การสอบเทียบเซ็นเซอร์ความชื้นในดิน: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

มีเครื่องวัดความชื้นในดินจำนวนมากในท้องตลาดเพื่อช่วยคนทำสวนตัดสินใจว่าจะรดน้ำต้นไม้เมื่อใด น่าเสียดายที่การหยิบดินจำนวนหนึ่งและตรวจสอบสีและพื้นผิวนั้นน่าเชื่อถือพอ ๆ กับอุปกรณ์เหล่านี้! โพรบบางชนิดถึงกับระบุว่า "แห้ง" เมื่อจุ่มลงในน้ำกลั่น เซ็นเซอร์วัดความชื้นในดินแบบ DIY ราคาถูกมีวางจำหน่ายแล้วในสถานที่ต่างๆ เช่น Ebay หรือ Amazon แม้ว่าพวกเขาจะให้สัญญาณตามความชื้นในดิน แต่การเชื่อมโยงเซ็นเซอร์กับความต้องการของพืชผลนั้นยากกว่า เมื่อตัดสินใจรดน้ำต้นไม้ สิ่งที่สำคัญจริงๆ คือ การดึงน้ำออกจากอาหารปลูกพืชนั้นง่ายเพียงใด เซ็นเซอร์วัดความชื้นส่วนใหญ่จะวัดปริมาณน้ำในดินแทนที่จะวัดว่ามีน้ำในโรงงานหรือไม่ เทนซิโอมิเตอร์เป็นวิธีปกติในการวัดว่าน้ำเชื่อมกับดินได้ดีเพียงใด เครื่องมือนี้วัดความดันที่จำเป็นในการขจัดน้ำออกจากสื่อปลูก หน่วยความดันทั่วไปที่ใช้ในงานภาคสนามคือมิลลิบาร์และ kPa สำหรับการเปรียบเทียบ ความกดอากาศจะอยู่ที่ประมาณ 1,000 มิลลิบาร์หรือ 100 kPa ขึ้นอยู่กับพันธุ์พืชและชนิดของดิน พืชสามารถเริ่มเหี่ยวเฉาเมื่อความดันเกินประมาณ 100 มิลลิบาร์ส คำแนะนำนี้อธิบายวิธีการสอบเทียบเซ็นเซอร์ความชื้นที่ถูกกว่าและพร้อมใช้งานกว่ากับเครื่องวัดความตึงแบบ DIY แม้ว่าสิ่งนี้สามารถทำได้ด้วยตนเองโดยการลงจุดผลลัพธ์บนกระดาษ แต่มีการใช้เครื่องบันทึกข้อมูลอย่างง่าย และผลลัพธ์ที่โพสต์บน ThingSpeak วิธีนี้สามารถใช้เพื่อปรับเทียบเซ็นเซอร์ความชื้นในดินให้เป็นค่าอ้างอิงเทนซิโอมิเตอร์ได้อย่างง่ายดาย เพื่อให้ชาวสวนสามารถตัดสินใจอย่างชาญฉลาดว่าเมื่อใดควรทดน้ำ ประหยัดน้ำ และปลูกพืชผลที่ดีต่อสุขภาพ

เสบียง:

ส่วนต่างๆ สำหรับคำแนะนำนี้พบได้ง่ายโดยการค้นหาไซต์เช่น Amazon หรือ Ebay ส่วนประกอบที่แพงที่สุดคือเซ็นเซอร์แรงดัน MPX5010DP ซึ่งมีราคาต่ำกว่า 10 ดอลลาร์ ส่วนประกอบที่ใช้ในคำแนะนำนี้คือ:เซ็นเซอร์วัดความชื้นในดินแบบ Capacitive v1.2ESP32 บอร์ดพัฒนาTropf Blumat หัววัดเซรามิกNXP เซ็นเซอร์ความดัน MPX5010DP หรือ MPX5100DPRจุกจุกยาง 6 มม. OD หลอดพลาสติกใส2 ตัวต้านทาน 100K ตัวต้านทาน 1 1M ตัวต้านทานการเชื่อมต่อสายไฟ หม้อพืชที่มีปุ๋ยหมักที่เชื่อมต่อน้ำต้มบัญชีThingSpeak WiFi อินเทอร์เน็ตไร้สายเพื่อแฟลช ESP32

ขั้นตอนที่ 1: Tensiometer

เครื่องวัดความตึงของดินคือท่อเติมน้ำที่มีถ้วยเซรามิกที่มีรูพรุนที่ปลายด้านหนึ่งและเกจวัดแรงดันที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ปลายถ้วยเซรามิกฝังอยู่ในดินเพื่อให้ถ้วยสัมผัสกับดินอย่างใกล้ชิด น้ำจะไหลออกจากเทนซิโอมิเตอร์และลดแรงดันภายในในท่อทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำในดิน การลดแรงดันเป็นการวัดโดยตรงของความสัมพันธ์ระหว่างดินกับน้ำ และตัวบ่งชี้ความยากที่พืชจะดึงน้ำออกมา

Tensiometers ทำขึ้นสำหรับผู้ปลูกมืออาชีพ แต่มักจะมีราคาแพง Tropf-Blumat ผลิตอุปกรณ์รดน้ำอัตโนมัติสำหรับตลาดสมัครเล่นซึ่งใช้หัววัดเซรามิกเพื่อควบคุมการชลประทาน หัววัดจากหนึ่งในหน่วยเหล่านี้สามารถใช้ทำเครื่องวัดความตึงด้วยราคาเพียงไม่กี่ดอลลาร์

งานแรกคือการแยกไดอะแฟรมพลาสติกออกจากหัวสีเขียวของโพรบ มันเป็นป๊อปพอดีกับหัวสีเขียว การตัดและสนิปอย่างรอบคอบจะแยกทั้งสองส่วน เมื่อแยกออกจากกัน ให้เจาะรูขนาด 1 มม. ที่จุดไดอะแฟรม ท่อพลาสติกเชื่อมต่อกับจุดด้านบนของไดอะแฟรมสำหรับการวัดแรงดัน การอุ่นปลายท่อในน้ำเดือดจะทำให้พลาสติกนิ่มลงเพื่อให้ติดตั้งได้ง่ายขึ้น อีกทางหนึ่งคือสามารถใช้จุกยางแบบเดิมๆ ที่เจาะแล้วแทนการรีไซเคิลไดอะแฟรมได้ สามารถวัดความดันในหัววัดได้โดยตรงโดยการวัดความสูงของคอลัมน์น้ำที่รองรับในท่อรูปตัว U น้ำที่รองรับแต่ละนิ้วจะเท่ากับแรงดัน 2.5 มิลลิบาร์

ก่อนใช้งาน จะต้องแช่โพรบเซรามิกในน้ำสองสามชั่วโมงเพื่อให้เซรามิกเปียกอย่างทั่วถึง โพรบจะเต็มไปด้วยน้ำและติดตั้งตัวหยุด ทางที่ดีควรใช้น้ำต้มเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดฟองอากาศภายในโพรบ จากนั้นจึงเสียบโพรบเข้าไปในปุ๋ยหมักชื้นอย่างแน่นหนา แล้วปล่อยทิ้งไว้ให้คงที่ก่อนทำการวัดแรงดัน

แรงดันเทนซิโอมิเตอร์สามารถวัดได้ด้วยเกจวัดแรงดันอิเล็กทรอนิกส์ เช่น MPX5010DP ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและแรงดันเอาต์พุตจากเกจสามารถพบได้ในเอกสารข้อมูลเซ็นเซอร์ หรือจะสอบเทียบเซ็นเซอร์ได้โดยตรงจากมาโนมิเตอร์แบบท่อ U ที่เติมน้ำ

ขั้นตอนที่ 2: เซ็นเซอร์ความชื้นในดินแบบ Capacitive

เซ็นเซอร์วัดความชื้นในดินแบบ capacitive ที่ปรับเทียบในคำแนะนำนี้คือ v1.2 พร้อมใช้งานบนอินเทอร์เน็ตราคาถูกและราคาถูก เซนเซอร์ชนิดนี้ได้รับเลือกมากกว่าประเภทที่วัดความต้านทานของดิน เนื่องจากหัววัดสามารถกัดกร่อนและได้รับผลกระทบจากปุ๋ย เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟทำงานโดยการวัดปริมาณน้ำที่เปลี่ยนตัวเก็บประจุในโพรบ ซึ่งจะให้แรงดันเอาต์พุตของโพรบ

ควรมีตัวต้านทาน 1M ระหว่างสัญญาณและพินกราวด์บนเซ็นเซอร์ แม้ว่าตัวต้านทานจะติดตั้งอยู่บนการ์ด แต่บางครั้งการต่อกราวด์ก็ขาดหายไป อาการต่างๆ ได้แก่ การตอบสนองช้าต่อสภาวะที่เปลี่ยนแปลงไป มีวิธีแก้ไขหลายอย่างหากขาดการเชื่อมต่อนี้ ผู้ที่มีความชำนาญในการบัดกรีสามารถเชื่อมโยงตัวต้านทานกับกราวด์บนบอร์ดได้ หรือสามารถใช้ตัวต้านทาน 1M ภายนอกแทนได้ เนื่องจากตัวต้านทานปล่อยประจุตัวเก็บประจุบนเอาต์พุต สามารถทำได้ในซอฟต์แวร์โดยการลัดวงจรพินเอาต์พุตไปยังกราวด์ชั่วขณะก่อนที่จะทำการวัดเซ็นเซอร์

ขั้นตอนที่ 3: การบันทึกข้อมูล

เครื่องวัดเทนซิโอมิเตอร์และโพรบคาปาซิทีฟวางรวมกันอย่างแน่นหนาในกระถางต้นไม้ที่มีปุ๋ยหมักพีทเปียก ระบบต้องใช้เวลาสองสามชั่วโมงในการชำระและให้การอ่านค่าคงที่จากเซ็นเซอร์ แผงวงจรสำหรับการพัฒนา ESP32 ถูกใช้ในคำแนะนำนี้เพื่อวัดเอาต์พุตของเซ็นเซอร์และโพสต์ผลลัพธ์ไปยัง ThingSpeak แผงวงจรมีจำหน่ายอย่างกว้างขวางจากซัพพลายเออร์จีนราคาถูก และพินหลายตัวสามารถใช้สำหรับการวัดแรงดันอนาล็อกได้ เมื่อเซ็นเซอร์ความดันส่งสัญญาณ 5V แรงดันไฟฟ้านี้จะลดลงครึ่งหนึ่งโดยตัวต้านทาน 100K สองตัวเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อ 3.3V ESP32 เซ็นเซอร์ประเภทอื่นๆ สามารถเชื่อมต่อกับ ESP32 ได้หากสัญญาณเอาท์พุตเข้ากันได้ สุดท้าย กระถางต้นไม้จะปล่อยให้แห้งตามธรรมชาติ และการอ่านค่าเซ็นเซอร์จะโพสต์ไปยัง ThingSpeak ทุกๆ 10 นาที เนื่องจาก ESP32 มีหมุด GPIO สำรอง จึงสามารถเพิ่มเซ็นเซอร์อื่นๆ เช่น อุณหภูมิและความชื้นเพื่อให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมได้

ขั้นตอนที่ 4: โปรแกรม ESP32

คุณจะต้องตั้งค่าบัญชี ThingSpeak ของคุณเอง หากคุณยังไม่มี

ภาพร่าง Arduino IDE เพื่อวัดเอาต์พุตเซ็นเซอร์และโพสต์ไปยัง ThingSpeak แสดงอยู่ด้านล่าง นี่เป็นโปรแกรมพื้นฐานที่ไม่มีการดักจับข้อผิดพลาดหรือรายงานความคืบหน้าไปยังพอร์ตอนุกรม คุณอาจต้องการตกแต่งตามความต้องการของคุณ นอกจากนี้ คุณต้องใส่ ssid, รหัสผ่าน และคีย์ API ของคุณเองก่อนที่จะแฟลชไปที่ ESP32

เมื่อเชื่อมต่อเซ็นเซอร์แล้วและ ESP32 ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ USB การอ่านจะถูกส่งไปยัง ThingSpeak ทุกๆ 10 นาที อาจมีการตั้งค่าเวลาในการอ่านที่แตกต่างกันภายในโปรแกรม

DATALOG SKETCH

#include ไคลเอนต์ WiFiClient;

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {

WiFi.mode (WIFI_STA); เชื่อมต่อ WiFi(); } วงเป็นโมฆะ () { ถ้า (WiFi.status () != WL_CONNECTED) { connectWiFi (); } client.connect("api.thingspeak.com", 80); แรงดันลอย = analogRead (34); ฝาลอย = analogRead (35); ความดัน = ความดัน * 0.038; // เปลี่ยนเป็นมิลลิบาร์ดีเลย์ (1000);

URL สตริง = "/update?api_key="; // สร้างสตริงสำหรับการโพสต์

url += "คีย์ API ของคุณ"; url += "&field1="; url += สตริง (ความดัน); url += "&field2="; url += สตริง (ตัวพิมพ์ใหญ่); client.print(String("GET") + url + " HTTP/1.1\r\n" + "Host: " + "api.thingspeak.com" + "\r\n" + "Connection: close\r\ n\r\n"); ล่าช้า (60000); //ทำซ้ำทุกๆ 10 นาที }

เป็นโมฆะ connectWiFi (){

ในขณะที่ (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { WiFi.begin("ssid", "password"); ล่าช้า (2500); } }

ขั้นตอนที่ 5: ผลลัพธ์และข้อสรุป

แผนภาพ ThingSpeak แสดงการอ่านเซ็นเซอร์ที่เพิ่มขึ้นเมื่อพรุแห้ง เมื่อปลูกพืช เช่น มะเขือเทศในพีท ค่าเทนซิโอมิเตอร์ที่อ่านได้ 60 มิลลิบาร์คือเวลาที่เหมาะสมที่สุดในการรดน้ำต้นไม้ แทนที่จะใช้เทนซิโอมิเตอร์ แผนภาพการกระจายบอกว่าสามารถใช้เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟที่ทนทานกว่าและราคาถูกกว่าได้หากเราเริ่มชลประทานเมื่อการอ่านเซ็นเซอร์ถึง 1900

โดยสรุป คำแนะนำนี้จะแสดงวิธีค้นหาจุดกระตุ้นการชลประทานสำหรับเซ็นเซอร์ความชื้นในดินราคาถูกโดยการสอบเทียบกับเครื่องวัดเทนซิโอมิเตอร์อ้างอิง การรดน้ำต้นไม้ในระดับความชื้นที่ถูกต้องจะทำให้พืชมีสุขภาพที่ดีขึ้นและประหยัดน้ำ