных минералов, определение илистой, коллоидной и глиняной составляющих грунта).

Анализ почвы на уровень кислотности – это простая процедура, научится которой не составит особого труда. Наиболее надежными принадлежностями для проверки земли на участке являются электронные анализаторы или лакмусовые полоски. Народные методы также дают важную информацию о состоянии почвы, но их целесообразнее использовать в качестве вспомогательного варианта.

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$.

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:

  1. После внесения удобрений, использовать измерительный прибор можно только спустя 72 часа.
  2. Участок, который вы планируете проверить, необходимо предварительно полить.
  3. В том месте, где будет расположен щуп, грунт должен быть очень хорошо утрамбован.
  4. Произведите не менее 3 замеров и высчитайте средний показатель.
  5. 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.

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 поддавайтесь 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.

Принцип функционирования прибора

Исходный сигнал передаётся через токопроводящие щупы и усиливается. Потенциометр преобразует значение напряжения в диэлектрическую проницаемость, и усредняет полученные значения по длине щупов. Обычно детекторы имеют зону воздействия длиной 20…40 мм относительно нижней поверхности корпуса. С увеличением длины чувствительность (особенно на крайних участках) возрастает. Для обеспечения необходимой точности измерений датчики подвергают предварительной калибровке.

Датчик влажности почвы позволяет оценивать потери влаги с течением времени из-за её испарения и жизнедеятельности растений. Прибором можно контролировать содержание влаги в почве, управляя орошением в теплицах и других закрытых помещениях (см. рис. 4).

Характеристики:

  • Рабочее напряжение: 2…5 В;
  • Рабочий ток: 20…40 мА;
  • Тип интерфейса: аналоговый или цифровой;
  • Рабочая температура использования: 10°C … 30°C.

Для работы цифрового детектора его перед применением потребуется оснастить необходимым программным обеспечением.

Рисунок 4. Оценка влажности почвы для домашних растений

В чем заключается необходимость измерения?

Одной из самых основных причин, по которой возникает необходимость проверки степени кислотности грунта, получение максимального и качественного урожая. Чтобы этого достичь, следует обеспечить выращиваемым растениям самые комфортные и благоприятные условия. Для питания культур необходимы вещества, находящиеся в земле в соответствующем состоянии. Такой же структуры должны быть и удобрения, вносимые в почву. Но при наличии высокой кислотности такого результата достигнуть очень сложно. Вследствие чего растения будут болеть, плохо развиваться и не дадут ожидаемый урожай.

Поэтому опытные агрономы очень тщательно подготавливают грунт перед посевными работами, внося определенные необходимые средства для ее нейтрализации или ощелачивания.

Способы определения значения кислотности

Существует несколько способов узнать степень закисления грунта. Это можно определить визуальным, химическим путем или измерением специальными приспособлениями.

Первый способ очень обобщен, так как определяется по растениям, произрастающим на измеряемом участке.

  • Если на нем буйно растут щавель, голубика, полевой хвощ, кислица и мох, то смело можно утверждать, что земля под ними имеет pH уровень, равный от 5,3 до 6,0. Это кислая земля.
  • Комфортно себя чувствующие на проверяемой площади  пастушья сумка, обыкновенный цикорий, пырей, ковыль, ползучий клевер, гвоздика, осот, колокольчики свидетельствуют о нейтральной степени кислотности. Его значения находятся в промежутке от 6,0 до 7,2.
  • Наличие сосен, посевных каштанов, а также зарослей полевого вьюнка, люцерны, мать-и-мачехи, тимьяна, осоки, майского ландыша или венерина башмачка говорит о щелочной структуре грунта. Его величина составляет от 7,3 до 8,1.

Второй метод более трудоемкий и не совсем точный. Он позволяет только распознать кислая ли почва на участке, нейтральная или щелочная. Для этого необходимо проводить определенные опыты с грунтом, добавляя к нему уксус, соду или другие компоненты. По полученным химическим реакциям или их отсутствием и можно определить качество земли. Но цифрового значения добиться от такого варианта достаточно проблематично. А ведь даже десятая часть значения может оказать существенное влияние на выращиваемую культуру.

Также к химическому способу измерения степени pH почвы относится и определение по шкале цвета полоски лакмусовой бумаги. Путем соприкосновения ее с хорошо влажной землей, она меняет окраску в зависимости от состояния грунта. После сравнения ее с представленной на упаковке градацией, можно узнать насколько он кислый, нейтральный или щелочной.

Третий вариант — очень удобен, точен и практичен. Путем погружения в землю электродов прибора, можно с большой точностью определить уровень pH или его отсутствие.

Основной страной-разработчиком подобных измерителей в настоящее время является Америка. Производители западных фирм, на протяжении нескольких лет выпускали только узкоспециализированные pH-метры, но в последнее время они перешли на создание более универсальных моделей, позволяющих измерять не только уровень закисления почвы, но и влажность, количество нитратов.

Рейтинг качественных бытовых измерителей влажности почвы

КИТ OOTDTY влагомер

Китайская модель для быстрого определения влажности почвы. Устройство оснащено специальным электродом, который устанавливается в землю. Подойдет для использования, как в саду, так и в огороде.

Максимальная влажность, которую способен обнаружить КИТ OOTDTY составляет 30-90%. Для профессиональной сферы это небольшой диапазон, однако для домашних целей вариант подойдет лучше всего. При этом погрешность измерения составляет всего 5%.

Средняя цена – 1 200 рублей.

КИТ OOTDTY влагомер

Достоинства:

  • Компактность;
  • Небольшая цена;
  • Маленькая погрешность;
  • Хороший диапазон.

Недостатки:

ADA ZHT 70

Отличный вариант за небольшую стоимость, который обеспечит пользователя качественными показаниями на протяжении всего периода эксплуатации. Корпус выполнен в привычном стиле, присутствует широкий дисплей, который отображает результат теста и температуру почвы. Замеры проводятся при помощи двух электродов.

Средняя цена – 2 000 рублей.

ADA ZHT 70

Достоинства:

  • За небольшую цену, человек получает качественный прибор;
  • Эргономика выполнена на уровне;
  • Дисплей отображает информацию с максимальной скоростью;
  • Удобный интерфейс управления;
  • Небольшие габариты.

Недостатки:

ETP306

Чтобы вырастить здоровые и качественные овощи, важно вести тщательный контроль состояния почвы, только так человек сможет обеспечить себя хорошими продуктами. Чтобы не переплачивать высокую цену за сложные электрические устройства, некоторые производители создали небольшое изделие, которое по эффективности не уступает предыдущим моделям

Аппарат производит быстрый анализ pH грунта, измеряет температуру и выводит текущее показание влажности. Это незаменимое изделие для каждого человека, кто не представляет жизни без собственного сада.

Средняя цена – 690 рублей.

ETP306

Достоинства:

Недостатки:

АПЦ-1

Качественный анализатор почвы, который измеряет показатели в нескольких диапазонах. Влажность, температура, интенсивность солнечного света и pH – все это способен определить АПЦ-1. Вес изделия составляет 73 грамма, при этом длина – 12 см, что дает возможность транспортировать прибор в любое удобное место и проводить там замеры.

Конечно, результаты будут далеки от профессиональных, однако для опытных фермеров будет достаточно и этих значений, чтобы определить готовность почвы для посадки семян. Для питания используется 9 В батарея, типа «Крона».

Средняя стоимость – 1 300 рублей.

АПЦ-1

Достоинства:

  • Понятное управление;
  • Подсветка;
  • Небольшие габариты;
  • Долговечность работы от одной батарейки.

Недостатки:

Three-way meter

Это самое простое устройство, которое имеет только аналоговый дисплей. Подойдет для садоводов и озеленителей. Прибор универсальный и поможет определить не только влагу, но кислотность с освещением. Достоинство этого оборудования в том, что для него не требуется наличие аккумуляторной или обычной батареи, так как их заменяется встроенная солнечная панель.

Используя этот аппарат, пользователь легко определит пригодность почвы для посадки любого растения. Для удобства в комплекте присутствует информативная инструкция, которая укажет, что рекомендуется сажать при разной кислотности.

Средняя цена – 500 рублей.

Three-way meter

Достоинства:

  • Минимальная стоимость;
  • Аналоговый дисплей;
  • Не требует наличие батарей;
  • Небольшие размеры;
  • Точные показания.

Недостатки:

Рейтинг лучших профессиональных устройств

МГ-44

Отечественный прибор, предназначенный для точного измерения влажности почвы и грунта. Используется в профессиональных отраслях, гидрологии и т.п. Принцип работы оборудования основан на отражение электромагнитного потока от объекта измерения. Вся информация отображается на дисплее. Для получения более точных результатов есть возможность проведения 99 калибровок. Пользователь способен самостоятельно изменять контрольные точки. Максимальная погрешность – 1%.

влагомер МГ-44

Достоинства:

  • Удобная эксплуатация;
  • Долговечность;
  • Быстрое измерение;
  • 99 вариантов настроек.

Недостатки:

TR di Turoni & c.Snc 46908

Профессиональное устройство, которому нет аналогов на российском рынке. Оборудование быстро анализирует и замеряет влажность почвы. Комплектуется вместе со специальным кейсом для транспортировки. Для работы присутствуют два длинных щупа, которые погружаются в почву. Автономность достигает 100 часов, что является неплохим результатом для такого оборудования.

Средняя стоимость – 30 000 рублей.

TR di Turoni & c.Snc 46908

Достоинства:

  • Высокий эксплуатационный срок;
  • Удобный кейс;
  • Высокая точность измерений;
  • Хороший дисплей;
  • Брендовый товар.

Недостатки:

TDR 100 Soil

Качественное портативное устройство, которое подойдет только для применения в профессиональной сфере. Измерение займет секунды, при этом их качеством остается на высоком уровне. Оборудование легко транспортировать, что позволяет взять его с собой в любое место и провести качественные замеры. Кроме этого модель оснащена понятным интерфейсом, есть возможность географической привязки, памяти хватит для проведения 250 тестов.

TDR 100 Soil

Достоинства:

  • Лучшее профессиональное устройство;
  • Надежность;
  • Скоростная обработка информации;
  • Привязка к локации;
  • Функциональность.

Недостатки:

MC-7828 SOIL

Хороший прибор, выполненный в стандартном корпусе. По функциональности он ничем не отличается от представителей профессионального сегмента. Производство ведется в Тайване. Однако на качество изделия это не влияет.

Продукт отличается качественной сборкой, долговечностью и хорошим меню настроек. Это позволяет произвести все замеры с максимальной точностью. Работа осуществляется от четырех батареек типа ААА. Если влагомер долго не использовался, то он автоматически отключается.

MC-7828 SOIL

Достоинства:

  • Соотношение цена и качества;
  • Хороший функционал;
  • Небольшие размеры;
  • Точность;
  • Вариативность настроек.

Недостатки:

Weihuameter TK100

Многофункциональное устройство, способное работать с множеством материалов, в том числе и почвой. Функционирует на профессиональном уровне. Тип используемого датчика – игольчатый. Погрешность измерений составляет всего пол процента. Это небольшое значение, которое позволит провести все исследования без ошибок. Дисплей имеет подсветку, что повышает удобство при эксплуатации прибора в темное время суток.

Weihuameter TK100

Достоинства:

  • Качественная сборка;
  • Минимальная погрешность;
  • Гарантия;
  • Небольшая цена;
  • Надежность;
  • Дисплей обладает подсветкой.

Недостатки:

AMTAST AMF038

Отличное изделие, которое предназначено для проведения профессиональных и любительских измерений. Несмотря на небольшую стоимость, оборудование удивляет даже профессионалов. Корпус изготовлен из ударопрочного пластика, который выдерживает механические нагрузки. Эксплуатация возможна при отрицательном значении температуры (до -10 градусов).

AMTAST AMF038 используется во многих сферах, в том числе и для измерения зерновых продуктов, табака, мебели, сена, почвы и т.п. Устройство способно работать при диапазоне от 2 до 70%, это стоит учитывать при покупке. Функционирует на мизинчиковых батарейках (2 шт.).

Средняя цена – 9 800 рублей.

AMTAST AMF038

Достоинства:

  • Надежность;
  • Долговечность;
  • Качественные измерения;
  • Точность;
  • Функциональность.

Недостатки:

Народные методы

Еще до развития технологий садоводы умели определять кислотность почвы – для этого им не требовались никакие покупные средства.

К подручным средствам, реагирующим на кислотность почвы, относятся:

  • Уксус. Чтобы продукт подействовал, его нужно распределить по разным частям участка. Если на выбранных участках появятся пузыри, то это будет указывать на нейтральную почву. Если же никаких изменений не произойдет, значит почва имеет повышенную кислотность. При этом, если уксус перемешать с содой, то он начнет пузыриться уже на кислой почве;
  • Листья смородины (вишни). Из листьев нужно приготовить настой, заваривая их на протяжении 15 минут в небольшой емкости. После того, как заварка закончится, в емкость нужно погрузить горсть земли и следить за изменением цвета жидкости. Красный цвет говорит о повышенной кислотности, зеленый – о нейтральности, а синий – о слабощелочной реакции;
  • Красная капуста. Листья растения тонко нарезаются и помещаются в кастрюлю с кипящей водой, а затем стоят на газу на протяжении нескольких минут. В результате вода должна окраситься в фиолетовый оттенок. Раствор снимается с газа и остывает, после чего в него опускают почву. Порозовение оттенка свидетельствует о кислом составе земли, появление синего или зеленого оттенка указывает на щелочную реакцию.

Советы по применению

Вы уже пробовали измерять кислотность почвы?

Было дело!Не довелось

Перед тем, как приступать к измерениям нужно убедится в том, что почва находится в подходящем состоянии. Нередко садоводы получают неправильные данные не из-за неисправности техники, а из-за некорректного пользования устройством.

Чтобы избежать неполадок, следуйте нескольким простым правилам:

  • Нельзя измерять кислотность почвы после внесения каких-либо удобрений. Чтобы показания прибора были точны, нужно обождать 4-5 дней после внесения удобряющих компонентов. Лучше всего производить замер до этой процедуры.
  • За один подход необходимо сделать три замера, после чего рассчитать среднее значение – оно и будет конечным результатом.
  • Стержень анализатора должен быть чистым. После каждого применения его надлежит протирать тканевыми салфетками.

Примеры подключения

Рассмотрим работу moisture-датчика на примере модели FC-28. Он умеет:

  • измерять объемный уровень воды в почве, показывая значение влажности;
  • выдавать цифровой и аналоговый контрольный сигнал.

Спецификации:

  • напряжение на входе — 3.3–5 В;
  • напряжение сенсора на выходе — 0–4.2 В;
  • тип выдаваемого сигнала — цифровой, аналоговый;
  • значение тока на входе 35 мА.

FC-28 оснащен четырьмя контактами:

  • питание — пин VCC;
  • контакт GND — заземление;
  • A0 — вывод аналогового сигнала;
  • D0 — вывод цифрового.

Комплектный модуль управления несет на себе потенциометр. С его помощью устанавливается пороговое значение показаний, о превышении которых (или падении ниже) сообщит устройство.

Аналоговый режим работы

В этом режиме используется аналоговый вывод. Рассматриваемый датчик влажности почвы Arduino работает со входными значениями в диапазоне 0–1023.

Влажность измеряется в процентах, поэтому в ПО сообщаемые значения будут сопоставлены цифрам 0–100.

Схема подключения:

Далее следует запрограммировать аналоговый вывод. Пример программы:

Цифровой режим

Для этого цифровой пин датчика подключается к соответствующему контакту платы Arduino.

На управляющем модуле имеется устанавливающий пороговое значение встроенный потенциометр. Данное значение сравнивается с идущими от гигрометра значениями, и контроллер выдает финальные параметры через цифровой выход.

Если «порог» превышен, цифровой контакт передаст 5В, включая светодиод. Если оно меньше, диод не загорится. На примере ниже — образец такой системы, собранной с помощью макетной платы и простых диодов.

Схема подключения в данном случае почти идентична аналоговой, но:

  • D0 будет соединен с 12 пином компьютера;
  • «плюс» светодиода — с 13 выводом;
  • «минус» — с контактом GND контроллера Arduino.

Соединение с дисплеем:

Программный код цифрового режима гигрометра c комментариями:

Можно реализовать и другие схемы, например, со включением соединенного с системой насоса.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий