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!

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.

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

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

Конструкция сенсора

Сделал три варианта сенсора на ATMEGA328P DIP28.

Под пластиковую коробочку для четырех батареек АА

Под батарейку CR2032 без корпуса

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

4

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

Конструкция щупов сенсора влажности

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

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.

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.

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

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)

Интерфейс пока выглядит так

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