feed-image Odebírat tento obsah čtečkou
Nabídka
csenderusktr

Snímač vlhkosti pro zalévací automat

Seznam článků

dest

Postavil jsem si automat pro zalévání trávníku ke kterému potřebuji vyhodnocení stavů vlhkosti. Mé první zkušenosti s DC snímačem byla slepá ulička. Tento snímač vlhkosti vysílá do elektrod (Cu plocha na PCB, nebo drátěné elektrody v hlíně květiny - dostatečně daleko od sebe) střídavý signál a tím zamezuje projevům koroze elektrod a rozkladu vody. Na snímači můžeme použít výstup: a) vlhkost/frekvence b) vlhkost/napětí c) vlhkost/proud...

DSC 0267

Napájecí napětí snímače: 4 - 15 VDC (V2.0 2.2V-18V)
Výstupní frekvence za sucha: cca 50 Hz (nekonečný odpor na elektrodách)
Výstupní frekvence za mokra: cca 5 kHz (nulový odpor na elektrodách)
Typ výstupu: otevřený kolektor - obdélníkový průběh
Příkon snímače cca: 200 ± 10μA od sucha až 1000μA za mokra
Napěťový výstup cca: 0,2 - 1 Volt
Provozní teplota cca: 0° C až +70° C (pro mínus nemá snímač smysl)
Připojení k automatu: cca 5m (stíněná dvojlinka)
Životnost: ? zatím netuším (závisí na prostředí a kontaminujících látkách deště) PCB jsem pocínoval ručně - nedoporučuji chemické cínování viz níže...

DONATE (v příloze navíc deska spojů Eagle, Gerber, STL, GCODE pro PET-G)


Po nějaké době jsem "oprášil" snímač deště a udělal verzi 2.0. Snímač bude použit v jiných konstrukcích. Schéma je stejné, ale je vypuštěn stabilizátor (aby zařízení mohlo pracovat na 2 tužkové baterie od cca 2.2V), je použit jiný typ obvodu 555 a je upravena deska pro budoucí 3D krabičku...

Schéma zapojení snímače deště (vlhkosti) V2.0

schema

Plošný spoj v provedení SMD - prototyp V2.0

snimac

deska

Foto osazené desky

DSC 0224

DSC 0230

Připojení vodičů ke snímači (nezapomeneme připojit Pull-Up rezistor mezi výstup a napájení - použil jsem 1 KOhm rezistor)

DSC 0231

Test a měření (při 2.4V zdroji - jako 2 tužkové baterie 11.9.2018)

DSC 0233

Za sucha cca 50Hz

DSC 0232

Elektrody "pokapané" vodou cca 3KHz

DSC 0234

DSC 0235

Frekvence je stabilní a při provozu se pohybuje +- jednotky Hz (na stole po hodině provozu byla frekvence stále cca 50Hz a ve vodě 5KHz).

Seznam součástek
(orientační seznam, lze osadit podobné hodnoty - není kritické. mimo 7555!)

Položka Hodnota Odkaz cena za kus Celkem
 IO1 ICM7555IBAZ SO8 https://www.tme.eu/cz/details/icm7555ibaz/obvody-watchdog-a-reset/renesas-intersil/   13.8,-  13.8,-
 R1, R pull-UP 1k 1206 https://www.tme.eu/cz/details/1206s4j0102t5e/rezistory-smd-1206/royal-ohm/   0.32,-/2x  0.64,-
 R2, R3 390 1206 https://www.tme.eu/cz/details/crcw1206390rjntabc/rezistory-smd-1206/vishay/   0.7,-/2x  1.4,-
 R4 150k 1206 https://www.tme.eu/cz/details/crcw1206150kfktabc/rezistory-smd-1206/vishay/   0.7,-  0.7,-
 R5 47k 1206 https://www.tme.eu/cz/details/smd1206-47k/rezistory-smd-1206/royal-ohm/1206s4j0473t5e/   0.4,-  0.4,-
 C1 100n 1206 https://www.tme.eu/cz/details/cc1206krx7r9104/kondenzatory-mlcc-smd-1206/yageo/cc1206krx7r9bb104/   1.3,-  1.3,-
 C2, C3, C4 4,7uF 1206 https://www.tme.eu/cz/details/gcm31cr71e475ka55l/kondenzatory-mlcc-smd-1206/murata/   7.9,-  7.9,-
 CN 4 pin hřeben  není potřeba, lze rovnou připájet vodiče  0-,  0,-
Celkem  26,-

DSC 0249

DSC 0250

DSC 0251

3D krabička

nahled

Materiál PET-G

DSC 0254
DSC 0256
DSC 0259
DSC 0261
DSC 0263
DSC 0264
DSC 0267
DSC 0269
Provoz čidla - měření vlhkosti květiny (ibyšek)
DSC 0285
DSC 0286
Kmitočet při suché květině byl v mém případě cca 284Hz.
DSC 0287
Kmitočet při mokré květině byl v mém případě cca 3,8KHz.
DSC 0289
Vzhledem k velkému rozsahu kmitočtu lze rozpoznat sucho/mokro pro další zpracovaní (například procesorem) velice spolehlivě. Na obrázku je vidět, že senzor pracuje i při napájení 2,1V. Závislost snímače frekvence/vlhkost se zdá být lineární.

Schéma zapojení snímače deště (vlhkosti) V1.0

schema zapojeni snimace deste

Plošný spoj v provedení SMD - prototyp

deska final osazovak

deska

Popis

  • Frekvenční výstup: k výstupu je nutné externě připojit PULLUP rezistor (10KOhms hodnota není kritická) k napájecímu zdroji (+ napětí 2,5-10 V). Výstupní signál je obdélníkový a jeho frekvence se pohybuje od 50 Hz (senzor za sucha) do 10.000 Hz (senzor za mokra) - připojení viz obrázek níže.
  • Proudový výstup: odebíraný proud je od 200 (± 10) mikroampér (senzor za sucha) do 1000 (± 100) mikroampérů (senzor za mokra) - připojení viz obrázek níže.  
  • Napěťový výstup: proud, který odebírá obvod vyvolá na rezistoru 1KOhm napětí 0,2 - 1 Voltů. Je nutné připojit externě kondenzátor 100uF viz obrázek níže.
  • Umístění senzoru: senzor by měl být umístěn na dobrém místě (z důvodu rosení snímače) nikoliv tedy směrem k severu (nejlépe směrem na jih). Sensor by měl být ideálně namontován pod úhlem 45° od svislé polohy (déšť se nebude shlukovat a kapky budou stékat)
  • Údržba: povrch občas vyčistíme slabým roztokem čisticího prostředku a opláchneme čistou vodou.
  • Kdy je to mokré? prahová hodnota elektrického signálu, která musí být stanovena pozorováním. Tenká vrstva kondenzátu na holém senzoru zvýší frekvenci na cca 600 Hz. Takže 600 až 900 je rozumný údaj pro stanovení vyhodnocení ano/ne prší (možná jiná teprve to budu testovat). Pokud snímač ponoříme do šálku vody bude nárůst signálu na nejvyšší úrovni (10.000 Hz). Jak senzor stárne, jeho nula (pro sucho) se může posunout nahoru v důsledku nečistot elektrod (s tímto je nutno počítat při návrhu obslužného programu automatu, nebo CPU).
  • Popis zapojení SMD stabilizátor snižuje napájecí napětí na 3,3 V. SMD časovač CMOS 555 pracuje v režimu přímé zpětné vazby, s obdélníkovým výstupním signálem na výstupu (pin 3). Nabíjení a vybíjení kondenzátoru 0,1 uF je zajišťeno prostřednictvím rezistorové sítě (sérioparalelně zapojené rezistory s vodivou snímací mřížkou). Když je mřížka suchá rezistor 150k 1% určuje minimální frekvenci oscilátoru na 50 Hz. Když je mřížka mokrá (nebo zkratovaná) rezistor 390Ohm 1% v sérii s mřížkou omezuje horní frekvenci na asi 11 kHz. Proud na snímací mřížce je střídavý. Kondenzátory 4.7 uF v sérii s mřížkou zajišťují, že svodové proudy netečou přes mřížku. Výstupní pin 3 je výstup s otevřeným kolektorem (zde odebíráme frekvenci úměrnou vlhkosti). Napájecí proud odebíraný obvodem se mění lineárně s frekvencí, takže napájecí proud je úměrný vlhkosti (v případě měření proudu, nebo napětí).

Zapojení výstupů snímače vlhkosti (frekvence, napětí, proud)

sensor zapojeni typy

Seznam součástek

Díl Hodnota Označení GME.cz Cena GME
R1 R1206 1kΩ 1% 900-191 1,-
R2,R5 R1206 390Ω 1% 900-332 2,-
R3 R1206 51kΩ 1% 900-326 1,-
R4 R1206 150kΩ 1% 900-222 1,-
C1-C4 CK1206 4M7/16V 905-195 12,-
C5 CK1206 100N/50V 905-081 1,-
IC1 LE33CD 934-021 18,-
IC2 CM555 SMD 930-004 9,-
Cena z e-shopu gme.cz 16.1.2014 45,- Kč

Pro pocínování desky jsem chtěl použít tento cínovací roztok, ale nedoporučuji ho

cinovací lázeň

Buď byl roztok mimo dobu použitelnosti (na obalu byl stržen datum výroby), nebo není na moji desku vhodný. Zkoušel jsem desku dle návodu nechat v roztoku pocínovat a výsledek byl, že na desku nešlo vůbec pájet! Tzn. sedřít a zapájet na čistou měď

Pohled na ne/pocínovanou desku - nepoužitelné

DSC 0012

Osazená suchá deska snímače (elektronika je přelakovaná, snímač zatím jen holá měď)

DSC 0013

Pohled na osciloskop - suchá snímací plocha (neprší)

DSC 0016

Pohled na desku - kapky vody z kohoutku (málo prší - první kapky)

DSC 0017

Pohled na osciloskop - snímací plocha (malé kapky)

DSC 0018

Pohled na desku - kapky vody z kohoutku (velká kapka)

DSC 0019

Pohled na osciloskop - snímací plocha (velká kapka)

DSC 0020

Na obrázcích je vidět, že na vysokých frekvencích není čistý obdélník, ale náběžná hrana je pozvolná (sestupná je ok). Nebudu toto prozatím řešit. Pokud se ukáže, že nepůjde tento průběh vyhodnotit raspberry pi (zalévač trávníku) - doplním tvarovací obvod (ukáže čas testů).

Hotový snímač

DSC 0001

DSC 0002

 

Sensor s "houbičkou na nádobí" pro setrvačnost systému (chvilku trvá než se houba nasákne cca 5min a cca den trvá než vyschne). Zároveň je systém imunní proti ranní rose.

hh2

Video - první test "na stole"

Poznámka: snímač reaguje okamžitě na jakoukoliv změnu vlhkosti - stačí na plošku dýchnout... Martin Pihrt

 

 

Komentáře   

#3 Lubomír 2014-06-25 14:02
Moje koupená destička po jednou týdnu za oknem dopadla takto :sad:
http://www.nahraj-obrazek.cz/?di=4140369759810
#2 Martin Pihrt 2014-06-25 12:52
Cituji Lubomír:
Jakou máte praktickou zkušenost s korozí snímače?
Já jsem zakoupil tento hotový typ, ale již po několika deštích byla koroze jak po mnoha letech.

http://i01.i.aliimg.com/wsphoto/v0/1326534941_1/Snow-Raindrops-Detection-Sensor-Module-Rain-Weather-Module-Humidity-For-Arduino.jpg

Dobrý den, snímač používám již 5 měsícem bez problémů. (Cesty jsou pocínované, není to čistá měď). Jako zásadní vidím problém v měření DC proudem namísto AC (většina konstrukcí co naleznete vše hrne rovnou z +5V přes senzor do Arduina na AD vstupy a to není na životnost dobře)
#1 Lubomír 2014-06-25 12:41
Jakou máte praktickou zkušenost s korozí snímače?
Já jsem zakoupil tento hotový typ, ale již po několika deštích byla koroze jak po mnoha letech.

http://i01.i.aliimg.com/wsphoto/v0/1326534941_1/Snow-Raindrops-Detection-Sensor-Module-Rain-Weather-Module-Humidity-For-Arduino.jpg

Nemáte oprávnění pro vkládání komentářů.