ЁМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСИ ПОЧВЫ

Ёмкостный датчик влажноси почвы

Мобильное устройство отражающее влажность почвы в условных единицах и процентах

Наша команда

////////

Илья Изоркин
Инженер - конструктор
Илья Зеленин
Глава команды, программист
Ольга Шапова
Дизайнер, тестировщик
Андрейчук Андрей Витальевич
Наставник команды

Зачем нужен наш проект ?

В наше время в серых и загазованных городах люди часто предпочитают заводить живой уголок с растениями у себя дома. Это могут быть как культурные растения, выращиваемые в качестве пищи, так и декоративные, существующие для эстетики и успокоения, но все они имеют одну общую черту при содержании в искусственном грунте они зависят от веществ, которыми их обеспечивает человек, в частности от воды. Однако поддерживать нужную её концентрацию бывает непросто, особенно в отсутствии опыта ухода за растениями. В таком случае на помощь приходят датчики влажности почвы.

Изображение от diana.grytsku</a> на Freepik

Критерий сравнения №1

Критерий сравнения №2

Вывод

Наш прибор обладает большей точностью измерения и отображения влажности почвы и отображает влажность почвы в процентах, что является более удобными в работе данными.

Наш прибор более энергоэффективен, так как он работает по принципу емкостного измерения.

Наш прибор получился более точный и удобный в эксплуатации, чем его аналоги.

Этот прибор обладает меньшей точностью измерения и отображения влажности почвы и отображает влажность почвы в процентах, что является более удобными в работе данными.

Этот прибор менее энергоэффективен, так как он работает по принципу изменения сопротивления почвы.

У этого прибора преимущество в том, что он измеряет большее количество параметров: кислотность, влажность.

Данный прибор измеряет влажность почвы в относительных единицах, не имеет большой точности, так как он механический.

У данного прибора преимущество в том, что они дешев и прост в эксплуатации.

Данный прибор менее энергоэффективен, так как он работает по принципу изменения сопротивления почвы.

Анализ аналогов

Какую цель мы поставили?

В результате работ по проекту должно быть создано изделие, выводящее данные о влажности как в относительных единицах, так и в процентах, при этом отвечающее требованиям долговечности и низкого энергопотребления.

Наши задачи

1.
Изучить существующие решения проблемы, взять из них лучшее, объединить, добавить своё.
2.
Изготовить и протестировать устройство по разработанной схеме.
3.
Оценить работоспособность устройства и возможность его коммерческой реализации.

Потенциальные заказчики проекта

1.СППК «Дары природы» (Торговля оптовая фруктами и овощами)
Эта организация находится в Чувашии

(Овощные растения отличаются от других сельскохозяйственных культур высокой требовательностью к влаге. Поэтому им нужен наш продукт)

3.Аграрно-промышленное предприятие «ЛЕКСО», Тульская область

Фирма выпускает и реализует зерновые культуры и овощи.

3.Производитель сельхозпродукции «Радуга» г.Тугулым

Фирма выпускает и реализует овощи, зерно, картофель.

Этапы проекта

Подготовительный

Определение проблемы, выдвижение цели и задач для её решения. Сбор теоретической базы проекта. Изучение аналогов. Планирование практической реализации.

Проектировочный

Проработка технических решений проекта, необходимых для создания будущего устройства.

Практический

Изготовление и программирование устройства, его испытания, внесение возможных корректировок.

Заключительный

Вынесение вывода о успешности реализации проекта. Изучение возможности будущего распространения.

Экономика проекта

Суммарные затраты на проект получаются не большими. Основную стоимость готового устройства формирует электронное оборудование, которое обходится примерно в 400 рублей. Далее, цены добавляет изготовление корпуса на ЧПУ, а также трата времени на сборку. В итоге получаем стоимость устройства в пределах 600 рублей при ручном производстве. Это дороже существующих устройств, просто отражающих влажность, но дешевле, выводящих данные в процентах.

Итоги проекта

В результате работ над проектом мы полностью смогли решить выдвинутую нами проблему: получение данных в процентах с устройства небольшой цены. Полученная нами система полностью завершена и работоспособна.

Она обладает высокими коммерческими возможностями из-из высокой стоимости заводских аналогов, а также удобства практического использования (в первую очередь из-за возможности расположения датчика отдельно от станции управления в любом месте).

Также наш проект имеет определённые перспективы развития: в нём может быть реализована система повышенной экономии энергии, когда устройство включается для измерения и запоминания показаний с датчика через определённые промежутки времени, например каждый час. В таком случае экран будет включаться только при нажатии кнопки (она уже размещена на устройстве, но пока не используется).

Станция управления

Артефакты проекта

Технические характеристики проекта

Для обкладок нашего будущего конденсатора-датчика были использованы две пластины фольгированного стеклотекстолита размерами 20 на 100 мм, покрытого паяльной маской для изоляции медного слоя от агрессивной среды.Обкладки были установлены на каркас из оргстекла на расстоянии 2 мм. К ним были припаяны провода с разъёмами, для возможности быстро снять датчик. Гнёзда разъёмов были закреплены сверху датчика.

Измерение влажности с помощь датчика происходит следующим образом. Как мы знаем ёмкость конденсатора зависит от площади обкладок, расстояния между ними и свойств диэлектрика. Чем влажнее почва, тем выше её диэлектрическая проницаемость, а значит и ёмкость конденсатора, и, наоборот, тем ниже ёмкостное сопротивление. Использовав это принцип в составе делителя напряжения, мы сможем получить изменение напряжения в зависимости от ёмкостного сопротивления нашего датчика, а значит от влажности. На воздухе в условно абсолютно сухой среде показания со схемы составили 1В, а в воде - 0.7В .

Теперь, убедившись в работоспособности системы, мы преступили к сборке устройства в его итоговом виде. Для управления системой будет использоваться микроконтроллер в составе Arduino UNO. Вывод данных будет осуществляться на текстовый дисплей формата 16 на 2. Всё оборудование будет размещено в деревянном корпусе, вырезанном с помощью станка ЧПУ. Электронные компоненты расположатся на отдельной маленькой плате.

Длина корпуса 90 мм, ширина 64 мм, высота 51 мм. Вовремя его создания ставилась задача сделать корпус наиболее компактным.

Плата с электроникой разместилась сверху на Arduino.

Питание системы может осуществляется как от сети через блок питания так и от батареи.

Роль генератора частоты, необходимой для постоянного цикла заряда-разряда конденсатора будет играть сам микроконтроллер Arduino с помощью специальной библиотеки.

Для начала была проработана шкала показаний, для её создания разница в значениях датчика была разделена на количество ячеек в шкале. Она постепенно заполняется при падении напряжения с датчика, то есть при увеличении влажности.

Далее началась проработка вывода данных в процентах. По данным источников было установлено, что показания заводских датчиков зависят от снимаемого с них напряжения не линейно, а по гиперболе. Для устранения этой проблемы было принято решение разбить график на четыре отдельных линейных функции, которые включаются по очереди в зависимости от снимаемого напряжения.

На экране сверху выводится шкала с относительными показаниями датчика. Снизу по очереди: расчётная влажность в процентах, снимаемое с устройства напряжение, используемая для расчёта функция.