Регулятор влажности своими руками

Обновлено: 04.07.2024

Жить в квартире с повышенной влажностью неприятно и вредно. Повышенные показатели температуры и влажности — прямой путь к образованию плесени, развитию легочных и кожных болезней. Решить проблему можно, установив вентилятор с таймером или оборудовав тот же вытяжной вентилятор реле влажности (гигрометром). Кроме всего прочего, чаще всего этот прибор лучше всего, что бы работал в паре с реле напряжения, что бы аппаратура не вышла из строя из — за скачков напряжения

3 важных компонента для самодельного реле

Датчики влажности своими руками многие собирают за несколько часов. При наличии умелых рук и компьютера можно собрать:

простой гигрометр (резестивный или термисторный);
прибор с фотодетектором (оптическим датчиком влажности);
электронное реле с управлением через Wi-Fi.

Чтобы сделать датчики влажности своими руками, понадобятся современные цифровые устройства:

DНТ 11, DНТ 22 — популярные сенсорные датчики (им доверяют не все умельцы, но именно они чаще всего используются в самоделках);
устройство обработки данных на основе Arduino;
Wi-Fi-модуль (если вы делаете дистанционно управляемый прибор).

Ардуно выбирают по трем причинам:

Потому что это комплект микропроцессоров, собранных на основе бюджетных микроконтроллеров с логическими схемами открытого типа. На практике это означает, что вы можете программировать свой прибор, как вам угодно.
Этот прибор взаимодействует с электронными девайсами (компьютер, ноутбук, смартфон).
Устройство легко соединить с вытяжным вентилятором.

Совет читателю: если будете настраивать дистанционное управление, пригодится USB To RS232 TTL UART (кабель конвертор для программирования модуля Wi-Fi).

7 советов для самоделкиных

Советы:

В данной статье мы не приводим схему подключения датчика влажности, они вариативны. Вы можете купить готовый модуль, установленный на плате.

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

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.

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 система 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.

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:

Это гибкие устройства, позволяющие точно настроить автоматический полив в теплице, и можно доверить им 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.

Хорошо зарекомендовали себя клапаны производства американской компании Hunter. Для разных целей используются клапаны c проходным диаметром 1, 1.5, и 2 дюйма с наружной или внутренней резьбой.

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 автополив для цветов, 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 поддавайтесь 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 автоматического полива. 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.

Рассмотрена теория построения емкостного датчика для системы автополива💦🌱, расчеты, проверка на практике, примеры применения.

Если взять два куска фольгированного стеклотекстолита и расположить их параллельно медными плоскостями внутрь на небольшом расстоянии, то получим плоский конденсатор. Рассмотрим как будет влиять изменение его емкости и как это можно использовать.

Купить на Aliexpress

Расчеты

Емкость вычисляется по следующему выражению:

Пусть пластины имеют размеры w = 12 мм; l = 35 мм, тогда площадь S = 12*35=420 мм², а расстояние между ними d = 3 мм, тогда расчетная электрическая емкость C = 1 пФ.

Геометрические размеры (площадь) S, как и расстояние между пластинами d не меняется. Остается для изменения емкости менять вещество между пластинами, пока это воздух ε = 1. Как думаете какая относительная диэлектрическая проницаемость воды ? Источники показывают, что ε = 81.

Полное погружение в воду даст увеличение емкости в 81 раз! Расчетная ёмкость C составит уже не 1 пФ, а 100 пФ.

Таким образом плавно погружая этот самодельный кондер также плавно и пропорционально будет изменятся и емкость, что дает возможность эффективно отслеживать состояние влажности.

Превращение изменения емкости в изменение напряжения

Подключив последовательно с резистором конденсатор получим ФНЧ (фильтр нижних частот).

Получается делитель напряжения, где у верхнего плеча R1 сопротивление не изменяется, а емкостное сопротивление нижнего плеча C1 меняется в зависимости от частоты.

Но так как частота сигнала будет неизменной, то построим график зависимости емкостного сопротивления от емкости (C = 1-100 пФ):

Таким образом понятно, что при увеличении емкости ( погружение в воду ) сопротивление нижнего плеча будет уменьшаться, как и падение напряжения на нем, а значит и выходное напряжение (см. подтверждение опытом ниже).

Но остается еще одно - выделить только амплитуду, именно для этого применяется АМ-детектор. Его расчет был выполнен, но ничего полезного этого не дало, поэтому номиналы взяты такие же, как у готового. Главная суть в этом:

нужно подобрать емкость и сопротивление таким образом, чтобы конденсатор успевал подзаряжаться при увеличении сигнала, а при уменьшении подразряжался за время низкого уровня, но при изменении сигнала огибающая изменялась.

Схема электрическая принципиальная

Моделирование работы работы схемы

Собираем (номиналы изменены из-за сложности моделирования на высоких частотах!).

Здесь видно как хорошо выделяется амплитуда при изменении емкости C2.

Проверка на практике

Сначала непосредственно датчик, состоящий из двух кусочков фольгированного стеклотекстолита FR-4 (70x12 мм).

*также не забываем изолировать открытые участки меди клейкой лентой

И также схемка в миниатюрном исполнении.

Сигнал сгенерирован с помощью МК (ШИМ, f = 1 МГц, D = 50%), конечно это можно сделать с помощью того же таймера NE555, но если устройство уже будет иметь микроконтроллер, то зачем же еще одна МС?

Теперь просто подключаем питание (здесь 3.3 В), вольтметр на выход и смотрим как изменяется напряжение при заливании водой.

Очень хорошо, показания изменяются очень плавно и четко.

Остается только оцифровать показания с помощью встроенного в МК АЦП и придать им какие-то смысловые привязки, например проценты.

Проверка на почве

Также не лишним будет воткнуть данный датчик в настоящий грунт.

Показания менялись медленно и уверенно, на следующий день на выходе имеем плюс 214 мВ, т.к. слой почвы мал.

Более практичный датчик из пластин оцинковки

Покрыты слоем клейкой ленты.

При сухом грунте на выходе примерно 1.5 В.

После сверхобильного полива 0.75 В.

Подключение к микроконтроллеру

Остается вместо вольтметра подключить один из входов АЦП МК и настроить генерацию ШИМ-сигнала одним из таймеров. Чтобы не повторять одно и то же см. видос или код на гитхабе.

Выполняем калибровку

Отсутствие воды: U = 0.75 В = ADC = 930 = 0 %.
Заполнение полностью (до определяемой границы): U = 1.4 В = ADC = 1737 = 100 %.

Автоматическая система полива (простейшее исполнение)

Прикупил маленький водяной насос, работает неплохо и хорошо подойдет для проверки.

Управление насосом через ключ (полевой транзистор IRLML2502) ШИМ-сигналом 1 кГц.

После выполненой калибровки программа выключит насос, когда напряжение станет ниже нижнего порога (0.75В) и включит, когда пересечет верхний порог (1.4 В).

Направления применения

Влажность почвы

Самым очевидным применением будет определение влажности грунта в цветочном горшке или просто на участке.

Таким образом можно встроить этот датчик в систему автоматического полива растений.

Наличие дождя

Для определения дождя также можно использовать сенсор такого типа, просто между пластинами расположить губку, а сбор капель сделать с помощью воронки.

Таким образом во время дождя поролон впитывает воду, емкость возрастает, а после прекращения дождя остатки уйдут вниз, и еще через время она снова станет сухой.

Уровень воды в емкости

Имея небольшой (или большой) запас воды в цистерне удобно проверять её уровень на расстоянии, ведь обычно емкость находится где-то в труднодоступном месте на высоте.

Если емкость металлическая, то она может выступать одним электродом. Если пластиковая, то его придется сделать, но это не так сложно.

Прикасание к телу

В одном из устройств принцип изложенный выше был использован для обнаружения касания к телу человека, пример ниже.

*это электронный термометр; смотреть в правый верхний угол

То же самое от китайцев

Вообщем то эта схема является частью китайского сенсора. Единственное отличие в том, что генератором выступает не таймер NE555, а микроконтроллер, ведь в любом случае он будет в устройстве.

Видос

Итого

Преимуществом емкостного датчика перед просто двумя голыми электродами является отсутствие электрохимической реакции (электролиза), при котором на контактах будут восстанавливатся вещества (из раствора) и портить почву, а кроме этого они будут сами коррозировать. Конечно можно этот процесс очень значительно замедлить (опрашивать датчик редко), но все же.

Медные площадки защищены маской, но будет ли она достаточно устойчива в суровых условиях? Рассматривается возможность дополнительного покрытия слоем лака/краски.

Изготовление емкостного датчика легко осуществляется при использовании технологий изготовления печатных плат, особенно это хорошо, когда остальные компоненты располагаются там же. Если же он должен быть велик, то здесь используем металлический лом.

Так как получаемые показания зависят от параметров датчика, то он требует калибровки.

Увлажнитель воздуха - Комплект сделай сам

Мы соберем увлажнитель воздуха из комплекта Сделай Сам. Этот комплект состоит из модуля генератора тумана и блока питания.

Блок питания и модуль генератора тумана - Комплект Сделай Сам из модуля улььразвукового увлажнителя и блока питания

Производительность модуля 7 литров в час позволяет совершенно справедливо называть его промышленным генератором тумана. Собирая именно эти модули в кластеры, производители делают промышленные увлажнители воздуха. Ну а мы своими руками сделаем мощный увлажнитель воздуха в домашних условиях.

Совет:

Обратите также внимание, что модуль работает от напряжения 45 вольт и потребляет 300 Вт. Под него нужен специальный блок питания, выдающий 45-48 Вольт с силой тока не менее 7 А. Именно такой блок питания входит в комплект Сделай Сам.

Для сборки промышленного увлажнителя воздуха нам понадобятся:

Модуль ультразвукового увлажнителя воздуха 7 л/ч.

Блок питания АС220 - DC 45В - 350Вт

Вилка и шнур для подключения к сети 220В - 2 шт

Пластиковый контейнер емкостью 16 литров с крышкой - 1 шт

Вентилятор производительностью 105 куб/час - 1 шт

Труба вентиляционная диаметром 100 мм - 1 шт

Уголок вентиляционной трубы 100 мм - 2 шт

Основания для установки труб в крышку - 2 шт

Поплавковый клапан - 1 шт

Сборка ультразвукового увлажнителя:

Пластиковый контейнер

Пластиковый контейнер для генератора тумана емкостью 16 литров - Контейнер для увлажнителя воздуха емкостью 16 литров

Поскольку мы делаем промышленный увлажнитель воздуха, производительность аппарата будет соответствовать производительности модуля ультразвукового увлажнителя - 7 литров в час. Постоянный подвод воды в контейнер просто необходим. Иначе через 10 минут модуль выработает 1 литр воды и автоматика отключит модуль. Нам придется вновь доливать воды выше уровня датчика.

На середине высоты контейнера установлен поплавковый клапан - Устанавливаем поплавковый клапан в контейнер

Сверлим отверстие в стенке контейнера примерно посередине его высоты. Устанавливаем в отверстие поплавковый клапан.

Совет:

Приобретайте поплавковый клапан с возможностью плавной регулировки уровня отключения. Такие поплавки имеют винтовое-звездчатое соединение с клапаном. Это позволит очень точно установить уровень воды.

Поплавковый клапан генератора тумана с регулировкой - Регулируемый поплавковый клапан увлажнителя воздуха

Крышка контейнера

Отверстие в крышке генератора тумана для вывода провода - Отверстие в крышке увлажнителя воздуха для провода

Сверлим отверстие для вывода провода модуля увлажнителя.

Герметизируем вывод специальным резиновым сальником PG9, иначе из отверстия будет выходить туман.

Совет:

Обязательно подбирайте контейнер с герметичной крышкой, иначе туман будет выходить из под крышки и вокруг увлажнителя воздуха всегда будет высокая влажность. Рекомендуем также проклеить крышку контейнера специальным мягким уплотнителем для исключения утечки тумана.

Основание для труб.

На крышке контейнера установлены основания с использованием силиконового герметика - Основания для труб установлены на крышке контейнера

Вырезаем отверстие в крышке.

Устанавливаем в крышку основания для вентиляционных труб.

Герметизируем щель между крышкой контейнера и основаниями труб силиконовым герметиком.

Вентиляционные трубы

Распилим вентиляционную трубу на 2 части. Длина каждой части должна быть не менее 30 см.

Первая часть будет установлена между крышкой ультразвукового увлажнителя и нагнетающим вентилятором.

Вторую часть трубы устанавливаем на выходе. Чем выше труба, тем лучше. В высокой трубе более крупные капли падают вниз. Из сопла выдуваются только самые легкие капельки, что позволяет получить сухой туман. Мелкие капли "сухого тумана" очень быстро испарятся и не будут конденсироваться на стенах и оборудовании.

Совет:

Чем больше диаметр выходной трубы, тем лучше. В большой трубе воздух будет разреженнее, капельки будут меньше сталкиваться, значит конденсация тумана в капли будет меньше. Это позволит эффективнее поднять влажность воздуха.

Установка вентилятора

Вентилятор увлажнителя необходимо установить таким образом, чтобы от поверхности воды до лопастей вентилятора было не менее 20 сантиметров. Это делается для того, чтобы исключить попадание брызг на лопасти вентилятора. Брызги от модуля увлажнителя могут быстро вывести вентилятор из строя.

Совет:

Устанавливайте вентилятор максимальной мощности. Это позволит отводить большее количество тумана из увлажнителя воздуха. Таким образом производительность увлажнителя вырастит.

Установка вентилятора под углом

Если контейнер малого объема и установить на него длинные трубы проблематично, то возможно использовать иную схему размещения вентилятора в увлажнителе.

На схеме видно, что вентилятор увлажнителя установлен через колено. Таким образом мы полностью исключаем попадание на него брызг.

Совет:

На "входе" можно установить сетку, как на картинке. Под сетку возможна установка синтепона, который будет улавливать крупные частички пыли и споры грибов.

Модуль ультразвукового увлажнителя

В проушины модуля ультразвукового увлажнителя ввинчиваем болты как показано на рисунке.

Во избежании перегрева приподнимаем модуль генератора тумана на 10 мм - Приподнимаем модуль ультразвукового увлажнителя на 10 мм

Закрепляем болты гайками. Это позволит приподнять модуль увлажнителя над дном емкости. Это необходимо сделать для лучшего отвода тепла от корпуса модуля ультразвукового увлажнителя.

Генератор тумана устанавливается в емкость - Устанавливаем модуль ультразвукового увлажнителя в контейнер

Устанавливаем модуль ультразвукового увлажнителя в емкость.

Настраиваем поплавковый клапан таким образом, чтобы он поддерживал уровень воды на 10 мм выше, чем датчик отключения модуля ультразвукового увлажнителя (черный шарик).

Совет:

Уровень воды в увлажнителе выставляйте именно по рекомендации производителя. Уровень воды выше рекомендованного снизит производительность увлажнителя воздуха. А уровень воды ниже нормы - приведет к перегреву и выходу генератора тумана из строя. Учитывайте, что температура воды в емкости не должна превышать 45 градусов.

Болты приподнимают увлажнитель над дном на 10 мм - Модуль ультразвукового увлажнителя приподнят над дном

Блок питания ультразвукового увлажнителя

Провода модуля подключаем к блоку питания - Подключаем модуль ультразвукового увлажнителя к блоку питания

Подключаем модуль ультразвукового увлажнителя к блоку питания. Соблюдаем полярность!

Подключаем шнур 220В к разъемам блока питания.

Производим регулировку выходного напряжения блока питания переменным резистором (желтая фишка слева от контактов). Устанавливаем выходное напряжение 45В. Эта операция проводится под нагрузкой.

Совет:

Внимание! Блок питания должен находиться во влагозащищенном месте.

Нужен дешевый увлажнитель воздуха?

Если под ваши задачи требуется меньшая производительность оборудования, то возможно изготовить и более дешевый увлажнитель воздуха.

Для этого будем использовать 6-ти дисковый модуль генератора тумана. Его производительность 4 литра в час для многих задач вполне достаточна. А выгода от покупки существенная!

Например:

Модуль ультразвукового увлажнителя 6 дисков 4л/час - 7 000 р.

Влагозащищенный блок питания - 4 500 р.

Самый дешевый увлажнитель воздуха

Для этого будем использовать 4-х дисковый модуль генератора тумана. Его производительность 3 литра в час. Этого вполне достаточно для площади 50-100 квадратных метров.

Подключение автоматики к ультразвуковому увлажнителю

Реле времени

При желании можно установить реле времени. Оно состоит из сегментов. Каждый сегмент равен 15 минутам.

Выираем режимы включения генератора тумана - Устанавливаем режимы включения ультразвукового увлажниетля

Зажимая сегмент, вы активируете работу реле на зажатый период.

Цена данного устройства составляет 500 р.

Умная розетка с датчиком влажности

Умная розетка позволяет управлять влажностью. Прибор имеет 3 дисплея. На среднем дисплее крупными красными цифрами показывается текущее значение влажности. На левом дисплее зелеными цифрами устанавливается нижнее значение влажности, на правом дисплее - верхнее значение влажности.

Через двойник подключаем блок питания увлажнителя и вентилятор к умной розетке. Встроенный контроллер включит увлажнитель при падении влажности ниже нижнего предела (значение левого дисплея) и выключит увлажнитель при достижении верхнего предела (значение правого дисплея).

Читайте также: