Электронный модуль «Датчик влажности почвы»

1. Назначение устройства

 

Электронный модуль «Датчик влажности почвы» ПЭМ10.182 (Рис. 1.1) является элементом системы управляющей электроники Эвольвектор ВЕРТОР (далее ВЕРТОР) и относится к классу датчиков. Модуль предназначен для получения информации о состоянии параметров внешней среды, а именно данных о количестве влаги, содержащейся в почве. Он может использоваться при разработке электронных или робототехнических устройств, предназначенных для автоматизированного ухода за растениями.

Модуль рассчитан на применение совместно с программируемы ми контроллерами и шилдами, входящими в систему ВЕРТОР (подробная информация о системе представлена на сайте https://academy.evolvector.ru).

 

 

Рис. 1.1

 

 

 

2. Конструкция модуля и назначение выводов (контактов)

 

Модуль выполнен в форме печатной платы, на которой смонтированы разъем для подключения модуля к контроллеру и два токопроводящих полигона, необходимые для непосредственного измерения влажности
почвы, в которую они помещены (Рис.2.1).

 

 

 

 

Рис. 2.1 

 

 

Плата имеет габаритные размеры 22х68 мм и два крепежных отверстия под винты М3. Межосевое расстояние крепежных отверстий и физические размеры модуля представлены на рисунке 2.2. По расстоянию между крепежными отверстиями (кратно 8 мм) модуль совместим с конструкторами Эвольвектор, LEGO, MakeBlock и может крепиться к их деталям с помощью установочных стоек.

Модуль не является независимым устройством и может работать только совместно с контроллерами системы ВЕРТОР.

 

 

 

 

Рис. 2.2

 

 

Подключение модуля осуществляется с помощью разъема XH-2.54-4P, выводы которого имеют следующее
назначение:

VCC - к “+” источника питания контроллера;

D0 - в данном модуле не используется;

A0 - аналоговый контакт, по которому передается информация о влажности почвы на контроллер;

GND - земля (общий провод).

Для указанных контактов на печатной плате модуля нанесена соответствующая маркировка белого цвета.

 

3. Принцип работы

 

В сельском хозяйстве есть такое понятие, как оптимальная влажность почвы, при которой растения наилучшим образом себя чувствуют и более интенсивно растут.

Влажность - это процентное соотношение массы воды к массе почвы (грунта), в которой эта влага содержится. Например, если в 1 кг почвы содержится 0,3 кг воды, то можно говорить о том, что влажность почвы равна 30%.

При этом известно, что в зависимости от содержания воды в грунте меняется и его сопротивление. Следовательно, измеряя сопротивление грунта, можно делать вывод о содержании в нем влаги. На этом и основан принцип действия датчика влажности почвы. Он оснащен двумя электродами, между которыми измеряется сопротивление. На основании него контроллером вычисляется значение влажности.

В общем случае сопротивление грунта измеряется для его некоторого объема и вычисляется по формуле :

 

 

где p — удельное сопротивление почвы (измеряется в Ом . м), l — расстояние между электродами (измеряется в метрах), а S – площадь сечения того объема, который заключен между электродами (выражается в м2). Именно это удельное сопротивление и зависит от степени увлажненности грунта.

Для конструкции модуля параметр l представляет собой расстояние между чувствительными элементами и равен 0,008 м. Площадь сечения определяется как толщина чувствительного элемента, помноженная на его длину. Эти параметры обозначены буквами a и b на рисунке 2.2 и равны соответственно 0,046 м и 0,0015 м .

Удельное сопротивление зависит как от влажности, так и от химического состава. У песчаного, глинистого, известнякового, торфяного и других разновидностей грунтов сопротивления будут разными.

В большинстве случаев растения выращиваются в садовой земле, у которой удельное сопротивление p равно 40 Ом . м при влажности 0%. Для данного случая:

 

При увеличении количества жидкости в почве ее удельное сопротивление уменьшается, соответственно уменьшается и сопротивление между электродами. Это происходит в связи с тем, что обычная (недистилованная) вода является хорошим проводником электрического тока. В результате сопротивление почвы может уменьшиться в десятки раз.

Схемотехника модуля устроена так, что при изменении сопротивления между электродами меняется степень открытия встроенного транзисторного ключа. Это приводит к изменению напряжения на аналоговом выходе АО.

Так, при максимальном сопротивлении в несколько килоом (полностью сухая почва) ключ будет закрыт и напряжение на выходе окажется равным нулю. При влажности 100% сопротивление будет минимальным, ключ максимально открывается, а напряжение достигает верхнего значения в 4,4 В (сигнал меньше напряжения питания 5 В по причине потерь во внутренних цепях модуля). При меньшей влажности почвы напряжение будет пропорционально меньше. Данная зависимость показана на рисунке 3.1.

 

 

 

Рис. 3.1

 

Однако в контроллерах системы Вертор данные с аналоговых датчиков могут использоваться только после преобразования с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразования). Это когда напряжение из диапазона от 0 до 5 В пропорционально переводится в обычное число из диапазона от 0 до 1023. И уже это число используется для реализации алгоритмов в скетчах. В соответствии с этим принципом, график на рисунке 3.1 может быть представлен в виде, изображенном на рисунке 3.2.

 

 

 

Рис. 3.2

 

Для измерения влажности почвы необходимо поместить датчик в образец земли, подключить датчик к аналоговой линии А0 контроллера и загрузить в него соответствующий скетч.

Пример считывания данных с датчика и их вывод в монитор порта показан в приведенном ниже скетче.

 

 

 

 

4. Технические характеристики

 

 

Наименование характеристики	Значение
Габаритные размеры, мм	22х68
Тип разъема	XH-2.54-4P
Номинальное напряжение питания, В	5
Диапазон измерения влажности почвы, %	От 0 до 100
Диапазон напряжения сигнала на выходе AО, B	0...4,4

 

5. Условия гарантии

 

ООО «Эвольвектор» гарантирует работоспособность электронного модуля на протяжении всего гарантийного срока эксплуатации, который составляет 12 месяцев с момента приобретения устройства. Также гарантируется совместимость модуля с другими устройствами системы управляющей электроники ВЕРТОР.

Гарантийные обязательства производителя распространяются только на ту продукцию, которая не имеет повреждений и не выведена из строя в результате неверных действий пользователя.

По вопросам гарантийного обслуживания, а также по всем техническим и информационным вопросам можно обращаться на электронную почту:

info@evolvector.ru

help@evolvector.ru

а также по телефону +7 (499) 391-01-05

Адрес для корреспонденции: 143300, Московская область, г. Наро-Фоминск, ул. Московская, д.15.

 

Написать отзыв

Ваше Имя:


Ваш отзыв: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо           Хорошо

Введите код, указанный на картинке: