Для получения высоких урожаев с минимальным расходом воды необходим оптимальный уровень влажности почвы. Причем для разных растений он разный, некоторые растения не переносят сильной влажности, другие наоборот растут, только в воде.

Для измерения влажности почвы применяют разные методы, в частности измерение почвенного сопротивления, проводимости, индуктивности и емкости. Самый простой — измерение почвенного сопротивления.

Суть процесса — измерение сопротивления почвы между 2 щупами. В качестве датчика возьмем китайский двурогий датчик.

Можно использовать и куски нержавейки. Главной проблемой является сохранность датчиков, ибо они очень быстро окисляются и выдают неправильные результаты. Происходит это вследствие электрохимической коррозии при подаче постоянного напряжения для измерения сопротивления. Для решения этой проблемы, используют подачу разнополярных импульсов. Примеры таких датчиков тут. Оба представляют собой генератор импульсов, которые через дифференцирующие RC цепи подаются на датчик. Ставить отдельную микросхему не хотелось, да и нужно управление от контроллера. Разработаны и чисто компьютерные системы, например, тут.

Наиболее удачной получилась система контроля влажности для виноградников Vinduinol. Используется 2 выхода, которые поочередно переключаются, формируя на датчике разнополярные импульсы. Аналоговые входы замеряют напряжения на датчике. Чем суше почва, тем больше сопротивление и меньше напряжение на входах.

Для калибровки датчиков нужны весы. Надо высушить почву, взвесить и постепенно добавлять воду, взвешивая. Влажностью будет соотношение веса воды к весу сухого грунта. Весов пока нет, поэтому влажность можно определить тактильно, правда это зависит от типа почвы. У меня скорее легкая, в наших краях нет глины, почва смесь торфа с песком. Сюда добавлены вермикулиты, торф магазинный и гумус. Сухая почва рассыпается при сжатии, умерено влажная, рассыпается неполностью, влажная образует комок, а переувлажнения выделяет воду.

Код датчиков почти полностью взят от Vinduino . Показания датчика немного скачут, поэтому применяют усреднение, но все равно есть вариации. Поэтому для отображения данных применяется фильтр Калмана  , который убирает шумы и лишнюю информацию. Алгоритм взят тут . Для обработки и отображения используется Processing. Для отображения информации применяет библиотека Grafica ,. Возможности ее довольно широки, есть несколько примеров, но, в общем, документация очень скудна, о возможностях напишу отдельно.

Китайский двурогий датчик представляет собой печатную плату с 2 линиями, достоинством которого является низкая цена.

Выпускается много таких датчиков с разными наворотами, в том числе и беспроводные, но вот, сколько времени они будут работоспособными большой вопрос. Vinduino использует прутки из нержавейки, залитые гипсом. Спустя 2 года они в хорошем состоянии. Встретилось, что хорошие датчики, можно сделать из кабеля ПВС. Главный недостатком резистивных датчиков, их нельзя покрыть лаком, который защищает от коррозии. В этом отношении емкостные лучше, лак не влияет на емкость, но для емкостных нужен генератор, частота которого изменяется в зависимости от емкости датчика.

В заключение скажу, что особой точности не надо, важно, что бы почва не пересыхала и что б ее не заливало, 5-10% точности хватает. Возможно, придется произвести эксперименты по влиянию влажности почвы на урожайность, но это в будущем.

Первый этап

Первый этап (начало мая 2017) – начальный. Отрезал половину пакета из под сока, засыпал землю (за зиму она высохла) и хорошо полил сверху.  Собрал схему, резисторы поставил подстроечные 1.5КОм. В схеме Vinduino конденсаторов С1 и С2 нет.

Вставал датчик и стал измерять. Результаты зависят от того как вставить датчик. Лучше всего воткнуть в землю и полить. При повторном втыкании сопротивление увеличивается и начинает скакать.

Единица измерения вычисляется по формуле R * (u1 – u2) /u2; где R =1500, сопротивление резисторов, а u1 и   u2, напряжение на ветках сенсора.  Разброс показаний довольно большой, попробовал подключить конденсатор C2 параллельно датчику. При С2 = 1000 нФ уровень сигнала очень низкий,  при С2 = 100 нФ тоже, остановился на С2 = 10 нФ, разброс уменьшился, но не сильно. При совершенно сухой земле 60-100тысяч.

Длина рабочей части датчика 40мм, поэтому все, что ниже никак не будет влиять на результат. В закрытом ящике это, в общем, не проблема, достаточно не переливать. Можно также разместить датчик в трубе  и заглубить.

Результаты измерений за 12 часов обработанные фильтром Калмана. Почва сухая, перегиб на отметке 150 – полив сверху, после краткого падения, сопротивление стало расти, что, в общем, необычно.

Система в принципе работает, недостатков хватает. Передача данных в реальном времени нужна для отладки. В рабочем состоянии система должна накапливать данные и пересылать их при появлении связи. Продолжение следует.