Сообщений в теме: 743

[UL7AAjr]

Теперь моя очередь поделиться результатами.

 

Схема обычная на 74AC00. Только частоту я выбрал 16МГц. Это позволяет использовать толстый диэлектрик, что в свою очередь улучшает стабильность измерений. Теперь датчик можно пошевелить в почве не сбивая калибровку. Боле  того, если несколько раз переустановить датчик в один и тот же горшок, то показания практически не изменяются. 

 

В качестве диэлектрика использовал пластик от коробки CD. Толщина около одного миллиметра. Просто вырезал и наклеил на лепестки сенсора.

 hm_sens16_1_1.jpg   41.96К   4 Количество загрузок:

 

Проверял на разных горшках с разной степенью влажности. Результат такой:

 

Давно пора полить - 1В

Пора полить - 0.7 .. 0.8В

Политый - 0.3 .. 0.4В

Перелитый (капает с днища горшка) - 0.15 .. 0.2В

 

График нелинейности измерений

 hm_sens16_2.jpg   33.14К   0 Количество загрузок:

 

 

Собрал еще один для экспериментов с конструкцией сенсора. Например вот этот работает так-же как и предыдущий.

 hm_sens16_1_2.jpg   29.93К   0 Количество загрузок:

 

Если горшок руками не трогать, то электрод подключаемый к минусу питания можно отрезать. Да, работает всего с одним электродом.

 

Сейчас проверяю более "продвинутую" конструкцию сенсора. Если все удастся, то это будет нечто

 

 

PS. Потребление 25mA.

[oduvan]

Спасибо вам за ваши разработки с интересом наблюдаю за темой!!!

Смотрю на ваши последние схемы с автономными генераторами и не оч понимаю, как происходит измерение - раньше вроде было понятно - определенным кол-вом импульсов заряжаем кондер, потом измеряем напряжение на нем, а что происходит сейчас не оч понятно - меняется степень открытия транзистора???

 

Расскажите пожалуйста если не трудно.

[UL7AAjr]

Расскажите пожалуйста если не трудно.

 

Не трудно

 

Если упрощенно, то лепестки сенсора представляют собой конденсатор. Емкость конденсатора зависит от диэлектрической проводимости среды в которой он размещен. Для воздуха это значение ~1, а для воды ~84 (точно не помню, но где-то так). Получается, что емкость конденсатора зависит  от влажности почвы. Чем выше влажность, тем больше емкость. Для переменного тока конденсатор можно рассматривать как резистор. Сенсор с резистором R3 образуют делитель напряжения (представьте как будет выглядеть схема, если вместо сенсора поставить переменный резистор). Сигнал с делителя выпрямляется диодным полумостом и сглаживается конденсатором C4. Транзистор Т1 используется как повторитель напряжения для снижения нагрузки на измерительную цепь.

 

Вот как-то так. Если нужно, могу поподробнее.

 

PS: Я просто уверен, что Николай что-то еще добавит.

[nikr]

Сергей, если по простому. Подаете питание на сенсор и измеряете напряжение на выходе, которое меняется в зависимости от влажности. По основной идее генратор вынесли на сенсор по двум причинам: возможность удаления сенсора от датчика и увеличение количества обслуживаемых датчиком сенсоров. Процессор с АЦП никуда не пропал - просто мы сейчас работаем над улучшением сенсоров.

Хотя можно и без процессора.... Прицепить на выход сенсора вольтметр и следить за влажностью  глазами или добавить тригер с гистерезисом и подключить туда клапан полива....

Но тогда пропадут всякие вкусности со сбором статистики. разделением по времени полива разных участков, учетом температуры, освещенности и.т.д.  

Сигнал с делителя выпрямляется диодным полумостом и сглаживается конденсатором C4.

Тут даже не полумост а цельный удвоитель напряжения. (2 диода и 2 конденсатора)     

Транзистор Т1 используется как повторитель напряжения для снижения нагрузки на измерительную цепь.

Фактически истоковый повторитель уменьшает выходное сопротивление сенсора. Этот элемент введен опять же для работы на удалении от АЦП.

[nikr]

Собрал еще один для экспериментов с конструкцией сенсора. Например вот этот работает так-же как и предыдущий.

Эта конструкция мне понравилась только надо с изолятором хорошенько подумать. А так прекрасно, штырями корни меньше будет повреждать.

Если горшок руками не трогать, то электрод подключаемый к минусу питания можно отрезать. Да, работает всего с одним электродом.

С двумя постабильней будет,овчинка выделки не стоит.

Сейчас проверяю более "продвинутую" конструкцию сенсора. Если все удастся, то это будет нечто

Интересно..... принцип измерения меняете или саму конструкцию? 

PS. Потребление 25mA.

Игорь, пора от линейных стабилизаторов отказываться. Импульсники нужны. Забегал на днях на рынок мелких микрух не нашел, хотел попробовать - надо заказывать.

[UL7AAjr]

Эта конструкция мне понравилась только надо с изолятором хорошенько подумать. А так прекрасно, штырями корни меньше будет повреждать.

 

Интересно..... принцип измерения меняете или саму конструкцию? 

 

Николай, только конструкцию. Вот такая штука будет, Частоты хватить должно.

 sens_x0.jpg   50.9К   4 Количество загрузок:

 

Можно вообще в толстый фломастер между трубками схему воткнуть. Только сначала саму идею проверить надо.

 

С импульсниками может и не стоит заморачиваться? Просто на сенсор подавать поменьше (ну так вольт семь), только для обеспечения стабильности и стабилизатор lowdrop (я использую серию 1117). Тогда потери на стабилизаторе будут существенно меньше чем полезная нагрузка.

[nikr]

Нашел 50 mA Ultra low dropout регулятор LP2980 в корпусе sot23-5 и собрал последний сенсор Игоря. Электроды:6см провода с жилой 1мм в изоляции. Торцы залиты термоклеем. Имеется вход разрешения работы логического уровня, так что соединение с датчиком получится 4мя проводами.

 

 

Потребление при генерации 4,3ма на частоте 9,5мГц.

При запрещении работы потребление замерить неудалось тестер показывал 0 на диапазоне с разрешением 0.1мкА.

По даташиту в этом режиме регламентируется < 1мкА.

 

График нелинейности аналогичен графику Игоря, только при отрыве от воды зафиксирован скачек напряжения.

 

 

 

[UL7AAjr]

Да, со штырьками конструкция лучше. Установить легко, корни целые. Николай, я тут подумал, что можно в качестве генератора использовать активный кварцевый генератор в SMD корпусе. Например что-то из этого http://www.abracon.c.../ASFVseries.pdf Вот только в наличии ничего подобного не имеется. Может у вас есть возможность попробовать?

[UL7AAjr]

Вот еще вариант конструкции. Как мне кажется - наиболее удачный.

 

 

 sens_pipe2.jpg   54.64К   4 Количество загрузок:

 

В качестве корпуса использован маркер. Сенсор представляет собой две медные трубки, расположенные одна над другой внутри корпуса от фломастера. Сверху расположена трубка подключенная к минусу питания, через нее, во вкладыше, проходит проводник подключенный к выходу генератора и к нижней трубке.

 

Работает как положено. Легко обеспечить герметичность. Фломастер диаметром 8мм несколько толстоват, но хорошо подходит по размеру к корпусу маркера. Маркер можно подрезать под размер печатной платы.

 

Теперь осталось сделать миниатюрный генератор и разместить его внутри корпуса от фломастера между верхним и нижним электродом

[nikr]

Николай, я тут подумал, что можно в качестве генератора использовать активный кварцевый генератор в SMD корпусе. Например что-то из этого http://www.abracon.c.../ASFVseries.pdf

Надо будет поискать, хотя не намного меньше получится. У меня сейчас плата под 7400 с укороченными площадками под штырьки 17х20мм и потребление уже устраивает.

[UL7AAjr]

Надо будет поискать, хотя не намного меньше получится. У меня сейчас плата под 7400 с укороченными площадками под штырьки 17х20мм и потребление уже устраивает.

Николай, я вот как хочу сделать.  micro_sens_mod.jpg   34.19К   2 Количество загрузок: Это 5мм х 30мм. Такая платка внутрь фломастера между электродами влезет.

[UL7AAjr]

Игорь, у вас там в прямоугольном фломастере места полно. Или если хочется в 5мм уместиться можно у 74ас00 лапки под нее завернуть. Посмотрел в интернете генераторы - дорогие 150-200р

Николай, я в самом деле хочу разместить весь датчик в корпусе от одного круглого фломастера. Уж очень мне конструкция понравилась. Размещать генератор в верхней части датчика - не самая лучшая идея в этом случае, проводник до нижнего электрода проходит через общий электрод и сужает диапазон измерений (правда пока не понятно на сколько). Хотя и так работает. Генераторы нашел на ebay по доллару за штуку (поиск "active oscillator 5032"). С частотой правда еще не до конца определился. В общем пока буду экпериментировать с этой конструкцией, а там посмотрим, может и что-то путное выйдет. Мне-то в итоге для огорода придется вернуться к большим сенсорам из оргстекла и фольги.

[UL7AAjr]

Немного информации об испытаниях датчиков разной конструкции.

 

В общем решил я более "научно" испытать датчики. Приготовил два пластиковых ведерка диаметром 20 см и глубиной 15 см. Взял мелкий сухой песок (когда пересыпал, шла пыль, значит сухой). В обе емкости засыпал одинаковый слой 12 см. В одну из емкостей добавил 0.5 литра воды и тщательно перемешал.

 

Испытывал три вида датчика. 

1. Электроды на текстолите под  изоляцией 0.9мм.

2. Электроды из миллиметровой медной проволоки в изоляции:

   2а) расстояние между электродами 1.5 см

   2б) 4 см

   2в) вплотную друг к другу

3. Электроды друг над другом во фломастере.

 

Показания на воздухе в милливольтах (примерно)

1. 2000

2а. 2000

2б. 2150

2в. 1350

3. 1500

 

Первая же проблема проявилась сразу. Невозможно получить одинаковый результат переставляя датчик. Пробовал переставлять с десяток раз каждый. Заметная разница даже в сухом песке.

 

В итоге в сухом песке:

1. 1450..1500

2а 950..1100

2б 1100..1200

2в 730..850

 

Во влажном песке:

1 700..800

2а 320..370

2б 420..470

2в 270..340

3  410..460

 

Помехи проверял дотрагиваясь рукой до стенок ведра снаружи. Падение напряжение во влажном песке составило

1. 12-15%

2а 12 -15%

2б 5-7%

2в 20%

3 12-15%

 

Перепроверил вариант 2б. Действительно, помехи почти не ловит, эффект непонятен.

 

Выводы такие. Все конструкции работают более менее одинаково за исключением датчика с двумя проволочными электродами вплотную друг к другу. Этот вариант откровенно плохой. Лучше всего защищен от помех датчик с двумя проволочными электродами на расстоянии 1.5 см. Точность измерения всех конструкций неважная, зависит от положения датчика. Если переставить датчик в другое место, то придется его калибровать по-новому. Чем калибровать - непонятно. Можно конечно переставить датчик несколько раз, вычислить среднее значение и затем оставить его в положении, в котором показатели наиболее приближены к среднему. Пожалуй это самый простой вариант.

 

Еще проверял датчики в реальных цветочных горшках. Там вообще все плохо. Видимо из-за корней, неравномерной плотности почвы и неравномерности влаги вообще показания сильно скачут, даже среднее значение трудно вычислить.

 

В общем, надо что-то думать по этому поводу. У кого какие идеи?

[oduvan]

Тонкий слой гипса на датчике?

Но это не самое элегантное решение.

[nikr]

Первая же проблема проявилась сразу. Невозможно получить одинаковый результат переставляя датчик. Пробовал переставлять с десяток раз каждый. Заметная разница даже в сухом песке.   В итоге в сухом песке: 1. 1450..1500 2а 950..1100 2б 1100..1200 2в 730..850   Во влажном песке: 1 700..800 2а 320..370 2б 420..470 2в 270..340 3  410..460

Игорь, сухой песок это гранулы кварца полости между которыми заполнены воздухом. Естественно при переставлении сенсора процентное отношение кварца и воздуха в зоне измерений может меняться. Диэлектрическая проницаимость кварца 4,5 а вохдуха 1. В реальном песке что то среднее между этими пределами. Для датчика 2а ( примерно такой как у меня, у моего 13мм между электродами) в сухом песке погрешность при переставлении получилась у вас 7,5% - что конечно немного выше чем в теории. Для воды с ее 80 еденицами у вас погрешность получилась 2,5% - учитывая что это не чистая вода а смесь воздуха песка и воды, очень даже не плохо.

Точность измерения всех конструкций неважная, зависит от положения датчика. Если переставить датчик в другое место, то придется его калибровать по-новому. Чем калибровать - непонятно. Можно конечно переставить датчик несколько раз, вычислить среднее значение и затем оставить его в положении, в котором показатели наиболее приближены к среднему. Пожалуй это самый простой вариант.   Еще проверял датчики в реальных цветочных горшках. Там вообще все плохо. Видимо из-за корней, неравномерной плотности почвы и неравномерности влаги вообще показания сильно скачут, даже среднее значение трудно вычислить.   В общем, надо что-то думать по этому поводу. У кого какие идеи?

В реальных цветочных горшках почвосмесь значительно разнообразнее ( там и песок, и глина, и перегной, и навоз, и торф и минеральные удобрения и корней много....) то есть показания будут зависеть сильнее от места установки сенсора. Калибровать безусловно придется скорее всего старым дедовским способом - на глазок. Помните, как раньше активные датчики делали - заливали электроды в гипсовую болванку, которая тянула окружающую воду в себя. Если всю зону измерения залить в гипс, оставляя при этом электроды изолированными, от неоднородности среды мы избавимся и повысим инерционность сенсора. Но это увеличит его габарит - то есть для горшков не пойдет. PS: Начал разводить плату датчика на 8 сенсоров, выкинув из схемы все "лишнее". При этом придется диапазон сенсоров приводить к внутреннему ИОН Атмеги, а это всего 1,1в.

[nikr]

для понимания физики процессов можно почитать:

http://injzashita.co...zlix-porod.html

 http://www.omsk.edu/article/vestnik-omgpu-36.pdf

http://geo.web.ru/db...uri=part03.html

 

 

 

 

 

[nikr]

В 426 посту фотки пропали повторяю здесь.

 

сенсор:

 

 sensor7400.jpg   123.16К   0 Количество загрузок:

 

 sensor7400-board.jpg   51.72К   0 Количество загрузок:

 

реально такие длинные площадки под пайку электродов не нужны

буду делать квадратные и длинна платы уменьшится.

 

график нелинейности:

 

 график 001.jpg   32.65К   0 Количество загрузок:

 

сам датчик:

 gygrov3-3 f.jpg   45.32К   1 Количество загрузок:

 

Разъем 8х4 для подключения 8ми сенсоров.

 

 gygrov3-3r.jpg   57.09К   0 Количество загрузок:

 

Все, как видите, предельно упростил.

[UL7AAjr]

Николай, за ссылки - спасибо. 

 

Продолжил эксперименты с целью улучшить стабильность показаний при перестановке сенсора. Есть положительные результаты.

 

Как и предполагалось ранее, нужно еще увеличить толщину диэлектрика поверх электрода. Для устранения наводок от посторонних предметов (таких как провода и руки), обернул вокруг ведерка, примерно посередине высоты, полоску пищевой фольги шириной 3 см и приклеил широким скотчем. Вид не очень эстетичный, но результат порадовал. В качестве электрода использовал медный изолированный провод толщиной 2 мм, толщина с изоляцией - 4 мм. Поверх изоляции намотал изоленту и засунул в корпус от фломастера диаметром 8 мм. Вместо электрода подключенного к минусу питания подсоединил контур из пищевой фольги. Многократная перестановка датчика показала, что идея верная. В сухом песке показания были в пределах 1620-1650, во влажном песке 1120..1170. Причем крайние показания выскакивали редко (менее 20%), в большинстве случаев показания были более близки к средним значениям.

 

Теперь не плохо бы применить это на практике, без оборачивания горшков фольгой. Напрашивается идея использовать несколько пар электродов подключенных к одному генератору (допустим три пары). Минусовые электроды разместить по периметру, а генераторные ближе к центру горшка. Так можно усреднить показания, а толстый диэлектрик будет обеспечивать стабильность при перестановке или случайном сдвиге сенсора. Я так полагаю, что ради точности и стабильности измерений можно принести в жертву удобство монтажа и эстетику?

 

 

 

[nikr]

Продолжил эксперименты с целью улучшить стабильность показаний при перестановке сенсора.

Игорь, а это нужно? Я имею ввиду перестановку сенсора. Один раз установить. откалибровать и пользоваться......

[UL7AAjr]

Игорь, а это нужно? Я имею ввиду перестановку сенсора. Один раз установить. откалибровать и пользоваться......

Николай, дело не в самой перестановке. Изменение значений при перестановке - показатель достоверности измерений. И это плохо когда есть возможность неудачно установить датчик или сбить калибровку случайно пошевелив датчик. Толстый диэлектрик увеличивает стабильность показаний при сдвиге сенсора. Можно ограничится и одним таким сенсором, но, как показывают эксперименты, в цветочном горшке показания влажности в разных местах могут отличаться. Мне самому не очень нравиться идея утыкать горшок сенсорами. Еще поэкспериментирую.