Датчики влажности почвы “7-в-1” (CWT-Soil-X-Y и его клоны)

Доброго здравия вам, уважаемые читатели!

Для систем автоматизированного полива комнатных растений, грядок, теплиц и прочего садово-огородного имущества в первую очередь необходим какой-либо датчик, который сможет измерять влажность почвы или субстрата, в которых эти растения живут. Конечно, некто не мешает организовать периодический полив просто по таймеру, но такой поход требует аккуратности, постоянного контроля и корректировки – погода меняется, растения растут, а из-за всего этого изменяется и норма воды для полива. С помощью надежного датчика влажности можно создать систему, которая будет работать по принципу “один раз настроил и забыл”, поэтому сегодня как раз и поговорим о таком.

Я уже однажды рассказывал про датчики влажности почвы, в том числе и про героя сегодняшнего обсуждения, но было это как-то вскользь и не очень подробно. Читатели иногда просили пояснить некоторые моменты, “скинуть” ссылку на документацию или софт. И я решил исправить этот недочёт, и написать отдельную статью, посвященную исключительно данному датчику, со всеми подробностями.

Изображение честно сп$#**но с страницы продавца

На Ali, O-три и прочих маркетплейсах данный датчик можно найти в различных модификациях под названиями CWT-Soil-XXXX-S, Soil sensor, THСPH sensor и Soil sensor 7 in 1. Несколько лет назад на Ali подобные датчики производил и продавал в основном только один производитель – китайская компания ComWinTop, но сейчас подобные устройства производятся всеми, кому не лень. Посему я не буду рассматривать конкретный датчик конкретного производителя, а постараюсь оборзеть обозреть все “семейство” в целом – датчики разных производителей, которые попали ко мне в лапы.

Но и ComWinTop не является оригинальным производителем таких датчиков. Этот датчик и его клоны — китайская попытка скопировать функционал и дизайн профессиональных мультисенсорных почвенных зондов, в первую очередь Stevens HydraProbe (США, используется в проектах NASA и NOAA), Truebner GmbH (Германия) и некоторых моделей METER Group (ранее Decagon Devices, Германия/США).

Оригинальные датчики могут иметь заводскую калибровку на разные виды почв и стоят довольно не дешево, в то время как китайские версии THCPH можно найти на AliExpress всего за $15-30. Разница в цене объясняется отсутствием заводской калибровки, более низким контролем качества и, вероятно, упрощенной электроникой.

Китайцы, разумеется, не раскрывают принцип работы своих датчиков – документация на них крайне скудная, если вообще есть (некоторые продавцы даже не могут предоставить карту регистров Modbus RTU для своей продукции). Поэтому тут можно только гадать и строить предположения по информации из этих ваших ыньтерьнетов. Но если учитывать тот факт, что китайские клоны весьма похожи на своих американских и европейских предков, а также выдают похожий набор параметров, то можно с большой долей вероятности предположить, что в них используется тот же самый принцип работы. И это не банальное измерение сопротивление почвы, как можно было бы наивно предположить.

Варианты исполнения

Продавцы зачастую предлагают сразу несколько вариантов датчиков с разным набором измеряемых параметров, набор которых которые кодируется буквами в названии. Ниже мы обсудим, стоит ли покупать более дорогие варианты с большим количеством параметров и почему. А пока я изложу только возможные варианты исполнения.

Страница одного из продавцов

Кодировка по измеряемым параметрам:

• H – может измерять влажность почвы
• T – может измерять температуру почвы
• PH– может измерять PH почвы
• EC (или просто C) – может измерять проводимость почвы
• NPK – может измерять ионы азота, фосфора и калия (ну да, ну да, конечно…)

Кодировка по типу выхода (иногда кодируется последними символами в маркировке):

• …-A – c выходом 4-20мА
• …-V5 – с выходом 0-5В
• …-V10 – с выходом 0-10В
• …-S – с интерфейсом RS485 / Modbus RTU

Таким образом, если мы видим обозначение TH, то следует понимать, что данный датчик “умеет” измерять только температуру и влажность почвы; а в случае THCPH (или T-H-EC-PH) – может измерять температуру, влажность, проводимость и PH почвы.

Исследование принципа работы

1. Измерение влажности почвы VWC (Volumetric Water Content)

Принцип измерения влажности почвы для большинства типов датчиков (емкостных, TDT, TDR и др.) основан, как правило, на измерении диэлектрической проницаемости (ε) для смеси «почва-вода-воздух» (кроме откровенно резистивных, разумеется). Скорость распространения электромагнитной волны в среде зависит от её диэлектрической проницаемости.

• диэлектрическая проницаемость воздуха ε ≈ 1
• диэлектрическая проницаемость сухой почвы ε ≈ 3–5
• диэлектрическая проницаемость воды ε ≈ 80.

Поэтому даже небольшое изменение влажности почвы вызывает очень сильное изменение диэлектрической проницаемости ε для смеси «почва-вода-воздух». Осталось измерить эту самую ε,  которую можно измерять несколькими способами. Измеренное значение затем однозначно перечитывается в VWC – Volumetric Water Content или объемную влажность почвы.

У меня имеется сейчас в наличии два датчика разных производителей: CWT-Soil-TH-S и ZTS-3000-TR-WS-N01. Схем у меня нет и принципа работы тоже. Поэтому все что изложено ниже – лишь мои предположения. Внешне они выглядят как близнецы-братья, только на одном синяя наклейка, а на другом зеленая. Регистры modbus у них полностью совпадают, а вот сигналы на щупах-электродах заметно отличаются.

1.1. Электроды

У обоих датчиков электроды устроены одинаково и одной и той же длины. Поэтому я изначально предположил, что это функциональные копии одной и той же схемы (спойлер: как оказалось – нет).

• Один из крайних электродов магнитится сильнее остальных – явно не полый и из не очень качественной “нержавейки” либо какой-то другой железный сплав (но, к удивлению, за три сезона в теплице ни один из электродов не окислился – за это время обычный гвоздь давно заржавел бы). Это “излучатель” – на него подается достаточно высокочастотное переменное напряжение около 3В.
• Второй из крайних электродов – полый, внутри расположен датчик температуры. По моим наблюдениям он выступает в роли “приемной антенны”. В воздухе на нем почти нет никакого сигнала, так как электрическое поле рассеивается. В земле появляется наведенный сигнал меньшей амплитуды.
• Средний электрод выступает в роли заземления, так как только относительно него на внешних электродах есть какие-то “осмысленные” сигналы. Он служит опорным потенциалом для создания симметричного электрического поля между крайними электродами. Магнитится слабо, также как и приемный электрод.

Оба датчика были поочередно воткнуты в умеренно влажную землю примерно на половину длины электродов (это мало, но для лабораторной работы сгодится).

1.2. Почему используется именно переменный ток (пачки импульсов)?

В обоих датчиках на электрод-излучатель подаются достаточно высокочастотные пачки импульсов, симметричные относительно центрального электрода, но немного разные по форме и частоте.

Если на металлические щупы в сырой земле подать постоянное напряжение (DC), почти мгновенно начнется процесс электролиза. На одном электроде начнет выделяться водород, на другом — кислород. Из-за этого электроды довольно быстро покроются окислами и разрушатся (что собственно и происходит на простейших датчиках, работающих на постоянном токе). Кроме того, вокруг электродов образуется “пузырь” из газов (поляризация), который полностью заблокирует прохождение тока, и датчик начнет безбожно врать. 

Режим «пачка — пауза» выполняет сразу две критические функции:

• Энергосбережение: датчик не тратит энергию на непрерывную генерацию поля. Ему достаточно миллисекунд, чтобы встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) микроконтроллера успел сделать серию замеров и усреднить их. В паузах силовая часть генератора «отдыхает».
• Защита от накопления статического заряда: за время паузы остаточная емкость почвы и цепей датчика успевает полностью разрядиться через центральный электрод (GND), подготавливая среду к новому чистому циклу измерения.

1.3. Датчик CWT-Soil-TH-S

Сигнал на “излучателе” представляет собой повторяющиеся пачки почти прямоугольных импульсов частотой 20 кГц и размахом примерно 3.3В (измерял я относительно центрального электрода). Длительность пачки ~ 250 мс с паузой примерно 100 мс между ними.

20 кГц — это уже почти ультразвуковой диапазон (верхняя граница слышимого звука). В почвенных сенсорах это компромиссная частота:

• Она достаточно высока, чтобы емкостное сопротивление почвы стало заметным и измеряемым.
• Она достаточно низка, чтобы не требовались сверхбыстрые дорогие АЦП и чтобы сигнал не затухал в проводниках из-за скин-эффекта.

На электроде-“приемнике” примерно такой же сигнал, но существенно меньше по амплитуде сигнала:

Из этого можно сделать вывод, что этот датчик использует метод высокочастотной кондуктометрии на переменном токе (AC Electrical Conductivity Measurement) в сочетании с импульсным методом оценки емкости (влажности).

В почве “излучатель” и “приемник” образуют своеобразный делитель напряжения, где промежуточная среда (грунт) работает одновременно как резистор (из-за растворенных солей) и как конденсатор (из-за диэлектрической проницаемости воды). На частоте 20 кГц ёмкостное сопротивление Xc = 1/(2πfC) становится соизмеримым или меньше активного сопротивления, поэтому сигнал проходит через почву не только по “омическому” пути, но и через ёмкостную связь между электродами. Это делает его чувствительным именно к диэлектрической проницаемости (которая зависит от воды), а не к только к электропроводности солей, содержащихся в ней.

Когда прямоугольный импульс проходит через почву на “приемник”, микроконтроллер анализирует форму пришедшего сигнала:

• Амплитуда (просадка сигнала): Чем больше в почве растворенных солей (выше электропроводность EC), тем сильнее почва «коротит» сигнал на центральный провод (GND). Сигнал на приемнике падает по амплитуде. Измеряя пиковое напряжение на приемнике, датчик вычисляет засоленность (EC).
• Искажение формы (завал фронтов импульса): Чистая вода имеет колоссальную диэлектрическую проницаемость по сравнению с воздухом и сухой землей. Вода в почве работает как конденсатор. Этот «конденсатор» сглаживает углы прямоугольного импульса, превращая его в пилообразный или трапециевидный, и смещает фазу сигнала. Анализируя, насколько сильно “завалились” фронты импульсов на приемнике, микроконтроллер рассчитывает влажность почвы.

1.4. Датчик ZTS-3000-TR-WS-N01

Хотя внешне датчики почти идентичны, с сигналами здесь вне немного интереснее. Взгляните сами на “излучаемые” пачки – они короче, а “внутри” пачки не простой меандр:

Здесь длина пачик импульсов составляет около 50 мс, а пауза между ними заметно превышает длину пачки – что-то около 200 мс. Но внутри пачки не простой переменный ток, а “одиночные” периоды длиной примерно 400 мкс (по 200 мкс на каждую полуволну), а между этими импульсами также имеется пауза примерно 700~800 мкс.

На электроде-приемнике, воткнутом в землю, наблюдается интересная картинка – вслед за “излучаемой” пачкой появляются еще какие-то импульсы меньшей амплитуды подозрительно ровной формы:

Судя по всему, инженеры компании, создавшей датчик ZTS-3000, применили гораздо более точный метод, который в науке называется методом релаксационной (импульсной) спектроскопии или анализом переходных процессов (Transient Response). Такой анализ позволяет очень четко разделить показания влажности и солей, практически исключив влияние структуры почвы (песок, глина) на результат измерений.

Вместо непрерывного «мучения» почвы высокочастотным меандром, ZTS-3000 бьет по ней короткими, одиночными электрическими ударами (одиночные периоды 400 мкс с достаточно большими паузами 800 мкс). Длительность каждого такого импульса 200 мкс + 200 мкс – это эквивалент частоты 2.5 кГц. Двуполярный импульс (плюс, затем сразу минус) гарантирует, что на электродах не возникнет электролиза. Почва — это сложная среда, которая тоже умеет накапливать заряд (как конденсатор). Пауза в 800 мкс нужна для того, чтобы после короткого удара током физические процессы в почве «успокоились», а емкость среды полностью разрядилась до нуля перед следующим импульсом.

Ну а дальше встроенный микроконтроллер, так же как и в предыдущем случае, анализирует форму пришедшего сигнала – амплитуду, фазу, искажение формы импульсов, и на основании этих данных делает какие-то расчеты и выводы.

Короткая пачка (50 мс) и длинная пауза (200 мс) – этот датчик работает в режиме высокого энергосбережения и минимального воздействия на среду измерения. Ему достаточно всего 50 миллисекунд, чтобы выдать серию из примерно 40 импульсов, собрать по ним статистику и уйти в «спячку» на 200 мс.

2. Дополнительные параметры почвы

Некоторые модели датчиков, кроме собственно влажности, могут измерять дополнительные параметры.

2.1. Температура почвы измеряется отдельным сенсором в щупе. Тут все банально и просто. Один из электродов – тонкостенная трубка, внутри которой расположен датчик температуры (аналог DS18B20 или термистор). В моделях без температуры эта трубка тоже может присутствовать, но быть запаянной и пустой.

2.2. Проводимость (CE). Как я уже упомянул выше – проводимость (засоленность) рассчитывается по затуханию сигнала. В целом это значение соответствует действительности, так как определить его достаточно легко. 

2.3. NPK (Азот, Фосфор, Калий). А вот измерение NPK, которое заявляют китайцы для некоторых моделей – скорее всего чистой воды фикция. Никакого ионоселективного электрода или спектрометра за $20 там нет и быть не может. Методика, которую используют китайские прошивки, основана на приблизительной корреляции:

• Измеряется проводимость (EC) почвы. Ионные соли (нитраты, фосфаты, калийные соли) повышают EC.
• Измеряется влажность (VWC). Она влияет на EC (вода растворяет соли).
• Прошивка микроконтроллера содержит грубую регрессионную модель (look-up таблицу), которая пересчитывает комбинацию EC + Температура + Влажность в условные «мг/кг» NPK

Этот расчет будет работать только на тех удобрениях и в том грунте, на котором его «калибровали» в заводских условиях (обычно чистый песок с внесением конкретных удобрений). В реальном черноземе или торфе значения будут «попугайскими» — тренд есть, точность отсутствует в принципе. 

О чем, собственно, и предупреждает сам производитель, цитирую: “… Существующие электронные методы измерения не позволяют точно измерить NPK, погрешность очень велика, датчик показывает только тенденцию изменения NPK. Однако датчик поддерживает функцию записи данных NPK. Вы можете использовать стандартные измерительные приборы для измерения NPK, а затем записать данные в систему мониторинга…“. То есть предлагается измерить NPK каким-то поверенным прибором, записать это значение как опорное, а датчик уже будет показывать только отклонение от этого опрного сигнала.

2.4. PH. Чуть сложнее, но принцип тот же. В оригинальных или более дорогих версиях ($40-60) в одном из щупов действительно может стоять миниатюрный твердотельный PH-зонд (например, на основе сурьмы, с Ag/AgCl электродом сравнения, залитым гелем). В дешевых ($15-30) — это просто расчет из проводимости, что абсолютно некорректно. Отличить можно легко и просто: если там есть настоящий pH-зонд, у него будет ограниченный ресурс и требования к хранению во влажной среде.

Это вполне соответствует данным, полученным на практике: датчик выдает значение PH даже не в «попугаях», а просто «погоду на Марсе».

Основные характеристики

Хотя датчики сейчас производятся разными производителями, основные электрические параметры в основном схожи друг с другом.

Основные параметры

• Источник питания: DC4.5-30В
• Максимальная потребляемая мощность: 0,5 Вт при 12 В постоянного тока
• Класс защиты: IP68, длительное погружение в воду
• Рабочая температура: -40℃ ~ 80℃
• Выход: RS485 / 4-20мА / 0-5В / 0-10В

Датчик небольшой и относительно легкий, в почву входит легко и не принужденно (в отличие от емкостных датчиков на печатной плате). Кабель хороший, но его длина обычно 2 или 1,5 метра, в теплице этого маловато, поэтому я наращивал его до нужной длины уличной витой парой (для защиты от УФ).

Подключение к ESP или Arduino

В продаже имеются версии датчиков с токовыми выходами (0~40 мА), выходами по напряжению (0~5В или 0~10В) или с цифровым интерфейсом RS485 / Modbus RTU.

Я предпочитаю последний вариант, так как мне он кажется максимально удобным – так как легко можно совместить с любыми другими датчиками, можно подключить одновременно много датчиков и при всём этом нужно только 3 или 2 GPIO на микроконтроллере “на всё про всё”. Впрочем, для полива одного растения в горшке сгодится и любая другая версия – я не настаиваю. Однако найти такую версию сложнее.

Схема подключения к микроконтроллеру

Для датчиков с RS485 выходом цветовая маркировка выводов кабеля следующая (совпадает у всех производителей, датчики которых я видел):

• черный: GND
• коричневый (или красный): +12В
• желтый: A+
• синий (или зеленый): B-

Если вы никогда не сталкивались с шиной RS485, то у вас может возникнуть вопрос – куда подключать эти самые А+ и В-? Для этого вам потребуется специальная схема – трансивер RS485. Трансивер пересылает байтики из UART-порта вашего компьютера или микроконтроллера в линию связи (те самые A и B) и обратно. Более подробно о RS485 вы можете почитать здесь.

Если кратко, то тут у вас есть много вариантов:

• Использовать какую-либо готовую плату (или устройство) со встроенным интерфейсом RS485, например Kincony KC868-A16, Kincony KC868-A16 v3.1 или ESP32-S3-Touch-LCD-4 (список возможных вариантов гораздо, гораздо шире).
• Создать свое устройство и встроить в него трансивер RS485, например как это сделано здесь.
• Использовать готовые платы трансиверов, кои в изобилии продаются на AliExpress, например как на рисунках ниже.

В последнем случае выводы RXD и TXD вы должны подключить к любому свободному UART-порту вашего микроконтроллера. Но тут следует учитывать, что адаптеры бывают разные – со схемой автоматического переключения в режим передачи и без неё. В последнем случае вам придется подключить к микроконтроллеру еще и вывод управления передачей. 

Схема подключения при этом может быть примерно следующая:

Схема очень примерная, номера выводов зависят от вашего МК и применяемого адаптера

Разумеется, для получения информации с датчика на микроконтроллере (ESP32 или другом), кроме адаптера, вам потребуется специальная библиотека, реализующая протокол Modbus RTU. Тут уже все будет зависеть от того, какой микроконтроллер и какой фреймворк вы используете для разработки.

Параметры RS485 и таблица регистров Modbus RTU

Параметры подключения по умолчанию:

• Скорость передачи: 4800
• Контроль четности: n
• Бит: 8
• Стоп-биты: 1
• Адрес (slave-id): 1

Некоторые продавцы даже не предоставляет таблицу регистров (о как!). Но, как выяснилось, таблица регистров у разных производителей полностью совпадает. Унификация-с.

Проверка работоспособности на компьютере

Датчик можно подключить к компьютеру, используя специальный переходник USB – RS485. В качестве приложения можно использовать любую удобную программу для работы с Modbus – например Modbus Poll. Либо используйте программу, которую предлагает ComWinTop, скачать её можно по ссылке.

Чтение регистров датчика CWT-Soil-TH-S.

Кроме официально заявленных регистров, датчик имеет ещё целую кучу служебных регистров, которые по всей видимости, служат для каких-то калибровок. Данные в них постоянно изменяются.

Значение влажности на этом экземпляре почему-то начинается от 3,1 % даже в воздухе.

Чтение регистров похожего датчика ZTS-3000-TR-WS-N01.

Все очень похоже, но в TDS равен 0 и он не меняется. Здесь с влажностью все в порядке – на воздухе значение составляет 0%, как и должно быть.

Судя по всему, “интерфейсная часть” прошивки используется одна и так же, а вот начинка (электроника и метод измерения) отличаются. 

Разумеется, для получения информации с датчика на микроконтроллере (ESP32 или другом), кроме адаптера, вам потребуется специальная библиотека, реализующая протокол Modbus RTU. Тут уже все будет зависеть от того, какой микроконтроллер и какой фреймворк вы используете для разработки.

Практическое применение

Обзор был бы совершенно не полным без данных о полевых испытаниях.

Выбор места установки датчика

Первое, на что стоит обратить пристальное внимание – выбор глубины и места установки датчика.

Во первых – природная почва всегда неоднородна, имеет разную плотность и по разному впитывает и накапливает влагу. Значительную роль здесь также играет усилие, с которым вы воткнули щупы датчика в почву. Поэтому зачастую перемещение датчика всего на несколько сантиметров может дать разные результаты измерений. Слишком много факторов, которые влияют на результат измерения: плотность почвы, её состав, солёность, наличие камней или органики и т.д. и т.п.

Поэтому даже если ваш датчик очень точный, результаты измерений во многом будут “попугайскими” – разные почвы, разные условия измерения. Не рекомендуется так же шевелить его после установки, так как из-за этого нарушается контакт щупов с почвой и “данные плывут”.

Во вторых – большое значение имеет то, на каком расстоянии от растения и точки полива расположен датчик. Если вы хотите измерять влажность почвы под открытым небом, или осуществляете полив разбрызгиванием “по площадям” (то есть если влага примерно равномерно распределяется по поверхности почвы), то место установки в общем то и не особо важно – главное чтобы датчик попадал в зону полива.

Но ведь мы хотим применить датчик для системы автоматического полива? А в таких системах чаще всего применяют капельный полив, который доставляет влагу непосредственно к растению, оставляя большую часть почвы без полива. При этом при поливе вокруг каждого растения формируется участок влажной почвы. И вот здесь возникает дилемма: 

• если расположить датчик слишком близко к точке полива (капельнице), то он слишком рано обнаружит поступающую влагу и подаст сигнал на окончание полива
• если расположить датчик слишком далеко от точки полива, вне зоны “влажного пятна”, то он вообще может не обнаружить увеличение влажности.

В этом случае Вам придется опытным путем подобрать расстояние датчика от капельницы до датчика, так как готовых рецептов здесь не существует. 

Учитывайте инерционность распределения влаги

Многие физические процессы в природе имеют значительную инерционность, и влажность почвы – не исключение.

Если вы хотите ориентироваться на показания датчика для определения окончания полива, то вам необходимо обязательно учитывать то факт, что даже при обильном и быстром поливе влажность почвы растёт не сразу. При непрерывной подаче воды возникает опасность перелива и превращения ваших грядок в локальное болото.

Поэтому имеет смысл включать насос (открывать кран / подавать воду – нужное подчеркнуть) не непрерывно, а “импульсами”: например 30 секунд полив / 3 минуты пауза на распределение влаги в почве. Этот способ позволяет избежать как перелива, так и недополива, если датчик расположен слишком близко к точке подачи воды.

Насыщение почвы

Влажность почвы при поливе растет далеко не линейно (а при высыхании, наоборот – падает тоже не линейно). И в какой-то момент вы скорее всего обнаружите, что несмотря на то, что полив продолжается, но влажность почвы уже не растет. Совсем. Таким образом, если вы установите границу отключения полива выше некоторого значения насыщения, то датчик никогда не сможет дать команду на отключение полива. А это может чревато негативными последствиями – от гибели растений до небольшого “потопа”.

Это явление называется инфильтрация с насыщением.  Этот эффект наглядно представлен на графике ниже (кстати, на графике ниже видно колебание влажности вблизи зоны насыщения как раз из-за “импульсного полива”, о чем я писал выше).

На “верхней полке” графика видно колебание влажности из-за импульсного полива

График, который вы видите выше, в почвоведении описывается Основной гидрофизической характеристикой (ОГХ) или, в англоязычной литературе, Water Retention Curve (WRC) — кривой водоудержания. Кривая, описывающая зависимость объемной влажности (VWC) от времени или объема поданной воды при поливе, стремится к пределу, который называется:

• Полевая влагоемкость (Field Capacity): Это не совсем полное насыщение, а то количество воды, которое почва может удержать после того, как гравитационная вода стечет вниз. Если поливать очень медленно (капельный полив), кривая упрется именно в этот предел, он чуть ниже полного насыщения.
• Полная влагоемкость (Saturation): Если лить быстро и много, вода заполнит все, и кривая упрется в этот, более высокий предел.

Представьте, что почва — это губка с порами разного размера. Начинаем поливать (подавать почву).

Этап 1: Быстрый рост (смачивание)

• Когда вы начинаете полив, вода под действием капиллярных сил мгновенно втягивается в самые мелкие поры и трещины между частицами почвы.
• Вода также образует тонкие пленки вокруг твердых частиц.
• Датчик резко реагирует на появление воды, так как диэлектрическая проницаемость меняется скачкообразно. На этом этапе кривая почти вертикально поднимается вверх. Впрочем в самом начале кривая сначала некоторое время после начала полива идет вниз из-за того, что не все слои смачиваются одновременно.

Этап 2: Замедление роста (заполнение пор)

• Мелкие поры уже заполнены водой. Теперь вода начинает заполнять более крупные поры и пустоты. Этот процесс требует больше времени и объема воды, так как крупные поры обладают меньшей капиллярной силой всасывания.
• Скорость изменения диэлектрической проницаемости падает. Кривая начинает загибаться. Это соответствует переходу от функции степенного роста к логарифмическому/асимптотическому.

Этап 3: Предел (насыщение)

• Наступает момент, когда все поры заполнены водой (или почти все, кроме запертого воздуха). Это состояние называется полной влагоемкостью (насыщением).
• Датчик упирается в физический предел: для данной почвы и данной плотности её сложения больше воды в том же объеме удержать невозможно. Диэлектрическая проницаемость больше не растет, так как воздух (ε=1) в порах почти полностью замещен водой (ε≈80).
• Это тот самый «невидимый лимит» — горизонтальная асимптота на графике.

Подбор границ влажности для систем автоматического полива

Из этого можно сделать вывод – в каждом конкретном случае вам потребуется подобрать нижнюю (начало полива) и верхнюю (окончания полива) границы влажности. Даже при абсолютно точном и откалиброванном датчике присутствует слишком много факторов, которые будут влиять на результат. В некоторых случаях простой перенос датчика на полметра в сторону приводит к необходимости подбора границ заново.

Я использую следующий способ.

• Устанавливаю датчик в зависимости от того, какой способ полива будет использоваться – капельный или орошение разбрызгиванием. Если это капельный полив, то датчик устанавливаю примерно на границе “влажного пятна”, когда растение полностью полито. Разумеется, на общей грядке достаточно одного датчика.
• Дожидаюсь, когда почва подсохнет то момента, когда “пора бы уже и полить”. Измеренное значение влажности будет записано как уровень начала полива. На примере выше это будет 50%.
• Включаю полив и опять жду, пока кривая влажности не станет почти “горизонтальной”. Значение влажности чуть ниже этого уровня будет записано как уровень окончания полива. В примере выше это 59% или даже 58%.

Безопасность при автоматическом поливе

В заключение не лишним будет сказать несколько слов про защиту от аварийных ситуаций. Например, я обязательно добавляю в логику управления поливом ограничение по времени полива. Это позволит предотвратить перелив, даже если что-то “пойдет не так”, датчик сломается и т.д. и т.п. Не лишним будет поставить в магистраль подачи воды электронный счетчик – это позволит не только контролировать расход воды на каждую грядку / горшок с растением, но и вовремя обнаружить перерасход воды. Если же вы планируете поливать растение в горшке, то в этом случае совсем не лишним будет добавить в схему датчик перелива, который сможет заблокировать систему, если ситуация выйдет из под контроля.

Ссылка на документацию от ComWinTop: https://wiki20210805.oss-cn-hongkong.aliyuncs.com/download/sensors/Smart_Agriculture/CWT%20soil%20sensor_2%20manual.zip

Засим прощаюсь, с вами был ваш покорный слуга Александр aka Kotyara12. Всем добра!

ℹ Рейтинг статьи влияет только на её положение в общем списке статей. Но, исходя из ваших оценок, я смогу понять, какие темы интересны читателям, а какие нет. Поэтому, если Вы хотите внести свою небольшую лепту в развитие данного сайта - поставьте реальную оценку по вашему мнению.

✳ Дополнительно (но не обязательно), вы можете оценить отдельные характеристики статьи. Эти оценки не пересекаются с общей оценкой и ни на что не влияют, но могут сообщить автору о проблемах в статье. Поэтому не стоит "завышать" оценки характеристик, так это поможет мне понять, на что обратить особое внимание при написании новых статей. 

Полезность, интересная тема	0
Техническое содержание	0
Стиль изложения, понятность	0
Иллюстрации и пояснения	0
Общая грамотность, язык	0

Благодарю за обратную связь!

-= Каталог статей (список по разделам) =-   -= Архив статей (плитки, все подряд) =-

Небольшой анонимный опрос: какие статьи вы предпочитаете?