Приборы, измеряющие влажность, называют гигрометрами. Их можно также назвать и датчики влажности. В обыденной жизни влажность – это немаловажный параметр. Она важна для сельхозугодий, техники.

От процента влажности зависит здоровье человека. Метеозависимые люди очень чувствительны к этому параметру. Также от нее зависит здоровье больных астмой, гипертонией. Когда воздух сухой здоровые люди чувствуют сонливость, раздражение кожи, зуд. Излишне сухой воздух провоцирует болезни дыхания.

На заводах и фабриках влажность оказывает влияние на сохранность сырья и выпускаемой продукции, и станков. В сельскохозяйственных угодьях влажность оказывает влияние на почву, ее плодородие. Чтобы владеть информацией о влажности применяют гигрометры (датчики влажности).

Классификация датчиков влажности

Некоторые приборы изготавливают калиброванными под определенную влажность, но для точной настройки нужно знать точное значение этого параметра в воздухе.

Влажность измеряется по параметрам:

• Воздух и газы определяются по влажности в г*м 3 при абсолютной величине, или при относительной величине в RН.
• Твердые предметы, жидкости, измеряют в % от веса образца .
• Жидкостей не смешиваемых, влажность меряют частями воды (ррm) .

Емкостные датчики влажности

Эти чувствительные элементы можно представить, как элементарные конденсаторы с двумя пластинами, между которыми находится воздух. Это наиболее простая конструкция. Воздух не проводит электрический ток в сухом состоянии. При ее изменении, меняется и емкость конденсатора.

Конструкцией более сложной является емкостный датчик с диэлектриком, который значительно изменяется от влажности. Такой способ повышает качество датчика, по сравнению с воздушным типом.

Второй тип лучше применять для измерений на предметах твердых. Предмет размещается между пластинами конденсатора, который подключается к контуру колебаний, к генератору. Делается замер частоты контура колебаний, по результату рассчитывается емкость образца.

Такой способ измерения содержит негативные стороны. При влажности материала менее 0,5 процента, точность будет низкой, материал должен быть чистым от веществ с высокой проницаемостью. Важнейшим также является геометрическая форма предмета, которая не должна меняться в опыте по измерению влажности.

Третий тип датчика представляет собой тонкопленочный гигрометр, включающий подложку с двумя электродами в виде гребенки. Они являются обкладками. Для компенсации температуры в 1 датчик включены 2 термоэлемента.

Резистивные датчики влажности

Резистивные датчики состоят из 2-х электродов. Они нанесены на подложку. На электроды наложен слой токопроводящего материала. Но этот материал значительно меняет значение сопротивления в зависимости от влажности.

Подходящим по чувствительности материалом стал оксид алюминия. Он поглощает влагу извне, его сопротивление значительно меняется. В итоге полное сопротивление сети датчика имеет большую зависимость от влажности. Значение проходящего тока будет показывать о значении влажности. Преимуществом таких датчиков стала их небольшая стоимость.

Термисторный вариант датчика

Гигрометр на термисторах включает два однотипных термистора. Это нелинейные компоненты. Их сопротивление прямо пропорционально температуре. Один из термисторов расположен в герметичной камере с сухим воздухом. 2-й термистор находится в камере с отверстиями. Через них поступает влажный воздух. Эту влажность нужно определить. Термисторы подключены по мостовой схеме. Разность потенциалов подается на одну диагональ, показания снимают с другой.

При нулевом напряжении на выходе термисторов, их температура одинакова, поэтому влажность обоих термисторов также равна. При нулевом напряжении влажность разная. Поэтому, по измеренному напряжению рассчитывают влажность.

Возникает вопрос, почему при изменении влажности меняется температура термистора. Ответить можно так. При повышении влажности с поверхности термистора испаряется вода, и температура термистора снижается. Чем больше показатель влажности, тем эти процессы протекают более стремительно, термистор остывает быстрее.

Оптические датчики влажности

В его основе действия определения влажности стоит точка росы. Когда достигается это состояние точки росы, то жидкость и газ приобретают равновесие термодинамики.

Если стекло расположить в газовой среде с температурой, находящейся выше точки росы, далее снижать температуру стекла, то на стекле возникнет конденсат. Это процесс перехода воды в жидкое состояние. Температура такого перехода и называется точкой росы. Температура этой точки зависит от давления и влажности среды. В итоге, если мы сможем определить температуру и давление, то легко вычислим и влажность. Такой метод является основным.

Простая цепь датчика включает светодиод, испускающий свет на поверхность зеркала, отражающего и изменяющего его направление. В нашем случае есть возможность изменять температуру зеркала путем подогрева или охлаждения устройством регулировки температуры особой точности. Можно использовать термоэлектрический насос. На зеркало монтируют датчик температуры.

Перед началом замеров температуру зеркала устанавливают так, чтобы его значение было больше точки росы. Затем охлаждают зеркало. На зеркале будут образовываться водяные капли, вследствие этого луч света, поступающий от светодиода, будет преломляться и рассеиваться, что приведет к снижению тока в фотодетекторе.

Владея информацией от фотодетектора, регулятор будет поддерживать температуру на зеркале, а термодатчик определит температуру. Зная давление и температуру, определяют влажность.

Оптический датчик имеет максимальную точность, по сравнению с другими аналогами. Из недостатков можно выделить повышенную стоимость и немалый расход энергии, а также обслуживание, которое заключается в поддержании поверхности зеркала в чистом виде.

Электронный гигрометр

Его принцип действия заключается в изменении электролита, которым покрыт изоляционный материал. Имеются устройства с автоподогревом, поддерживающие температуру точки росы.

Замер температуры точки росы проводится над раствором хлорида лития. Этот раствор очень чувствительный к самым малым изменениям влажности. Для наибольшего удобства к гигрометру прикрепляют термометр. Такой гигрометр имеет повышенную точность, небольшую погрешность. Он может измерить влажность при любой температуре среды.

Большую известность имеют обычные электронные гигрометры с двумя электродами. В почву втыкаются два электрода. По степени проводимости тока определяют влажность. Перед приобретением датчика нужно определиться, для чего он будет применяться, диапазон замеров, точность и т. д. Наиболее точным прибором является оптический датчик. В зависимости от условий нужно обратить внимание на класс защиты, интервал температур измерения.

Датчики влажности своими руками

Многие умельцы хотят собственными руками сделать гигрометр для вентилятора. Для такой работы им понадобятся современные цифровые устройства:

• Сенсорные датчики и температуры (DНТ 11, DНТ 22).
• Устройство обработки данных на основе Ардуино.

– устройство, состоящее из комплекта микропроцессоров, собранных на недорогих микроконтроллерах. Оно имеет открытые понятные схемы. Любой желающий может узнать в интернете, какие составные части входят в схему, какая будет у него цена. Подключение вентилятора к такому устройству не составит труда. Интересным фактом является взаимодействие такого устройства с компьютером. Существует множество драйверов и специальных программ, с помощью которых можно работать и выполнять разные операции.

Если учесть стоимость в настоящее время, то хочется сделать своими руками вытяжной вентилятор в комплекте с датчиком влажности. Но такие устройства рекомендуется изготавливать для задач сложнее. Можно, например, соединить в одну сеть множество разного оборудования. Многие фирмы монтируют датчики влажности на выпускаемое оборудование. Вследствие этого не имеет серьезного смысла этим заниматься, и делать то, что уже давно сделано.

Если сделать увлажнитель для дома и попытаться подключить его к вентилятору, то это совсем другое дело. Для таких целей необходимо разработать несколько схем.

Можно найти и подобный датчик влажности для вентилятора. Такие имеются на оборудовании компании Honeywell. Их действие основывается на способе работы конденсатора. Могут отпугнуть такие понятия, как «особая полимерная изоляция», или «электроды платиновые». Эти устройства стоят не дешево. Сначала нужно изучить этот вопрос и определиться, нужно это или нет. Довольно сложной работой окажется и сборка схемы замера аналогового значения, и градуировка датчика.

Компания Regeltechnik производит сенсоры совмещенного типа для измерения влажности и температуры, как для внешней среды, так и для внутри зданий и помещений.

Канальные датчики влажности

Существуют гидростаты канального вида. Применение их пока остается не очень понятным. В заводских условиях это можно как-либо объяснить. На электростанции имеется контроль множества параметров. Там высокая влажность в вентиляционном канале системой автоуправления может определиться, как нарушение функций оборудования.

Для домашнего хозяйства канальный вентилятор с датчиком влажности нигде не пригодится, так как он не предназначен для контроля значений среды. Если канальный вентилятор эксплуатируется сразу на множество помещений, и образуется влага в канале, то это является командным сигналом для увеличения скорости работы электродвигателя вентилятора. Это возникает при близком к холостому ходу режиме. В этом случае датчик влажности с вентилятором станут мощной системой экономии электричества. Эксплуатация этой системы на полную мощность осуществится только при необходимости.

Можно также сделать управление действием рекуператора и аналогичного оборудования. Его смысл заключается в том, что при нормальном режиме происходит экономия электричества.

Влажность рекомендуется создавать в пределах 40-60 процентов. Иногда появляется в таких случаях задача по увлажнению. Вентилятор с устройством увлажнения может достичь номинальных параметров автоматически, так как в его составе имеется встроенный гигростат, другими словами генератор пара. Эти приборы востребованы в летний период в сухих климатических условиях. Вентиляторы могут при помощи цифровой управляемой системы бороться с капризами природы. Плохой погоды не бывает, но микроклимат всегда можно оптимизировать.

Если надолго забыть о поставленной на горячую плиту посуде с водой, выпарившиеся несколько литров воды и испорченная посуда вас не обрадуют. Чтобы такого не случалось, можно собрать несложное устройство, которое, будучи размещённым, например, на кухне, известит звуковыми сигналами о высокой влажности в помещении.

Схема сигнализатора повышенной влажности воздуха представлена на рис. 1. По совместительству он может подать сигнал и об образовавшейся на полу луже, что уменьшит неприятности в случае повреждения водопроводного либо отопительного оборудования или переполнения раковины при оставленном на длительное время открытом кране и засорившемся сливном отверстии.

Рис. 1. Схема сигнализатора повышенной влажности воздуха

В качестве чувствительного элемента в сигнализаторе применён газорезистор B1. Такие использовались в кассетных видеомагнитофонах и видеокамерах для блокировки работы лентопротяжного механизма при высокой влажности воздуха внутри корпуса аппарата. Логические элементы DD1.1 и DD1.2 образуют генератор импульсов, следующих примерно 15 раз в минуту. Эта частота задана резисторами R13, R15, R16 и конденсатором C9. Благодаря диоду VD7 импульсы значительно (приблизительно в 10 раз) короче пауз между ними.

Когда газорезистор сухой, его сопротивление не превышает 1...3 кОм и напряжения в точке соединения резисторов R4, R5, R7 недостаточно для открывания транзистора VT1. Закрыт и транзистор VT2. Логический уровень напряжения на нижнем (по схеме) входе элемента DD1.1 - низкий, чем запрещена работа генератора импульсов на элементах DD1.1 и DD1.2, причём на выходе элемента DD1.2 установлен низкий уровень, в свою очередь запрещающий работу генератора импульсов звуковой частоты на элементах DD1.3 и DD1.4.

Если влажность окружающего газорезистор воздуха повысится (для проверки достаточно сделать с расстояния 5...10 см два-три выдоха на газорезистор), то сопротивление газорезистора возрастёт до 10...20 МОм. Увеличившимся напряжением на базе транзистор VT1 будет открыт, вместе с ним откроется и транзистор VT2. На нижнем (по схеме) входе элемента DD1.1 будет установлен высокий логический уровень напряжения. Оба генератора импульсов заработают. Пьезоизлучатель звука HA1 станет каждые 4 с подавать звуковые сигналы длительностью около 0,5 с.

Обратная связь через резистор R7 ускоряет открывание и закрывание транзисторов VT1, VT2 и создаёт небольшой гистерезис в характеристике их переключения. Это обеспечивает чёткое без "дребезга" срабатывание сигнализатора при медленном приближении влажности к пороговой. Порог срабатывания устанавливают подстро-ечным резистором R3.

Устройство подаст сигнал и в том случае, если транзистор VT1 останется закрытым, а транзистор VT2 откроется в результате замыкания пролитой водой контактов E1 и E2. Резисторы R6 и R8 не только ограничивают базовый ток транзистора VT2, но и уменьшают опасность поражения электрическим током человека, прикоснувшегося к контактам. Сетевое напряжение может попасть на них в результате проникновения воды внутрь сигнализатора или нарушения изоляции между обмотками трансформатора T1.

Чтобы сигнализатор не досаждал звуковыми сигналами, пока устраняются причины его срабатывания, нажатием на кнопку SB1 можно заблокировать работу генераторов приблизительно на 18 мин. Столько времени конденсатор С8, разряженный нажатием на кнопку, будет заряжаться через резистор R17. Резистор R22 ограничивает разрядный ток конденсатора, предохраняя контакты кнопки от обгорания. Следует отметить, что восстановление низкого сопротивления газорезистора B1 по окончании воздействия высокой влажности происходит очень медленно. Поэтому, чтобы избавиться от назойливых сигналов, может потребоваться нажимать на кнопку SB1 несколько раз.

Пьезоизлучатель звука HA1 подключён к выходам элементов DD1.3, DD1.4 через эмиттерные повторители на транзисторах VT5, VT6 и VT7, VT8. Это увеличивает нагрузочную способность генератора и даёт возможность подключить к нему несколько излучателей звука параллельно, разместив их, например, в разных помещениях.

Светодиод HL1 сигнализирует о включении сигнализатора в сеть, а светодиод HL2 включается в моменты подачи звуковых сигналов, а также при заблокированной низким уровнем напряжения на конденсаторе C8 работе генераторов. Конденсаторы C1 и C2 предотвращают ложные срабатывания сигнализатора, вызванные помехами.

Напряжение сети 220 В поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора T1 через защитные резисторы R1 и R2. Варистор RU1 защищает трансформатор от всплесков напряжения сети. Напряжение около 17 В с вторичной обмотки трансформатора выпрямляет диодный мост VD2-VD5. Все узлы стабилизатора питаются напряжением +9,2 В, получаемым из выпрямленного с помощью стабилизатора на транзисторах VT3 и VT4. Его значение зависит от напряжения стабилизации стабилитрона VD6.

Поскольку в качестве T1 в конструкции применён маломощный понижающий трансформатор от копировального аппарата "Xerox", рассчитанный на ток нагрузки около 10 мА, ток через стабилитрон выбран очень маленьким - менее 1 мА. Небольшая мощность трансформатора определила и выбор характера звукового сигнала - короткий тональный импульс и длинная пауза.

Можно использовать и более мощный трансформатор, например ТПК-2-12В, рассчитанный на ток нагрузки до 0,21 А. Для самостоятельного изготовления трансформатора подойдёт Ш-образный магнитопровод с площадью сечения центрального стержня 2 см 2 . Первичная обмотка должна состоять из 5900 витков обмоточного провода диаметром 0,06 мм. Вторичную обмотку, содержащую 500 витков, наматывают проводом диаметром около 0,2 мм. Пластины магнитопровода собирают вперекрышку. Готовый трансформатор можно покрыть эпоксидным компаундом.

Большинство деталей устройства размещены на монтажной плате размерами 75x45 мм, изображённой на рис. 2. На небольших отдельных платах смонтированы резисторы R6, R8 и резисторы R1, R2 c варистором RU1.

Рис. 2. Размещение деталей устройства на монтажной плате размерами 75x45 мм

Использована также готовая плата от сетевого адаптера, на которой установлены диоды VD2-VD5 и конденсатор C3. Все эти платы после изготовления покрыты со стороны монтажа влагозащитным лаком, например ХВ-784. Вместе с трансформатором T1 они размещены в пластмассовом корпусе размерами 160x110x32 мм от приёмника охранной сигнализации RR-701R.

Газорезистор B1, извлечённый из видеомагнитофона Funai, закреплён на массивной металлической пластине и вместе с ней помещён в пластмассовый корпус размерами 46x42x15 мм (рис. 3) с отверстиями для доступа воздуха. Чувствительность его значительно выше, чем у отечественного газорезистора ГЗР-2Б, применённого в конструкции, описанной в статье "Светозвуковой сигнализатор выкипания воды" ("Радио", 2004, № 12, с. 42, 43). Тем не менее ГЗР-2Б и другие аналогичные газорезисторы могут работать и в описываемом сигнализаторе.

Рис. 3. Газорезистор B1 на металлической пластине

В устройстве могут быть применены постоянные резисторы любого типа (МЛТ, С1-4, С1-14, С2-23). Желательно, чтобы резисторы R1 и R2 были невозгораемыми. Подстроечный резистор R3 - миниатюрный в корпусе, защищающем его от внешних воздействий. Крайне нежелательно использовать подстроечные резисторы открытого исполнения (например, СП3-38) из-за их низкой надёжности. Варистор RU1 - HEL14D471K или другой дисковый с классификационным напряжением 470 В.

Оксидные конденсаторы - К50-68, К53-19, К53-30 и их импортные аналоги. Конденсатор C8 должен быть с малым током утечки. Экземпляр, использованный автором, имеет ток утечки менее 10 нА при напряжении 18 В. Остальные конденсаторы - керамические К10-17, К10-50, КМ-5 или их аналоги. Конденсатор C4 должен быть рассчитан на напряжение не ниже 35 В.

Вместо диодов 1 N4002 подойдут любые из 1N4001- 1 N4007, UF4001 -UF4007, а также серий КД208, КД209, КД243. Диоды 1N4148 можно заменить на 1SS244, 1N914, КД510А, КД521А, КД521Б, КД522А, КД522Б. Стабилитрон BZV55C-10 заменяется на TZMC-10, КС210Ц, КС210Ц1, 2С210К1, 2С210К, 2С210Ц, транзисторы 2SC1685 и 2SC2058 - на 2SC1815, 2SC1845, SS9014, а также серий КТ3102, КТ6111, а транзистор 2SA1015 - на SS9012, SS9015, 2SA733 или серий КТ3107, КТ6112. Замена транзисторов 2SC2331 - 2SC2383, SS8050, BD136, BD138, КТ646А, КТ683А. Вместо транзисторов 2SA1273 и 2SA1270 пригодны SS8550, 2SB564, BD231, КТ639А, КТ644А, КТ684А. Следует иметь в виду, что предлагаемые в качестве замены транзисторы могут иметь отличия в типе корпуса и расположении выводов.

Микросхему К561ЛА7 заменят отечественные КР1561ЛА7, Н564ЛА7, 564ЛА7 (две последние в других корпусах) или импортная CD4011А.

Дроссель L1 - малогабаритный промышленного изготовления индуктивностью не менее 100 мкГн и сопротивлением обмотки 3...30 Ом. Кнопка SB1 - ПКн-125.

Излучатель звука HA1 - пьезоэлектрический вызывной прибор телефонного аппарата. Его собственная ёмкость - 0,03 мкФ. Подойдут и другие пьезоизлучатели, даже большей ёмкости, рассчитанные на напряжение не менее 20 В. Несколько таких излучателей можно соединить параллельно. Вместо пьезоизлучателя к выходу прибора можно подключить через неполярный разделительный конденсатор электромагнитный телефонный капсюль или динамическую головку с сопротивлением обмотки не менее 32 Ом, например PQAS57P3ZA-DZ.

Датчик протечки воды можно сделать, например, из пластины фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Фольгу разделяют по ломаной линии зазором на две изолированные части, одна из которых служит электродом E1, а вторая - электродом E2. Чем больше протяжённость зазора, тем выше вероятность того, что первые же упавшие на пластину капли воды попадут на него и замкнут электроды.

Несколько таких датчиков, соединив их параллельно, можно разместить в наиболее опасных, с точки зрения протечки воды, местах, например, под радиаторами отопления, стиральной машиной, сочленениями водопроводных труб. Коробку с газорезисто-ром помещают в наиболее подверженном запотеванию при высокой влажности месте помещения, но не на окне.

Подстроечным резистором R3 устанавливают порог срабатывания сигнализатора. Если "сухое сопротивление" газорезистора B1 восстанавливается после снижения влажности слишком долго, в сигнализатор можно установить резисторы R4 и R5 втрое меньшего сопротивления. Повысить чувствительность датчика протёкшей воды можно увеличением сопротивления резистора R9 до 100 кОм. Подбирая сопротивление резистора R20, можно установить желаемую тональность звуковых сигналов. Для удобства проверки работоспособности и налаживания сигнализатора конденсатор C8 можно временно отключить.

Дата публикации: 13.09.2015

Мнения читателей

• Иван / 05.04.2016 - 09:28
  А есть структурная схема,описание микросхем и печатная плата?

Многие огородники и садоводы лишены возможности ежедневно ухаживать за посаженными овощами, ягодами, фруктовыми деревьями в силу загруженности по работе или во время отпуска. Тем не менее, растения нуждаются в своевременном поливе. С помощью простых автоматизированных систем можно добиться того, что почва на вашем участке будет сохранять необходимую и стабильную влажность на протяжении всего вашего отсутствия. Для построения огородной системы автополива потребуется основной контрольный элемент – датчик влажности почвы.

Датчик влажности

Датчики влажности также называют иногда влагомерами или сенсорами влажности. Почти все предлагаемые на рынке влагомеры почвы измеряют влажность резистивным способом. Это не совсем точный метод, потому что он не учитывает электролизные свойства измеряемого объекта. Показания прибора могут быть разными при одной и той же влажности грунта, но с разной кислотностью или содержанием солей. Но огородникам-экспериментаторам не столь важны абсолютные показания приборов, как относительные, которые можно настроить для исполнительного устройства подачи воды в определенных условиях.

Суть резистивного метода заключается в том, что прибор измеряет сопротивление между двумя проводниками, помещенными в грунт на расстоянии 2-3 см друг от друга. Это обычный омметр , который входит в любой цифровой или аналоговый тестер. Раньше такие инструменты называли авометрами .

Также существуют приборы со встроенным или выносным индикатором для оперативного контроля над состоянием почвы.

Легко сделать замер разницы проводимости электрического тока перед поливом и после полива на примере горшка с домашним растением алоэ. Показания до полива 101.0 кОм.

Показания после полива через 5 минут 12.65 кОм.

Но обычный тестер лишь покажет сопротивление участка почвы между электродами, но не сможет помочь в автополиве.

Принцип действия автоматики

В системах автополива обычно действует правило «поливай или не поливай». Как правило, никто не нуждается в регулировании силы напора воды. Это связано с использованием дорогостоящих управляемых клапанов и других, ненужных, технологически сложных, устройств.

Почти все предлагаемые на рынке датчики влажности, помимо двух электродов, имеют в своей конструкции компаратор . Это простейший аналого-цифровой прибор, который преобразует входящий сигнал в цифровую форму. То есть при установленном уровне влажности вы получите на его выходе единицу или ноль (0 или 5 вольт). Этот сигнал и станет исходным для последующего исполнительного устройства.

Для автополива наиболее рациональным будет использование в качестве исполнительного устройства электромагнитного клапана. Он включается в разрыв трубы и может также использоваться в системах микро-капельного орошения. Включается подачей напряжения 12 В.

Для простых систем, работающих по принципу « датчик сработал - вода пошла», достаточно использование компаратора LM393 . Микросхема представляет собой сдвоенный операционный усилитель с возможностью получения на выходе командного сигнала при регулируемом уровне входного. Чип имеет дополнительный аналоговый выход, который можно подключить к программируемому контроллеру или тестеру. Приблизительный советский аналог сдвоенного компаратора LM393 - микросхема 521СА3 .

На рисунке представлено готовое реле влажности вместе с датчиком в китайском исполнении всего за 1$.

Ниже представлен усиленный вариант, с выходным током 10А при переменном напряжении до 250 В, за 3-4$.

Системы автоматизации полива

Если вас интересует полноценная систем автополива, то необходимо задуматься о приобретении программируемого контроллера. Если участок небольшой, то достаточно установить 3-4 датчика влажности для разных типов полива. Например, сад нуждается в меньшем поливе, малина любит влагу, а для бахчи достаточно воды из почвы, за исключением чрезмерно засушливых периодов.

На основании собственных наблюдений и измерений датчиков влажности можно приблизительно рассчитать экономичность и эффективность подачи воды на участках. Процессоры позволяют вносить сезонные корректировки, могут использовать показания измерителей влажности, учитывают выпадение осадков, время года.

Некоторые датчики влажности почвы оснащены интерфейсом RJ-45 для подключения к сети. Прошивка процессора позволяет настроить систему так, что она будет оповещать о необходимости полива через социальные сети или SMS-сообщением. Это удобно в тех случаях, когда невозможно подключить автоматизированную систему полива, например, для комнатных растений.

Для системы автоматизации полива удобно использовать контроллеры с аналоговыми и контактными входами, которые соединяют все датчики и передают их показания по единой шине к компьютеру, планшету или мобильному телефону. Управление исполнительными приборами происходит через WEB-интерфейс. Наиболее распространены универсальные контроллеры:

• MegaD-328;
• Arduino;
• Hunter;
• Toro;
• Amtega.

Это гибкие устройства, позволяющие точно настроить систему автополива и доверить ей полный контроль над садом и огородом.

Простая схема автоматизации полива

Простейшая система автоматизации полива состоит из датчика влажности и управляющего устройства. Можно изготовить датчик влажности почвы своими руками. Понадобится два гвоздя, резистор с сопротивлением 10 кОм и источник питания с выходным напряжением 5 В. Подойдет от мобильного телефона.

В качестве прибора, который выдаст команду к поливу можно использовать микросхему LM393 . Можно приобрести готовый узел или собрать его самостоятельно, тогда понадобятся:

• резисторы 10 кОм – 2 шт;
• резисторы 1 кОм – 2 шт;
• резисторы 2 кОм – 3 шт;
• переменный резистор 51-100 кОм – 1 шт;
• светодиоды – 2 шт;
• диод любой, не мощный – 1 шт;
• транзистор, любой средней мощности PNP (например, КТ3107Г) – 1 шт;
• конденсаторы 0.1 мк – 2 шт;
• микросхема LM393 – 1 шт;
• реле с порогом срабатывания 4 В;
• монтажная плата.

Схема для сборки представлена ниже.

После сборки подключите модуль к блоку питания и датчику уровня влажности почвы. На выход компаратора LM393 подсоедините тестер. С помощью построечного резистора установите порог срабатывания. Со временем нужно будет его откорректировать, возможно, не один раз.

Принципиальная схема и распиновка компаратора LM393 представлена ниже.

Простейшая автоматизация готова. Достаточно подключить к замыкающим клеммам исполнительное устройство, например, электромагнитный клапан, включающий и отключающий подачу воды.

Исполнительные устройства автоматизации полива

Основным исполнительным устройством автоматизации полива является электронный клапан с регулировкой потока воды и без. Вторые дешевле, проще в обслуживании и управлении.

Существует множество управляемых кранов и других производителей.

Если на вашем участке случаются проблемы с подачей воды, приобретайте электромагнитные клапаны с датчиком потока. Это предотвратит выгорание соленоида при падении давления воды или прекращении водоснабжения.

Недостатки автоматических систем полива

Почва неоднородна и отличается по своему составу, поэтому один датчик влажности может показывать разные данные на соседних участках. Кроме того, некоторые участки затемняются деревьями и более влажные, чем те, которые расположены на солнечных местах. Также значительное влияние оказывает приближенность грунтовых вод, их уровень по отношению к горизонту.

Используя автоматизированную систему полива, следует учитывать ландшафт местности. Участок можно разбить на сектора. В каждом секторе установить один или более датчиков влажности и рассчитать для каждого собственный алгоритм работы. Это значительно усложнит систему и вряд ли удастся обойтись без контроллера, но впоследствии почти полностью избавит вас от траты времени на нелепое стояние со шлангом в руках под знойным солнцем. Почва будет наполняться влагой без вашего участия.

Построение эффективной системы автоматизированного полива не может основываться только на показаниях датчиков влажности почвы. Непременно следует дополнительно использовать температурные и световые сенсоры, учитывать физиологическую потребность в воде растений разных видов. Необходимо также учитывать сезонные изменения. Многие компании производящие комплексы автоматизации полива предлагают гибкое программное обеспечение для разных регионов, площадей и выращиваемых сельскохозяйственных культур.

Приобретая систему с датчиком влажности, не ведитесь на глупые маркетинговые слоганы: наши электроды покрыты золотом. Даже если это так, то вы лишь обогатите почву благородным металлом в процессе электролиза пластин и кошельки не очень честных бизнесменов.

Заключение

В данной статье рассказывалось о датчиках влажности почвы, которые являются основным контрольным элементом автополива. А также был рассмотрен принцип действия системы автоматизации полива, которую можно приобрести в готовом виде или собрать самому. Простейшая система состоит из датчика влажности и управляющего устройства, схема сборки которой своими руками также была представлена в этой статье.

Для многих производственных процессов очень важно поддерживать необходимый микроклимат, в частности, определенное содержание паров воды в воздухе или газе. Для этой цели используются такие приборы, как гигрометр и гигростат. Первые измеряют содержание водяных паров, вторые поддерживают их необходимый уровень. На рисунке 1 показано устройство Роса-10, используемое как в промышленности, так и сельском хозяйстве.

Рисунок 1. Отечественные приборы Роса-10 в различном исполнении

Но датчик влажности применяется не только в производстве (например, для определения характеристик древесины), с его помощью можно регулировать сухость воздуха в помещении (рис.2), измерять насыщение почвы водой и т.д. Предлагаем рассмотреть устройство и принцип работы таких приборов. Это существенно поможет их правильному применению в бытовой сфере, например, чтобы сделать вытяжной вентилятор в ванную, терморегулятор для бани или самодельный датчик температуры и влажности в теплицу.

Рисунок 2. Все современные климатические системы снабжены модулем, измеряющим влажность

Прежде чем перейти к теории, определимся с терминологией.

Терминология

Под абсолютной влажностью подразумевают содержание воды (в граммах) в одном кубометре воздуха. Соответственно, единица измерения этой величины – г/м3. Состояние, при котором содержание воды в газе достигает максимальной величины (100%), называется порогом максимального насыщения или влагоемкостью. При достижении этого предела начинается процесс конденсации.

Необходимо заметить, что влагоемкость прямо пропорциональна температуре: чем она выше, тем большее количество воды может содержаться в том же объеме газа. Именно поэтому цифровой или аналоговый модуль измерения влажности практически всегда снабжен датчиком температуры.

Перейдем к определению, описывающему относительную влажность. Эта величина показывает соотношение влагоемкости и абсолютной влажности, соответствующие температурному режиму на момент измерения. Состояние, при котором эти величины сравняются, называется «точка росы».

Теперь, когда мы определились с терминологией, рассмотрим существующие типы датчиков и узнаем, по какому принципу работает каждый из них.

Виды датчиков и их принцип работы

Наибольшее распространение получили четыре типа приборов, каждый из них имеет свою специфику эксплуатации:

Рисунок 4. Датчик воды SYH-2RS

Поскольку детекторы данного типа чаще всего используются в любительских схемах, мы еще вернемся к рассмотрению их устройства.

Рисунок 6. Аспирационный измеритель влажности МВ-4М

Мы привели наиболее распространенные виды детекторов, на самом деле их значительно больше. Например, есть еще оптический датчик, где используется рассеивание света при образовании конденсата по достижению точки росы, термический (задействованы два терморезистора в открытой и герметичной камере), канальный и т.д.

Устройство детекторов резистивного типа

Теперь, как и обещали, рассмотрим конструктивные особенности сенсоров резистивного типа на примере модели SYH-2RS.

Рисунок 7. Устройство резистивного сенсора

1) – вид сбоку; 2) – вид сверху.

Обозначения:

• а – керамическая подложка;
• b – напыленные электроды;
• c – гигроскопичное покрытие на основе оксида алюминия.

Как видите, конструкция сенсора довольно простая, этим и обуславливает низкая стоимость устройств данного типа. А если еще принять во внимание взаимозаменяемость таких элементов, то неудивительно, что в большинстве самодельных устройств для дома (например, датчик протечки воды) радиолюбители предпочитают использовать резистивные сенсоры.

Краткий обзор имеющихся на рынке устройств их применение

Рассмотрим приборы, которые могут быть полезны в быту, начнем с реле влажности воздуха HIG-2 (рис.8), служащего для управления вытяжкой в ванной.

Рисунок 8. Модуль HIG-2 с релейным выходом

Основные характеристики:

• устройство запитывается от домашней электросети с напряжением 220 В;
• срабатывание при относительной влажности от 60% до 90% (устанавливается);
• допустимый ток нагрузки – не более 2 А;
• время работы вентилятора после срабатывания задается таймером (2-20 мин.).

Как подключить датчик влажности HIG-2?

Для правильного подключения устройства достаточно придерживаться схемы, приведенной в инструкции к прибору, она показана на рисунке 9.

Рисунок 9. Схема подключения вентилятора к модулю контроля влажности

На клемнике прибора есть соответствующие обозначения, поэтому сложностей эта операция не вызовет. Если электропроводке квартиры или на самом вентиляторе не предусмотрено заземление, то его можно не подключать, так же не обязательно ставить на вход питания выключатель.

Тех, кого увлекает концепция «умного дома», наверняка заинтересует внешний сенсор Mi Smart (рис. 10). При установке на смартфон специального приложения можно получать информацию о температуре и влажности в квартире. Если задать в такой программе определенные параметры микроклимата, то она известит, если условия будут нарушены.

Рисунок 10. Беспроводной сенсор производства компании Xiaomi

Заметим, что у этого устройства довольно низкая погрешность измерений (для влажности она в пределах 3%, что касается температуры, то точность показаний порядка 0,3 С°). Существенный недостаток – нерусифицированное программное обеспечение, но данная проблема будет решена в ближайшее время.

Тем, кто хочет сделать для теплицы капельный полив с датчиком влажности, можно порекомендовать сенсор Gardena (рис. 11), который регулирует работу клапанов систем этого же производителя.

Рисунок 11. Сенсор Gardena, управляющий системой полива

Для питания устройства используются две алкалиновые батарейки, их заряда хватает на 10-12 месяцев непрерывной работы.

Теперь рассмотрим характеристики промышленной модели цифрового измерителя Ивит-М.Т (рис. 12), который может применяться в производственной сфере, сельском хозяйстве или ЖКХ.

Рисунок 12. Измеритель влажности с выносным датчиком из серии ИВИТ-М

Перечень основных характеристик:

• для питания прибора необходимо напряжение 18-36 В;
• относительная влажность может быть измерена в диапазоне от 5 % до 95 % (максимальная погрешность не более 4 %);
• измерение температуры воздуха в пределах от -40 С° до 50 С° (модификации Н1, V) или от -40С° до 60°(модели Н2, К1, К2), точность 2 С°;
• прибор может эксплуатироваться в температурном диапазоне от -40 С° до 50 С°.

Любителей поэкспериментировать наверняка заинтересуют сенсоры DHT11 и DHT22 (рис. 13), которые используются вместе с платформой Ардуино. В сети можно найти много интересных решений на этой элементной базе.

Рисунок 13. Сенсоры влажности для платформы Arduino

a) DHT22; b) DHT11.

Как видно из рисунка внешний вид этих датчиков практически идентичен, это же касается и распиновки. Технические характеристики сенсоров очень похожи, за исключением точности и диапазона измерений. Приведем эти данные.

Основные технические параметры DHT11:

• подключение к источнику постоянного напряжения 3-5 В;
• в процессе запроса пиковый уровень потребляемого тока не более 2,5 мА;
• границы измеряемой влажности и температуры – 20-80 % и 0-50 С°, погрешность 5% и 2 С°;
• частота выборки 1 Гц, то есть получать данные можно один раз в течение секунды.

Теперь сравним эти параметры с более точной моделью DHT22:

• напряжение источника питания остается без изменений, как и потребляемы ток при передаче данных;
• влажность измеряется во всем диапазоне 0-100 %, погрешность в пределах 2-5 %;
• границы замеряемой температуры существенно расширены, по сравнению с предыдущей моделью, минимальная -40 С°, максимальная +125 С°.

Стоимость этих приборов вполне доступна на Алиэкспрессе их можно заказать с бесплатной доставкой по $1.28 (DHT11) и $4,9 (DHT22). Если покупать в России цена будет примерно в полтора-два раза дороже. Что касается базовой платформы, то плату Arduino Uno можно приобрести в Поднебесной за $25-$48 (стоимость зависит от комплектации). Программное обеспечение и прошивки скачиваются бесплатно.

Это простое самодельное устройство используется для воды или другой жидкости, В различных помещениях или в емкостях. Например,эти датчики очень часто используют для фиксации возможного затопления подвала или погреба талыми водами или на кухне под мойкой и т.п.

Роль датчика влажности выполняет кусок фольгированного стеклотекстолита с прорезанными в нем канавками,и как только в них попадет вода автомат отключит нагрузку от сети. Или если использовать тыловые контакты реле-автомат включит насос или или нужное нам устройство.

Сам датчик изготавливаем точно также как и в предыдущей схеме. Если жидкость попадет на контакты датчика F1 звуковой сигнализатор начнет издавать постоянный звуковой сигнал, а также загорится светодиод HL1.

Тумблером SA1 можно менять порядок индикации HL1 на непрерывное свечение светодиода в дежурной режиме.

Эту схему датчика влажности можно использовать в качестве сигнализатора дождя, переполнения какой-либо емкости с жидкостью, протечки воды и т.д. Питание схемы может быть подано от любого постоянного источника питания напряжением пять вольт.

Источником звукового сигнала является звукоизлучатель со встроенным звуковым генератором. Датчик влажности изготавливаем из полоски фольгированного текстолита, у которого сделана тонкая дорожка в фольге. Если датчик сухой, то звуковой сигнал не сигнализирует. В случае намокания датчика, мы сразу услышим прерывистый сигнал тревоги.

Питается конструкция от батарейки типа крона и ее хватит на два года, потому что во время режима ожидания, схема потребляет почти нулевой ток. Еще одним бонусом схемы можно считать тот момент, что практически любое число датчиков можно подключить параллельно входу и таким образом образом охватить всю контролируемую площадь за раз. Схема детектора построена на двух транзисторах типа 2N2222, соединенных способом Дарлингтона".

Перечень радиокомпонентов

R1, R3 - 470K
SW1 - кнопка
R2 - 15к
SW2 - переключатель
R4 - 22K
B1 - батарея типа крона
C1 - конденсатор емкостью 0.022 мкФ
T1, T2 - входные клеммы
PB1 - (RS273-059) пьезо-зуммер
Q1, Q2 - транзисторы типа 2N2222

Когда первый транзистор открывается, он сразу же отпирает второй, который включает пьезозуммер. При отсутствии жидкости оба транзистора надежно заперты и потребляется очень низкий ток от батареи питания. Когда зуммер включается, потребляемый ток увеличивается до 5 мА. Звукоизлучатели типа RS273-059 имеют в своем составе встроенный генератор. Если необходим более мощный сигнал тревоги, подключите несколько зуммеров параллельно или возьмите две батареи.

Печатную плату изготавливаем с размерами 3*5 см.

Тумблер test, подсоединяет 470 кОм сопротивление на вход, имитируя действие жидкости, тем самым проверяя работоспособность схемы. Транзисторы можно заменить на отечественные, типа КТ315 или КТ3102.

Автоматический датчик влажности предназначен для включения принудительной вентиляции помещения при повышенной влажности воздуха, может быть установлена на кухне, в ванной комнате, погребе, подвале, гараже. Его назначение - включить вентиляторы принудительного проветривания помещения, когда влажность в нём приближается к 95... 100 %.

Устройство отличается высокой экономичностью, надёжностью, а простота конструкции позволяет легко модифицировать его узлы под конкретные условия эксплуатации. Схема датчика влажности представлена на рисунке ниже.

Работает схема следующим образом. Когда влажность воздуха в помещении в норме, сопротивление датчика росы - газорезистора В1 не превышает 3 кОм, транзистор VT2 открыт, мощный высоковольтный полевой транзистор VT1 закрыт, первичная обмотка трансформатора Т1 обесточена. Также будет обесточена нагрузка, подключенная к разъёму ХР1.

Как только влажность воздуха приближается к точке выпадения росы, например, закипел оставленный без присмотра , ванная комната заполняется горячей водой, погреб подтапливается талыми, грунтовыми водами, отказал терморегулятор водонагревателя сопротивление газорезистора В1 резко жение переменного тока снимается с вторичной обмотки Т1 и поступает на мостовой диодный выпрямитель VD2. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются оксидным конденсатором большой ёмкости С2. Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока простроен на составном транзисторе VT3 с большим коэффициентом передачи тока базы типа КТ829Б, стабилитроне VD5 и балластном резисторе R6.

Конденсаторы СЗ, С4 уменьшают пульсации выходного напряжения. К выходу стабилизатора напряжения могут быть подключены вентиляторы с рабочим напряжением 12... 15В, например,«компьютерные». К гнезду ХР1 могут быть подключены вентиляторы общей мощностью до 100 Вт, рассчитанные на напряжение питания 220 В переменного тока. В разрыв цепи питания понижающего трансформатора Т1 и высоковольтной нагрузки установлен мостовой выпрямитель VD1. На сток полевого транзистора поступает пульсирующее напряжение постоянного тока. Каскад на транзисторах VT1, VT2 питается стабилизированным напряжением +11 В, заданным стабилитроном VD7. Напряжение на этот стабилитрон поступает по цепочке R2, R3, VD4, HL2. Такое схемное решение позволяет открывать полевой транзистор полностью, что значительно снижает рассейемую на нём мощность.

Транзисторы VT1, VT2 включены как триггер Шмитта, что исключает нахождение полевого транзистора в промежуточном состоянии, чем предотвращается его перегрев. Чувствительность датчика влажности задаётся подстроечным резистором R8, а при необходимости и подбором сопротивления резистора R7. Варисторы RU1 и RU2 защищают элементы устройства от повреждений всплесками напряжения сети. Светодиод HL2 зелёного цвета свечения показывает наличие напряжения питания, а красный светодиод HL1 сигнализирует о высокой влажности и включении устройства в режим принудительного проветривания помещения.

К устройству можно подключить до 8 низковольтных вентиляторов с током потребления до 0,25 А каждый и, или несколько вентиля- торов с напряжением питания 220 В. Если с помощью этого устройства будет необходимо управлять более мощной нагрузкой с напряжением питания 220 В, то к выходу стабилизатора напряжения можно подключить электромагнитные реле, например, типа G2R-14-130, контакты которого рассчитаны на коммутацию переменного тока до 10 А при напряжении 250 В. Параллельно резистору R8 можно установить терморезистор с отрицательным ТКС, сопротивлением 3,3...4,7 кОм при 25°С, размещённым, например, над газовой или электроплитой, что позволит включать вентиляцию также и при росте температуры воздуха выше 45...50 °С, когда конфорки плиты работают на полную мощность.

На месте трансформатора Т1 можно установить любой понижающий трансформатор с габаритной мощностью не менее 40 Вт, вторичная обмотка которого рассчитана на величину тока не менее тока низковольтной нагрузки. Без перемотки вторичной обмотки «Юность», «Сапфир». Также подойдут унифицированные трансформаторы ТПП40 или ТН46-127/220-50. При самостоятельном изготовлении трансформатора можно использовать Ш-образный магнитопровод сечением 8,6 см2 Первичная обмотка содержит 1330 витков провода диаметром 0,27 мм.

Вторичная обмотка 110 витков обмоточного провода диаметром 0,9 мм. Вместо транзистора КТ829Б подойдёт любой из серий КТ829, КТ827, BDW93C, 2SD1889, 2SD1414. Этот транзистор устанавливают на теплоотвод, размер которого будет зависеть от тока нагрузки и величине падения напряжения коллектор-эмиттер VT3. Желательно выбрать такой теплоотвод, с которым температура корпуса транзистора VT3 не превышала бы 60°С.

Если напряжение на обкладках конденсатора С2 при подключенной к выходу стабилизатора нагрузке будет больше 20 В, то для уменьшения рассеиваемой VT3 мощности можно отмотать от вторичной обмотки трансформатора несколько витков. Полевой транзистор IRF830 можно заменить на КП707В2, IRF422, IRF430, BUZ90A, BUZ216 . При монтаже этого транзистора необходима его защита от пробоя статическим электричеством . Вместо SS9014 можно применить любой из серий КТ315, КТ342, КТ3102, КТ645, 2SC1815. При замене биполярных транзисторов учитывайте различия в цоколёвках.

Диодные мосты KBU можно заменить на аналогичные КВР08, BR36, RS405, KBL06. Вместо 1N4006 можно использовать 1N4004 - 1N4007, КД243Г, КД247В, КД105В. Стабилитроны: 1N5352 - КС508Б, КС515А, КС215Ж; 1N4737A - КС175А, КС175Ж, 2С483Б; 1 N4741А - Д814Г, Д814Г1, 2С211Ж, КС221В.

Светодиоды могут быть любые общего применения, например, серий АЛ307, КИПД40, L-63. Оксидные конденсаторы - импортные аналоги К50-35, К50-68. Варисторы - любые малой или средней мощности на классификационное рабочее напряжение 430 В, 470 В, например, FNR-14K431, FNR-10K471. Чувствительный к влажности воздуха газорезистор ГЗР-2Б взят из старого отечественного видеомагнитофона «Электроника ВМ-12». Аналогичный газорезистор можно найти и в других неисправных отечественных и импортных видеомагнитофонах или в старых кассетных видеокамерах. Этот газорезистор обычно прикручен к металлическому шасси лентопротяжного механизма. Его назначение - блокировать работу аппарата при запотевании лентопротяжного механизма, что предотвращает заматывание и порчу магнитной ленты. Устройство можно смонтировать на печатной плате размерами 105x60 мм, Газорезистор предпочтительнее разместить в отдельной коробочке из изоляционного материала с отверстиями, устанавливаемой в месте попрохладней. Также рекомендуется прикрутить его к небольшой металлической пластине, можно через тонкую слюдяную изолирующую прокладку. Для защиты смонтированной платы от влаги, монтаж и печатные проводники покрывают несколькими слоями лака ФЛ-98, МЛ-92 или цапонлаком.

Газорезистор ничем закрашивать не надо. Для проверки устройства на работоспособность можно просто выдохнуть на газорезистор воздух из лёгких или, поднести поближе ёмкость с кипятком. Через несколько секунд вспыхнет светодиод HL1 и подключенные в качестве нагрузок вентиляторы начнут бороться с повышенной влажностью. В дежурном режиме устройство потребляет ток от сети около 3 мА, что очень немного. Поскольку устройство потребляет в дежурном режиме мощность менее 1 Вт, то его можно эксплуатировать круглосуточно, не опасаясь за расход электроэнергии. Так как устройство частично имеет гальваническую связь с напряжением сети переменного тока 220 В, то при настройке и эксплуатации устройства следует соблюдать соответствующие меры предосторожности.

В результате многочисленных экспериментов появилась вот эта схема датчика почвы на одной единственной микросхеме. Подойдёт любая из микросхем: К176ЛЕ5, К561ЛЕ5 или CD4001A.

Датчик влажности воздуха, схема и чертежи которого прилагаются, дает возможность полностью автоматизировать процесс контроля и управления относительной влажностью воздуха в любом помещении. Данная схема датчика влажности дает возможность измерять относительную влажность в диапазоне от 0–100%. При очень высокой точности и стабильности параметров

Светозвуковой сигнализатор выкипания воды. - Радио, 2004, №12, стр. 42, 43.
. - Схемотехника, 2004, №4, стр. 30-31.
Константа» в погребе. - САМ, 2005, № 5, стр. 30, 31.