Датчик влажности почвы:
КЕЙС
Кейс-лонгрид для наставников образовательных организаций в рамках проведения мероприятия «Педагогическая мастерская» Всероссийской ярмарки технологических проектов «Павильон инженерных идей»
Создай свою теплицу!
автополив и другие применения
О ЧЁМ КЕЙС?
Предлагаем Вам исследовать широкий спектр возможностей устройства, созданного для одной конкретной задачи. В рамках кейса вы и Ваши ученики сможете собрать устройство автоматического полива растений с использованием датчика влажности почвы и испытать его в действии. После успешной сборки мы предлагаем Вам выйти за рамки привычного применения и предложить новые, креативные способы использования датчика влажности почвы в различных областях. Это станет отличной возможностью для развития критического мышления и творческого подхода к решению задач.
КОМУ ПОЛЕЗЕН КЕЙС?
Этот кейс станет ценным ресурсом для обучающихся и наставников в образовательных организациях и технологических кружках, позволяя погрузиться в тему автоматизации и применения датчиков в повседневной жизни. Он может быть использован на уроках технологии (труд), включая модуль по умному дому, а также для занятий внеурочной деятельности и дополнительного образования в области автоматизированных систем управления.
ТРЕНДЫ И ИННОВАЦИИ
В современном мире автоматизация и «умные» технологии проникают во все сферы жизни. Этот кейс предлагает Вам и Вашим учащимся изучить практические аспекты создания таких систем, развивая инженерное мышление и творческие способности. Ваши ученики смогут почувствовать себя изобретателями, находя новые применения существующим технологиям.
КАК ВЫ МОЖЕТЕ ПОМОЧЬ ШКОЛЬНИКАМ ВКЛЮЧИТЬСЯ?
Для ребят, которые интересуются этой тематикой, есть возможность участвовать в Национальной технологической олимпиаде по профилю «Умный город», организованным Томским политехническим университетом.
Другим профилем НТО, где могут пригодится данные компетенции, является профиль «Инженерные биологические системы».
Для ребят из сельских поселений и малых городов есть Всероссийский конкурс АгроНТРИ, трек АгроСмарт.
В рамках Всероссийской конференции «Юные техники и изобретатели» школьникам можно представить научные статьи и доклады в номинации «Био и АгроТех».
СТРУКТУРА КЕЙСА
Методическое описание кейса включает детальное руководство по сборке системы автоматического полива растений и расширению ее функций. Оно разделено на этапы с иллюстрациями и дополнительными материалами.
ДЛЯ РАБОТЫ НАД КЕЙСОМ ПОНАДОБИТСЯ
ЛИКБЕЗ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ
ХОД РАБОТЫ
1
Схема подключения:
1.Датчик влажности почвы:
VCC: 5V Arduino
GND: GND Arduino
A0: Аналоговый вход Arduino (например, A0)
2.Светодиоды:
Катод (короткая ножка) каждого светодиода через резистор подключается к GND Arduino.
Анод (длинная ножка) каждого светодиода подключается к цифровым выходам Arduino (например, D3, D4).
3.Помпа:
Плюс помпы подключается к D2. через конденсатор.
Минус помпы подключается к коллектору GND.
2
На компьютере откройте среду разработки Arduino IDE и напишите следующий скетч. Обратите внимание на комментарии в программе.
// Константы
#define SENSOR_PIN A0 // Аналоговый вход датчика влажности
#define PUMP_PIN 2 // Цифровой выход для управления помпой
#define LED_RED 3 // Цифровой выход для красного светодиода
#define LED_GREEN 4 // Цифровой выход для зеленого светодиода

#define DRY_THRESHOLD 500 // Порог сухости почвы (измеряется экспериментально)

void setup() {
// Настройка выходов
pinMode(PUMP_PIN, OUTPUT);
pinMode(LED_RED, OUTPUT);
pinMode(LED_GREEN, OUTPUT);

// Настройка входов
pinMode(SENSOR_PIN, INPUT);

// Инициализация последовательного порта
Serial.begin(9600);
}

void loop() {
// Чтение значения с датчика влажности
int sensorValue = analogRead(SENSOR_PIN);

// Вывод значения в монитор порта
Serial.println(sensorValue);

// Управление светодиодами в зависимости от уровня влажности
if (sensorValue < DRY_THRESHOLD) {
digitalWrite(LED_RED, HIGH);
digitalWrite(LED_GREEN, LOW);

// Включение помпы
digitalWrite(PUMP_PIN, HIGH);
} else {
digitalWrite(LED_RED, LOW);
digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);

// Выключение помпы
digitalWrite(PUMP_PIN, LOW);
}

// Задержка для стабильности работы
delay(2000);
3
С помощью кабеля USB подключите Arduino к компьютеру. Отключите помпу перед загрузкой (разомкните цепь, отсоединив красный провод помпы). Загрузите скетч на плату с помощью кнопки .
4
Установите датчик влажности почвы на полную глубину в грунт. Помпу положите в емкость для воды, вода должна полностью закрывать помпу, при необходимости удлините провод, добавив еще провода «мама-папа». Вставьте один конец силиконового шланга в выходной патрубок помпы, второй разместите над грунтом. После этого включите помпу (вернуть красный провод обратно в 5 пин).
ИТОГОВЫЙ ПРОДУКТ
Готовое устройство передачи сигнала SOS будет выглядеть так
«ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ»
Придумайте необычные способы применения данного датчика. Для генерации идей можно использовать разные методы – «Шесть шляп», «Мозговой штурм» и другие.


Загляните также в «Банк идей», где мы предлагаем Вам свои варианты использования датчика влажности почвы.
ВОПРОСЫ ДЛЯ РЕФЛЕКСИИ
Рекомендуем Вам проверить себя с помощью вопросов, направленных на дальнейшее развитие продуктового результата. Вы также можете использовать данные вопросы для проведения рефлексии со своими учащимися по итогам выполнения кейса. Для Вашего удобства вопросы систематизированы по 6 уровням академических результатов по Б.Блуму
ЧТО ДАЛЬШЕ?
1
Участие в конкурсах и фестивалях: представьте свой проект широкой аудитории
2
Разработка новых проектов: используйте приобретенные навыки для создания более сложных систем
3
Обучение других: поделитесь своим опытом с коллегами-педагогами
4
Сотрудничество: объединитесь с единомышленниками для работы над крупными командными проектами
БАНК ИДЕЙ
Предлагаем Вам познакомиться с другим вариантами кейсов, которые можно выполнить с тем же или несколько измененным (дополненным) набором электронных комплектующих:
Идея для проекта № 1. Агросфера: Система мониторинга состояния растений
Комплектующие и оборудование:
  •  Датчики влажности почвы
  •  Arduino или Raspberry Pi
  •  Солнечные панели (для автономного питания)
  •  Модуль Wi-Fi или GSM для передачи данных
  • Программное обеспечение для сбора и анализа данных
Описание:
Проект направлен на создание системы, отслеживающей состояние влажности почвы в теплицах или на полях, что позволит эффективно управлять орошением и улучшить условия для роста растений. Данные можно передавать в реальном времени, что позволит производить автоматическую настройку систем полива.
Идея для проекта № 2. Экодом: Интеграция датчиков в систему умного дома
Комплектующие и оборудование:
  •  Датчики влажности
  •  Умные реле и контроллеры
  •  Центральный хаб умного дома (например, Home Assistant)
  •  Программное обеспечение для платформы умного дома
Описание:
Проект включает в себя интеграцию датчиков влажности в систему умного дома для оптимизации микроклимата. Датчики будут отслеживать уровень влажности в помещениях и автоматически регулировать работу увлажнителей воздуха и вентиляции.
Идея для проекта № 3. Безопасность: Система обнаружения протечек
Комплектующие и оборудование:
  •  Датчики влажности
  •  Arduino или Raspberry Pi
  •  Звуковой сигнализатор (зуммер)
  •  Модуль Wi-Fi или GSM для отправки уведомлений
  • Программное обеспечение для уведомлений
Описание:
Проект разработает систему обнаружения протечек в бытовых условиях с использованием датчиков влажности, которые будут реагировать на изменения уровня влажности. В случае протечки система будет сигнализировать владельцу и отправлять уведомления на мобильные устройства.
Идея для проекта № 4. Комфортная среда: Система контроля пеленок у малышей
Комплектующие и оборудование:
  •  Датчики влажности
  •  Arduino или Raspberry Pi
  •  Беспроводные модули (например, Bluetooth)
  •  Приложение для мобильного устройства
Описание:
Проект направлен на разработку системы, которая будет контролировать состояние пеленок у малышей. Датчики влажности смогут отправлять уведомления родителям, когда пеленка требует замены, что обеспечит комфорт и гигиену новорожденных.
Идея для проекта № 5. Научные исследования: Сбор данных в учебных проектах
Комплектующие и оборудование:
  •  Датчики влажности
  •  Arduino или Raspberry Pi
  •  Модуль передачи данных (например, Wi-Fi)
  •  Программное обеспечение для анализа данных (например, Excel или Google Sheets)
Описание:
Данный проект позволит использовать датчики влажности для сбора данных в учебных проектах по биологии или экологии. Учащиеся смогут изучать влияние влажности на рост различных растений, анализируя собранные данные и делая выводы.
Идея для проекта № 6. Электроника для искусства: арт-объекты, реагирующие на влажность
Комплектующие и оборудование:
  •  Датчики влажности
  • Arduino или Raspberry Pi
  • Светодиоды или моторы для создания движущихся элементов
  • Программное обеспечение для проектирования
Описание:
Проект направлен на создание арт-объектов, которые будут реагировать на изменения уровня влажности. Например, при увеличении влажности могут включаться световые эффекты или изменяться движения объектов в театре; также изменение влажности в музеях может приводить к включению звуковых оповещений.
ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ И РЕСУРСЫ
АВТОР КЕЙСА
Пушкарев Михаил Сергеевич

учитель информатики
МАОУ СОШ №19 г. Томска, ассистент кафедры медицинской и биологической кибернетики СибГМУ

Illustration by Icons 8 from Ouch!