Датчик влажности почвы для micro:bit: подключение, настройка и начало работы

Используйте сенсор влажности почвы для создания систем автоматического полива растений. Датчик подойдёт для ухода за комнатными цветками и флоре на огороде. Не дайте своим растениям засохнуть!

Датчик влажности почвы выполнен предпочтительно для контроллеров BBC micro:bit. Однако сенсор запросто подружится с любым контроллером, который содержит аналого-цифровой преобразователь: Arduino, Espruino, Iskra и другие.

Датчик для измерения влажности почвы выполнен в виде вилки с двумя электродами, которыми погружается в грунт на расстояние до 45 мм. При подключении питания на электродах создаётся напряжение. Если почва сухая, её сопротивление велико и через датчик между электродами течёт слабый ток. Если земля влажная — её сопротивление становится меньше, а ток датчика между электродами соответственно увеличивается. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени увлажнения почвы.

Максимальное напряжение на выходе SIG примерно 75% от напряжения питания модуля VCC, т.е. сигнальный диапазон датчика равен:

• 0–4 В при питании 5 В
• 0–2,3 В при питании 3,3 В

На показания датчика также влияют следующие факторы:

• Степень погружения датчика в почву.
• Тип почвы, её химические и физические свойства.
• Наличие и количество примесей в воде.

Электроды датчика подвержены двум видам коррозии: пассивной и электрической.

Для борьбы с пассивным разрушением, когда датчик выключен, электроды сенсора покрыты золотом. А для борьбы с электрической коррозией, рекомендуем запитывать только в момент снятия показаний. Отсюда сенсор имеет два варианта подключения у управляющей плате: постоянное питание и управляемое питание.

• Постоянное питание Подойдет, если вы тестируете сенсор или собираетесь использовать датчик недолгое время.
  • Плюсы: занимает только один пин микроконтроллера.
  • Минусы: датчик подвержен быстрой электрической коррозии.
• Управляемое питание. Отлично подойдет, если вы собираетесь использовать датчик длительное время.
  • Плюсы: значительно продлит срок службы сенсора.
  • Минусы: занимает два пина микроконтроллера.

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформы из семейства BBC micro:bit.

Так как электроды датчика подвержены коррозии, рассмотрим два варианта работы с сенсором:

• Постоянное питание
• Управляемое питание

Датчик постоянно подключен к источнику питания. Подробности читайте в разделе про коррозию электродов.

Подключите датчик влажности почвы к платформе BBC micro:bit.

Для коммуникации понадобятся провода с «крокодилами».

Для надёжной фиксации электрических связей, возьмите плату расширения micro:bit Breakout, которая устанавливается на краевой разъём BBC micro:bit. Для коммуникации понадобится кунг-фу пайки и соединительные провода «мама-папа».

Соберите схему из визуальных блоков.

Прошейте платформу кодом приведённым ниже.

microbit-moisture-sensor-example-microbit-simple-power-read-data-javascript.js

Прошейте платформу кодом приведённым ниже.

microbit-moisture-sensor-example-microbit-simple-power-read-data-python.py

Датчик подключен к питанию, только во время измерения. Подробности читайте в разделе про коррозию электродов.

Подключите датчик влажности почвы к платформе BBC micro:bit.

Для коммуникации понадобятся провода с «крокодилами».

Для надёжной фиксации электрических связей, возьмите плату расширения micro:bit Breakout, которая устанавливается на краевой разъём BBC micro:bit. Для коммуникации понадобится кунг-фу пайки и соединительные провода «мама-папа».

Соберите схему из визуальных блоков.

Прошейте платформу кодом приведённым ниже.

microbit-moisture-sensor-example-microbit-control-power-read-data-javascript.js

Прошейте платформу кодом приведённым ниже.

microbit-moisture-sensor-example-microbit-control-power-read-data-python.py

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформы из семейства Arduino.

Так как электроды датчика подвержены коррозии, рассмотрим два варианта работы с сенсором:

• Постоянное питание
• Управляемое питание

Датчик постоянно подключен к источнику питания. Подробности читайте в разделе про коррозию электродов.

Подключите датчик влажности почвы к платформе Arduino Uno.

Для коммуникации понадобится кунг-фу пайки и соединительные провода «мама-папа».

Прошейте платформу Arduino скетчем приведённым ниже.

microbit-moisture-sensor-example-arduino-simple-power-read-data.ino

// Определяем ядро платы Arduino
// для установки рабочего напряжения
#if defined(__AVR__)
#define OPERATING_VOLTAGE   5.0
#else
#define OPERATING_VOLTAGE   3.3
#endif
 
// Любой GPIO пин с поддержкой АЦП
constexpr auto pinSensor = A0;
 
void setup() {
  // Открываем Serial-порт
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {
  // Считываем аналоговое значение с датчика влажности почвы
  int adcSensor = analogRead(pinSensor);
  // Переводим данные сенсора в напряжение
  float voltageSensor = adcSensor * OPERATING_VOLTAGE / 1023;
  // выводим данные в Serial-порт
  Serial.print("Voltage: ");
  Serial.print(voltageSensor);
  Serial.print(" V");
  // ждём 100 мс
  delay(100);
}

Датчик подключен к питанию, только во время измерения. Подробности читайте в разделе про коррозию электродов.

Подключите датчик влажности почвы к платформе Arduino Uno.

Для коммуникации понадобится кунг-фу пайки и соединительные провода «мама-папа».

Прошейте платформу Arduino скетчем приведённым ниже.

microbit-moisture-sensor-example-arduino-control-power-read-data.ino

// Определяем ядро платы Arduino
// для установки рабочего напряжения
#if defined(__AVR__)
#define OPERATING_VOLTAGE   5.0
#else
#define OPERATING_VOLTAGE   3.3
#endif
 
// Пин с поддержкой АЦП
constexpr auto pinSensor = A0;
// Пин питания
constexpr auto pinVCC = A1;
 
void setup() {
  // Открываем Serial-порт
  Serial.begin(9600);
  // Пин питания датчика в режим выхода
  pinMode(pinVCC, OUTPUT);
}
 
void loop() {
  // Подаём питание на датчик
  digitalWrite(pinVCC, HIGH);
  // Считываем аналоговое значение с датчика влажности почвы
  int adcSensor = analogRead(pinSensor);
  // Переводим данные сенсора в напряжение
  float voltageSensor = adcSensor * OPERATING_VOLTAGE / 1023;
  // выводим данные в Serial-порт
  Serial.print("Voltage: ");
  Serial.print(voltageSensor);
  Serial.print(" V");
  // Снимаем питание с датчика
  digitalWrite(pinVCC, LOW);
  // ждём 100 мс
  delay(100);
}

Датчик построен на основе транзисторного усилителя тока. Для измерения влажности почвы на плате расположены два электрода, которые для проведения измерений необходимо воткнуть в почву. Электроды подключены в цепь между коллектором (точка SP) и базой (точка SN) встроенного транзистора на плате.

При изменении влажности почвы, меняется сопротивление между базой и коллектором, к которому подключён положительный полюс источника питания. Соответственно меняется и протекающий ток от коллектора через эмиттер на землю. В результате изменяется и выходное аналоговое напряжение сенсора (точка OUT).

Датчик подключается к управляющей электронике через три контакта, которые задублированы на площадках под «Крокодилы / Banana Plug» и площадках под контактные штыри:

• Сигнальный (SIG) — выходной сигнал сенсора. Напряжение на выходе датчика прямо пропорционально уровню измеренной электропроводности: чем выше влажность почвы, тем выше уровень сигнала на выходе датчика и соответственно наоборот. Максимальное выходное значения примерно 75% от напряжения питания. Подключите к аналоговому пину управляющей платы.
• Питание (VCC) — соедините с рабочим напряжением микроконтроллера.
• Земля (GND) — соедините с землёй микроконтроллера.

Используйте для подключения сенсора к платам BBC micro:bit. Для коммуникации понадобятся провода с «крокодилами» или «Banana Plug».

Используйте для подключения сенсора к Arduino, Espruino и другим микроконтроллерам. Сначала понадобится припаять штыревую вилку (PLS-3) к датчику с помощью паяльника. А затем использовать макетные провода для дальнейшей коммуникации.

• Модель: PPMB00113 Moisture Sensor
• Совместимость:
  • Предпочтительно: микрокомпьютеры BBC micro:bit
  • Остальные: Arduino, Espruino, STM32 и другие контроллеры с АЦП
• Аппаратный интерфейс:
  • площадки подключения «крокодил» / «Banana Plug»
  • площадки подключения под контактные штыри
• Программный интерфейс: аналоговый сигнал
• Напряжение питания: 3,3–5 В
• Диапазон выходного сигнала:
  • При питании 5 В: 0–4 В
  • При питании 3,3 В: 0–2,3 В
• Потребляемый ток:
  • При питании 5 В: до 40 мА
  • При питании 3,3 В: до 22 мА
• Глубина погружения в почву: до 45 мм
• Размеры: 117,8×42×1,6 мм

• Датчик влажности почвы for micro:bit в магазине.
• Векторное изображение модуля
• Облачная среда MakeCode