Построение низкобюджетного датчика влажности почвы на Raspberry Pi для умного полива

В Соединенных Штатах сельское потребляет 80–90% всей пресной воды. Установка датчика влажности почвы — один из самых простых способов снизить потребность в поливе и защитить водные ресурсы.

Ниже представлен экономичный емкостной датчик влажности почвы, использующий Raspberry Pi и копланарный конденсатор из блога Zero Characters Left. Вся система может быть собрана за менее чем $25, не считая самого Pi.

Следуйте этому руководству, чтобы построить датчик и подключить его к внешнему клапану полива, позволяя вашему саду получать воду только когда почва действительно в этом нуждается.

Шаг 1: Материалы

Raspberry Pi
Руководство предполагает полностью настроенный Pi со стандартными GPIO-библиотеками и GPIO-кабелем к макетной плате. Для удаленной работы рекомендуется включить беспроводной доступ и SSH.

Альтернативные микроконтроллеры, такие как Arduino, также хорошо работают, если вы предпочитаете другую платформу.

Резистор 1 МОм
Это значение дало самые стабильные показания в нашей тестовой установке. Однако вы можете экспериментировать с другими значениями резисторов для тонкой настройки датчика под ваши конкретные почвенные условия.

Копланарный конденсатор
Скачайте два файла EAGLE (схему и плату) из блога Zero Characters Left и отправьте их в OSHPark. Набор из 3 штук стоит около $10.

Провод 22 AWG одножильный или многожильный
Многожильный провод предпочтительнее, так как он лучше проводит и менее подвержен поломкам.

Макетная плата, перемыточные провода и GPIO-адаптер к макетной плате
Эти компоненты — минимум для прототипирования. После проверки схемы вы можете разместить электронику в эпоксидной смоле или перейти на PCB с Molex-разъемами для более долговечной уличной установки.

Шаг 2: Инструменты

Набор для пайки (паяльник, припой, оплетка)
Паяльник необходим для припайки проводов к конденсатору. Базовый набор стоит $20–$30, или можно использовать локальный makerspace.

Обдиратель проводов

Эпоксидная смола (опционально)
Покрытие схемы эпоксидкой обеспечивает защиту от влаги для уличного использования.

Мультиметр (рекомендуется)
Используйте мультиметр для проверки проводимости и отладки RC-схемы во время сборки.

Шаг 3: Проектирование датчика и схемы

Мы используем простое измерение RC-постоянной времени для преобразования изменений водного содержания почвы в цифровой сигнал. Значение конденсатора растет по мере увлажнения почвы, что в свою очередь удлиняет RC-постоянную времени. Pi считывает эту постоянную на GPIO Pin 14, измеряя время заряда конденсатора.

Для более глубокого погружения в схемотехнику и код см. нашу подробную страницу Raspberry Pi Soil Moisture Sensor.