土壤水分测量


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背景

为了启动我重返电子行业的长期雄心,我决定尝试制造一种可以测量盆栽植物土壤湿度以确定是否需要浇水的设备。第一个化身的目的是要有一个指示灯,显示植物当前的水位(加水是红色!),但是我当然有野心勃勃的计划,可以为植物自动浇水。

我的第一个刺是基于Garduino指令,特别是这里的电路:

在此处输入图片说明

它是一个简单的分压器,使用已知的电阻器和两个卡在土壤中的铜线电极作为测量设备。A0Teensy ++上使用ADC 测得的电压与电阻之比成正比,我可以算出实际的土壤电阻。

但是,实际上,土壤阻力会产生很大的漂移。打开设备后几乎立即,所测量的土壤阻力开始下降。(如果将万用表插入工厂,也会发生这种情况。)经过几天的测量,我发现测量值和湿度水平之间没有可用的连接。取下探针并进行检查后,发现阳极上有相当大的锈蚀。对我来说,这表明某种化学反应正在发生(电解?)。万用表测量的电压差为几十毫伏:我已经将工厂变成了电池!

氧化阳极

为避免此问题,我搬到了用不锈钢螺丝制成的探针。由于它们的反应性远不如铜,因此氧化问题不大。另外,为了避免“充电”土壤,我将分压器置于Teensy的两个数字输出引脚之间。测量发生如下:

  • 当不进行任何测量时,两个引脚均保持低电平。
  • 我把一根针高。我等待一毫秒,然后测量分压器中心的电压。
  • 我将引脚电压(高电平->低电平)反转,等待一毫秒,然后再次测量。我现在应该测量第一次测量的补充。
  • 两个引脚都再次拉低,设备休眠直到下一次测量。

这确实减少了氧化问题,但是一旦我开始测量,测得的土壤电阻似乎仍然开始下降。

  1. 谁能推荐一种可靠的方法来测量土壤湿度?
  2. 谁能解释这到底是怎么回事?

Answers:


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集思广益:

我最近一直在阅读有关 电容式感应的信息 。电容式触摸传感器的巨大优势在于,它们可以完全密封在塑料薄层后面,因此不会暴露金属。(“电子和机器人技术:通过厚表面感知触摸吗?”

由于无法让直流电流流过塑料,因此此类传感器必须使用交流电,正如Leon Heller所建议的那样。

las,我所见过的大多数讨论都是关于如何仅对智能指压做出反应的。关于水和水分的讨论很少,是关于如何降低电容式传感器对水溅起的敏感性。(“ Sparkfun论坛:电容式传感器和防水”)。显然,它们对水很敏感,因此也许您可以使用此“缺陷”并将其转变为特征。


是的,这肯定会起作用,这是我当前的询问路线。我遇到的主要麻烦是设计探头,使其电容摆幅足以测量。这是我灵感的主要来源:mechanical.poly.edu/faculty/vkapila/ME3484/Readings/...
drxzcl

我在电容传感器方面取得了很好的进步。主要挑战在于确保水分不直接与电极接触,因为水分会变成电阻性负载。但我认为我已经解决了其中的电子部分。
drxzcl 2011年

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为了避免电极极化,您应该使用交流电,并使用温纳电桥装置。


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您能否再详细说明一下温纳大桥的概念?搜索主要产生期刊论文,而如果不亲自去大学图书馆,我将无法获得这些论文。标题(盐度测量等)似乎很有希望!
drxzcl 2011年


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我知道,唯一有效的测量土壤湿度的方法是使用这些探针。


很有意思!我听说过通过基本构建电容器来测量介电常数的探头,但我见过任何出售的探头。由于这是一个爱好项目,所以我更喜欢“建造”而不是“购买”,但是我确实更喜欢“购买”而不是“什么都没有
;;

关于这一点,“因为我们的探头使用传输线技术测量土壤的介电常数,所以它对水盐分不敏感,并且不会像基于电导率的探头那样随时间腐蚀。” -听起来正是我需要的技术。
drxzcl 2011年

我试图弄清楚共享链接中的探针如何工作。他们使用的是TDR还是TDT?还是仅仅是电容?基本设置将包括哪些内容以复制其功能?
Davido 2014年

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这是botanicalls的工作方式。


我假设9、10和12引脚用于其他用途是否正确?它们似乎不会影响传感器电路。
drxzcl 2011年

是的,看起来9和10只是在控制LED而12是一个开关
Toby Jaffey

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让我们看看我是否明白这一点。我将驱动8高电平,从而通过探头建立一个(小)电流。该电流由BJT放大,我将在已知的100欧姆电阻上测量该电流的电压降。在分压器设计上,这能给我带来什么?
drxzcl 2011年

感谢您将我指向Botanicalls!除了上面的测量电路的区别之外,我已经检查了它们的原理图和代码,并且做出了一些有趣的发现。他们使用仅在测量过程中通电的镀锌钢电极(根本没有延迟,甚至没有毫秒),并且它们仍然存在因电解而导致退化的问题。它们还保持湿度传感器读数的移动平均值,默认情况下为2分钟10个样本。我会做一些试验并报告。
drxzcl 2011年

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我用两个镀锌的钉子固定在巴黎石膏缸中构造了一个土壤湿度传感器。我没有经过足够长的时间来测试它来得出任何结论,但是您可以尝试使用该设计。

灰泥会中和水分中的任何酸,从而将湿度含量作为变量隔离(但也可以用作低通过滤器!)+指甲上的镀锌有助于防止其氧化。

如果您找到好的解决方案,请发表。


现在您已经使用这些传感器了一段时间,您是否进一步了解它们的耐用性?我特别担心电偶腐蚀
。...– angelatlarge

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您可以尝试使用Irrometer水印传感器。我现在用它们来测量土壤湿度。如果您有兴趣,我可以尝试原理图。


我浏览了该网站,发现它们在石膏中同时嵌入了电容式传感器和电阻式传感器。您正在使用哪个?他们有什么好处吗?
drxzcl 2011年

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我建议水印传感器。它们很耐用,而且很容易阅读。每个传感器需要两个数字输出和一个输入。

用10k电阻串联每个电表到输出。要测量时,将一个输出设置为高,将另一个输出设置为低。测量传感器两端的电压。http://www.irrometer.com/pdf/supportmaterial/sensors/voltage-WM-chart.pdf具有用于粗略校准的图表;您需要建立一个“完全湿润”的基线。因为埋葬传感器时应该彻底弄湿土壤,所以无论如何都要这样做,以确保传感器工作正常。

使用两个输出是因为您应该切换极性以避免腐蚀。

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