Pengukuran kelembaban tanah

12

Latar Belakang

Untuk memulai ambisi lama saya untuk kembali ke bidang elektronik, saya memutuskan untuk mencoba dan membuat perangkat yang mengukur kelembaban tanah tanaman pot untuk menentukan apakah mereka perlu disiram. Tujuan dari inkarnasi pertama adalah untuk memiliki petunjuk yang menunjukkan tingkat air tanaman saat ini (tambahkan air berwarna merah!), Tetapi tentu saja saya memiliki rencana liar untuk menyiram tanaman di jalan.

Tusukan pertama saya didasarkan pada instruksi Garduino , khususnya sirkuit ini di sini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Ini adalah pembagi tegangan sederhana menggunakan resistor yang dikenal dan dua elektroda kawat tembaga yang terjebak di tanah sebagai alat pengukur. Tegangan yang diukur saat A0menggunakan ADC pada Teensy ++ saya sebanding dengan rasio resistensi, dan saya bisa bekerja kembali ke tahanan tanah yang sebenarnya.

Namun, dalam praktiknya resistensi tanah ternyata mengalami penyimpangan yang sangat besar. Hampir segera setelah menyalakan perangkat, resistensi tanah yang diukur mulai menurun. (Ini juga terjadi jika Anda menempelkan multimeter di pabrik.) Setelah beberapa hari pengukuran, saya tidak dapat menemukan koneksi yang dapat digunakan antara pengukuran dan tingkat kelembaban. Menghapus probe dan memeriksanya mengungkapkan noda yang cukup besar pada anoda. Bagi saya, ini menunjukkan bahwa semacam reaksi kimia sedang terjadi (elektrolisis?). Multimeter mengukur perbedaan tegangan beberapa puluh milivolt: Saya telah mengubah pabrik saya menjadi baterai!

Anoda teroksidasi

Untuk menghindari masalah ini, saya pindah ke probe yang terbuat dari sekrup stainless steel. Karena mereka jauh lebih reaktif daripada tembaga, oksidasi seharusnya tidak terlalu menjadi masalah. Juga, untuk menghindari "pengisian" tanah, saya telah meletakkan pembagi tegangan antara dua pin keluaran digital dari Teensy. Pengukuran terjadi sebagai berikut:

  • Kedua pin dijaga tetap rendah saat tidak ada pengukuran yang dilakukan.
  • Saya menggerakkan satu pin tinggi. Saya menunggu satu milidetik dan saya mengukur tegangan di tengah pembagi.
  • Saya membalik tegangan pin (tinggi <-> rendah), tunggu satu milidetik dan ukur lagi. Sekarang saya harus mengukur komplemen dari pengukuran pertama.
  • Kedua pin dibawa kembali rendah dan perangkat tidur sampai pengukuran berikutnya.

Ini memang mengurangi masalah oksidasi, tetapi resistensi tanah yang terukur tampaknya mulai turun begitu saya mulai mengukur.

Pertanyaan

  1. Adakah yang bisa merekomendasikan metode yang kuat untuk mengukur kelembaban tanah?
  2. Adakah yang bisa menjelaskan apa yang sebenarnya terjadi di sini?
measurement humidity drxzcl
sumber

Jawaban:

1

Brainstorming:

Saya telah membaca tentang sensing kapasitif baru-baru ini. Sensor sentuh kapasitif memiliki keunggulan besar sehingga dapat sepenuhnya tertutup rapat di balik lapisan tipis plastik, sehingga tidak ada logam yang terbuka untuk terkorosi. ( "Elektronik dan Robotika: Merasakan sentuhan melalui permukaan yang tebal?" )

Karena Anda tidak bisa mendapatkan arus DC mengalir melalui plastik, sensor tersebut harus menggunakan AC, seperti yang disarankan Leon Heller.

Sayangnya, sebagian besar diskusi yang saya lihat adalah tentang bagaimana hanya menanggapi tekanan jari yang cerdas; sedikit diskusi tentang air dan kelembaban adalah tentang cara mengurangi sensitivitas sensor kapasitif terhadap percikan air. ( "Forum Sparkfun: Sensor kapasitif dan anti air" ). Jadi jelas mereka sensitif terhadap air, jadi mungkin Anda bisa menggunakan "cacat" ini dan mengubahnya menjadi fitur.

davidcary
sumber
Ya, ini pasti akan berhasil dan ini adalah pertanyaan saya saat ini. Masalah utama yang saya alami adalah merancang probe sedemikian rupa sehingga memiliki ayunan kapasitansi yang cukup besar untuk diukur. Ini adalah sumber inspirasi utama saya: mechanical.poly.edu/faculty/vkapila/ME3484/Readings/…
drxzcl
Saya membuat kemajuan yang baik dengan sensor kapasitif. Tantangan utama adalah memastikan kelembaban tidak bersentuhan langsung dengan elektroda, karena itu mengubahnya menjadi beban resistif. Tapi saya pikir saya memiliki bagian elektronik yang berfungsi.
drxzcl
6

Anda harus menggunakan AC, untuk menghindari polarisasi elektroda, dengan pengaturan jembatan Wenner.

Leon Heller
sumber
1
Bisakah Anda menjelaskan sedikit tentang konsep jembatan Wenner? Pencarian menghasilkan sebagian besar kertas jurnal, dan saya tidak memiliki akses ke mereka tanpa secara fisik pergi ke perpustakaan universitas. Judul (pengukuran salinitas dll) tampak menjanjikan!
drxzcl
corrosion-doctors.org/Corrosion-Kinetics/Ohmic-drop-soil.htm
Mark
3

Satu-satunya metode kuat untuk mengukur kelembaban tanah yang saya ketahui adalah menggunakan probe ini .

avra
sumber
Sangat menarik! Saya telah mendengar tentang probe yang mengukur konstanta dielektrik dengan membangun kapasitor pada dasarnya, tetapi saya telah melihat ada yang dijual. Karena ini adalah proyek hobi, saya lebih suka "membangun" daripada "membeli", tetapi saya lebih suka "membeli" daripada "tidak ada";)
drxzcl
Pada catatan itu, "Karena probe kami mengukur konstanta dielektrik tanah menggunakan teknik saluran transmisi, itu tidak sensitif terhadap salinitas air, dan tidak akan menimbulkan korosi seiring waktu seperti halnya probe berbasis konduktivitas." - Kedengarannya persis seperti teknologi yang saya butuhkan.
drxzcl
Saya mencoba mencari tahu bagaimana cara kerja probe di tautan bersama. Apakah mereka menggunakan TDR atau TDT? Atau hanya kapasitansi? Apa yang akan termasuk pengaturan dasar untuk mereplikasi fungsi mereka?
Davido
2

Inilah cara botanicalls melakukannya.

Toby Jaffey
sumber
Apakah saya benar dengan menganggap pin 9, 10 dan 12 digunakan untuk hal lain? Mereka sepertinya tidak mempengaruhi sirkuit sensor.
drxzcl
Ya, sepertinya 9 & 10 hanya mengendalikan LED dan 12 adalah sebuah saklar
Toby Jaffey
1
Mari kita lihat apakah saya mendapatkan ini. Saya akan mengemudi 8 tinggi, membangun arus (kecil) melalui probe. Arus ini diperkuat oleh BJT dan saya akan mengukur penurunan tegangan arus ini melalui resistor 100 Ohm. Apa yang akan saya beli dari desain pembagi tegangan?
drxzcl
Terima kasih telah menunjukkan saya ke Botanicalls! Saya telah memeriksa skema dan kode mereka dan saya telah membuat beberapa penemuan menarik, di samping perbedaan dalam mengukur sirkuit di atas. Mereka menggunakan elektroda baja galvanis yang hanya diberi energi selama pengukuran (tidak ada penundaan sama sekali, bahkan ms) dan mereka masih memiliki masalah dengan degradasi karena elektrolisis. Mereka juga menjaga rata-rata bergerak dari pembacaan sensor kelembaban, secara default 10 sampel selama 2 menit. Saya akan bereksperimen sedikit dan melaporkan kembali.
drxzcl
2

Saya telah membangun sensor kelembaban tanah menggunakan dua paku galvanis yang dipasang di dalam silinder Plaster of Paris. Saya tidak mengujinya dalam jangka waktu yang cukup lama untuk menarik kesimpulan seperti yang Anda miliki, tetapi Anda dapat bereksperimen dengan desain itu.

Plester menetralkan asam apa pun dalam kelembaban, sehingga mengisolasi kadar kelembaban sebagai variabel (tetapi juga berfungsi sebagai semacam filter low-pass!) + Galvanisasi pada kuku membantu mencegahnya teroksidasi.

Silakan kirim jika Anda menemukan solusi yang baik.

teras
sumber
Sekarang setelah Anda memiliki waktu dengan sensor ini, tahukah Anda lagi tentang daya tahannya? Saya sangat khawatir tentang korosi galvanik ....
angelatlarge
1

Anda dapat mencoba menggunakan sensor Tanda Air Irrometer. Saya menggunakannya sekarang untuk mengukur kelembaban tanah. Jika Anda tertarik, saya dapat mencoba dan menggali skema.

krapht
sumber
Saya telah melihat situs web dan saya perhatikan mereka memiliki sensor kapasitif dan sensor resistif yang tertanam dalam gypsum. Yang kamu gunakan Apakah mereka bagus?
drxzcl
0

Saya akan merekomendasikan sensor Watermark. Mereka tahan lama dan cukup mudah dibaca. Anda memerlukan dua output digital plus satu input per sensor.

Hubungkan setiap meter ke output Anda, secara seri dengan resistor 10k. Saat Anda ingin mengukur, atur satu output Tinggi dan lainnya Rendah. Ukur voltase melintasi sensor. http://www.irrometer.com/pdf/supportmaterial/sensors/voltage-WM-chart.pdf memiliki bagan untuk kalibrasi kasar; Anda harus membuat garis dasar "benar-benar basah". Karena Anda seharusnya benar-benar membasahi tanah ketika Anda mengubur sensor, Anda tetap akan melakukan ini untuk memastikan benda itu bekerja dengan benar.

Anda menggunakan dua output karena Anda harus beralih polaritas untuk menghindari korosi.

Matthias Urlichs
sumber