Беспроводные сенсоры влажности почвы для комнатных растений

Когда-то давно приобрел на просторах Интернета простой прибор для измерения влажности почвы. Приборчик служи верой и правдой уже больше двух лет, показывая, когда нужно поливать комнатные растения. И ведь даже без всяких батареек!

Прибор для измерения влажности почвы

Но прогресс не стоит на месте. Возникла задача дистанционного измерения влажности растений на дачном участке. Решил начать с прототипа — системы измерения влажности почвы комнатных растений.  Сформировал такие требования

Вся система должна состоять из сенсоров, шлюза WiFi и сервиса в интернете с выдачей информации на компьютер или мобильные устройства.

Требования к сенсору

  • Сенсор должен измерять влажность почвы, температуру (опционально) и иметь возможность расширения для подключения исполнительных устройств или дополнительных сенсоров.
  • Сенсор должен быть беспроводным, один на одно растение (рядку, горшок). Максимальная дальность от приемника должна составлять 10-ки метров.
  • Сенсор должен иметь минимальную стоимость и минимальные размеры.
  • Питание сенсора должно осуществляться от батарейки с минимальной стоимостью и максимальным временем работы

Требования к шлюзу

  • Шлюз  должен получать информацию от сенсоров и сохранять в интернете через WiFi
  • Число сенсоров может достигать несколько десятков
  • Шлюз должен иметь WEB-интерфейс для настройки и отображения информации
  • Стоимость шлюза должна быть минимальной

Требования к сервису

  • Сервис должен иметь две функции — сохранение информации и отображения информации
  • Должна быть в будущем возможность расширение функций и «фишичек»

Выбор «железа»

Сенсор влажности первоначально планировался использоваться покупной, в дальнейшем он был заменен на самодельный. Для измерения температуры опционально в каждый сенсор можно устанавливать DS18B20

Контроллер сенсора ATMEGA328 в корпусе DIP, который в перспективе  должен замениться на более дешевые ATMEGA8A или ATTINT85 (а если не ставить датчик температуры, то и ATTINY24)

Сперва хотел использовать модули NRF24L01+, но потом остановился на боле дешевых и неприхотливых модулях RC433.

100

Питание сенсора может осуществляться от любой батарейки — АА, ААА и CR2032, так как на плате установлен повышающий преобразователь BL8530 с очень маленьким током покоя.

Для интернет шлюза использовал «народный WiFi» — ESP8266.

Схемы принципиальные

Сенсор

Sensor_1.0

Повышающий стабилизатор использован BL8530-301 на 3В. Данное напряжение питание положительно сказывается на энергопотреблении сенсора, и отрицательно на мощности, а значит и дальности, передатчика. Для удаленных  комнат лучше ставить преобразователь ML8530-501 на 5В и индуктивность L1 на 47мкГн.

Внешний кварц с конденсаторами C1 и C2 можно не ставить. ATMEGA328 отлично работает и на внутреннем резонаторе.

 

Сервер-шлюз

Gateway_4ESP8266

Конструкция сенсора

Сделал три варианта сенсора на ATMEGA328P DIP28.

Под пластиковую коробочку для четырех батареек АА

v 1.0

204

Под батарейку CR2032 без корпуса

v 1.1

210

И под закрытые держатели на 4 ААА батарейки без внешнего кварцевого резонатора

v 1.2

2204

На мой взгляд, самый симпатичный вариант. Хотя 50руб/корпус получается

222

Конструкция щупов сенсора влажности

  1. Готовый покупной щуп. Имеет стабильные характеристики. Из недостатков — небольшая глубина погружения и цена почти 40 руб.

400

2. Щуп из шпильки M3 их нержавейки. Удобно прикручивается прямо к плате. Цена шпильки примерно 120/м. Длину можно сделать любую. Недостаток — влажность мерится по всей длине щупа.

301

Это недостаток обоих щупов влажности. Выяснилось, что вода стоит в нижней части горшка, у корней растения. А измерение происходит в верхней части почвы, как у покупного сенсора или по всей глубине,  как у шпильки, корая длиннее. Да и цена шпильки из нержавейки получается тоже не самой маленькой.

3. Поэтому родилась новая конструкция из электрического кабеля ШВВП 2 x 1.5 (а лучше 2 x 2.5). Длину щупов сделал 150мм, от изоляции зачистил на 50мм. Могу мерить таким щупом у самых корней растения. Стоит корейки, вернее практически бесплатно, так как обрезки провода остались после ремонта.

303

201

Неплохо было бы еще защитить медь от окисления каким нибудь покрытием

Шлюз с интернет по WiFi

Быстро собрал на макетной плате, в качестве БП взял плату от ненужного зарядника 5В

401

Итак железки собраны, прошивки разработаны и загружены. Сенсоры вставлены в растения. Ток в режиме покоя получился около 30мкА. В активном режиме 5мА. Батареек CR2032 по моим расчетам должно хватить примерно на пол года. (Для увеличения срока службы батареи можно увеличить время между замерами влажности)

500

Интерфейс пока выглядит так

Морда 1

Морда 2

Дальность передачи от сенсора получилось не очень большой — в пределах комнаты уверенно, из другой комнаты уже после пляски с бубном у антенны. Виной тому самодельные антенны, дешевые передатчики и низкое напряжение питание сенсора — 3В. Не зря в радиовыключателях и пультах стоят батарейки на 12В. Хотя для системы, работающей в одной комнате, низкая дальность это даже плюс — меньше забивается эфир.

Планы на будущее

  1. Повысить дальность передатчика заменой стабилизатора на 5В.
  2. Поставить миниатюрные но более качественные передатчики STX822  с покупными антенками на 433МГц
  3. Для уменьшения платы использовать ATTINY85 (Как нибудь будет время,попробую запихать весь код в ATTINY13)

По прошивкам сенсоров, шлюза, а также серверной части будет моя следующая статься. Исходники, схемы, чертежи печатных плат можно скачать с GITHUBа

c001

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вы можете оставить отзыв или трекбек со своего сайта.

9 комментариев на «Беспроводные сенсоры влажности почвы для комнатных растений»

  1. Алекс:

    Неплохо!А почему не сразу на тини 85 или вообще на тини 13 можно сделать?

  2. Александр:

    все это конечно здорово, но вот измерять влажность на постоянном токе плохая идея. китайские датчики на ПП гарантированно отгниют через месяц-два. на шпильках продержатся немного дольше, но вот параметры уплывут со временем.
    рекомендую поизучать вот эту тему: http://forum.homecitrus.ru/topic/8535-samodelnyj-datchik-vlazhnosti-pochvy/page-66 (нужно зарегистрироваться чтобы видеть схемы). одна из идей это генератор на 555, частота которого зависит от емкости датчика влажности. поскольку измерение производится на переменном токе и датчик изолирован от почвы, то он не подвергается коррозии и служит годами.

  3. Все здорово написано по части схема-детали….а разборка кода ? описание работы ? яросно слежу за ресурсом….испортить не дам ))))))))))

  4. Максим:

    А вы не могли бы также выложить то что у вас на сервере в папке soil? Судя по скринам там как минимум index.php и get_sensor.php.

  5. Zammy:

    Здравствуйте, щупы лучше всего делать из графита, они не ржавеют. Подойдёт самый дешёвый карандаш, ну, или бесплатный из Икеи 😉 закрепить можно токопроводящим клеем или плотно обмотать голым проводом.Хороший проект, почитал с удовольствием

  6. Роберт:

    Влажность грунта на картинке 80%. В реальной жизни, без микроконтроллеров, влажность грунта более 30% означает болото.

  7. zoomx:

    Maybe you can consider the gypsum probe described here
    https://hackaday.io/project/6444-vinduino-a-wine-growers-water-saving-project
    http://vanderleevineyard.com/1/post/2013/12/gypsum-sensor-casting.html
    http://vanderleevineyard.com/1/post/2012/11/gypsum-sensor-calibration.html
    They are two steel rods inside a gypsum cylinder. These sensor are also commercially available but you can easily build yourself.

  8. Владимир:

    Про влажность грунта тоже хотел бы узнать. Что обозначают проценты? — проценты от влагоемкости земли, проценты по массе, объему?

Ваш отзыв