Электрическая схема сигнализатора температуры и влажности 8803. Самодельный, стабильный датчик влажности почвы для автоматической поливальной установки. Самые интересные ролики на Youtube

Для многих производственных процессов очень важно поддерживать необходимый микроклимат, в частности, определенное содержание паров воды в воздухе или газе. Для этой цели используются такие приборы, как гигрометр и гигростат. Первые измеряют содержание водяных паров, вторые поддерживают их необходимый уровень. На рисунке 1 показано устройство Роса-10, используемое как в промышленности, так и сельском хозяйстве.

Но датчик влажности применяется не только в производстве (например, для определения характеристик древесины), с его помощью можно регулировать сухость воздуха в помещении (рис.2), измерять насыщение почвы водой и т.д. Предлагаем рассмотреть устройство и принцип работы таких приборов. Это существенно поможет их правильному применению в бытовой сфере, например, чтобы сделать вытяжной вентилятор в ванную, терморегулятор для бани или самодельный датчик температуры и влажности в теплицу.

Прежде чем перейти к теории, определимся с терминологией.

Терминология

Под абсолютной влажностью подразумевают содержание воды (в граммах) в одном кубометре воздуха. Соответственно, единица измерения этой величины – г/м3. Состояние, при котором содержание воды в газе достигает максимальной величины (100%), называется порогом максимального насыщения или влагоемкостью. При достижении этого предела начинается процесс конденсации.

Необходимо заметить, что влагоемкость прямо пропорциональна температуре: чем она выше, тем большее количество воды может содержаться в том же объеме газа. Именно поэтому цифровой или аналоговый модуль измерения влажности практически всегда снабжен датчиком температуры.

Перейдем к определению, описывающему относительную влажность. Эта величина показывает соотношение влагоемкости и абсолютной влажности, соответствующие температурному режиму на момент измерения. Состояние, при котором эти величины сравняются, называется «точка росы».

Теперь, когда мы определились с терминологией, рассмотрим существующие типы датчиков и узнаем, по какому принципу работает каждый из них.

Виды датчиков и их принцип работы

Наибольшее распространение получили четыре типа приборов, каждый из них имеет свою специфику эксплуатации:

Поскольку детекторы данного типа чаще всего используются в любительских схемах, мы еще вернемся к рассмотрению их устройства.

Мы привели наиболее распространенные виды детекторов, на самом деле их значительно больше. Например, есть еще оптический датчик, где используется рассеивание света при образовании конденсата по достижению точки росы, термический (задействованы два терморезистора в открытой и герметичной камере), канальный и т.д.

Устройство детекторов резистивного типа

Теперь, как и обещали, рассмотрим конструктивные особенности сенсоров резистивного типа на примере модели SYH-2RS.

1) – вид сбоку; 2) – вид сверху.

Обозначения:

• а – керамическая подложка;
• b – напыленные электроды;
• c – гигроскопичное покрытие на основе оксида алюминия.

Как видите, конструкция сенсора довольно простая, этим и обуславливает низкая стоимость устройств данного типа. А если еще принять во внимание взаимозаменяемость таких элементов, то неудивительно, что в большинстве самодельных устройств для дома (например, датчик протечки воды) радиолюбители предпочитают использовать резистивные сенсоры.

Краткий обзор имеющихся на рынке устройств их применение

Рассмотрим приборы, которые могут быть полезны в быту, начнем с реле влажности воздуха HIG-2 (рис.8), служащего для управления вытяжкой в ванной.

Основные характеристики:

• устройство запитывается от домашней электросети с напряжением 220 В;
• срабатывание при относительной влажности от 60% до 90% (устанавливается);
• допустимый ток нагрузки – не более 2 А;
• время работы вентилятора после срабатывания задается таймером (2-20 мин.).

Как подключить датчик влажности HIG-2?

Для правильного подключения устройства достаточно придерживаться схемы, приведенной в инструкции к прибору, она показана на рисунке 9.

На клемнике прибора есть соответствующие обозначения, поэтому сложностей эта операция не вызовет. Если электропроводке квартиры или на самом вентиляторе не предусмотрено заземление, то его можно не подключать, так же не обязательно ставить на вход питания выключатель.

Тех, кого увлекает концепция «умного дома», наверняка заинтересует внешний сенсор Mi Smart (рис. 10). При установке на смартфон специального приложения можно получать информацию о температуре и влажности в квартире. Если задать в такой программе определенные параметры микроклимата, то она известит, если условия будут нарушены.

Заметим, что у этого устройства довольно низкая погрешность измерений (для влажности она в пределах 3%, что касается температуры, то точность показаний порядка 0,3 С°). Существенный недостаток – нерусифицированное программное обеспечение, но данная проблема будет решена в ближайшее время.

Тем, кто хочет сделать для теплицы капельный полив с датчиком влажности, можно порекомендовать сенсор Gardena (рис. 11), который регулирует работу клапанов систем этого же производителя.

Для питания устройства используются две алкалиновые батарейки, их заряда хватает на 10-12 месяцев непрерывной работы.

Теперь рассмотрим характеристики промышленной модели цифрового измерителя Ивит-М.Т (рис. 12), который может применяться в производственной сфере, сельском хозяйстве или ЖКХ.

Перечень основных характеристик:

• для питания прибора необходимо напряжение 18-36 В;
• относительная влажность может быть измерена в диапазоне от 5 % до 95 % (максимальная погрешность не более 4 %);
• измерение температуры воздуха в пределах от -40 С° до 50 С° (модификации Н1, V) или от -40С° до 60°(модели Н2, К1, К2), точность 2 С°;
• прибор может эксплуатироваться в температурном диапазоне от -40 С° до 50 С°.

Любителей поэкспериментировать наверняка заинтересуют сенсоры DHT11 и DHT22 (рис. 13), которые используются вместе с платформой Ардуино. В сети можно найти много интересных решений на этой элементной базе.

a) DHT22; b) DHT11.

Как видно из рисунка внешний вид этих датчиков практически идентичен, это же касается и распиновки. Технические характеристики сенсоров очень похожи, за исключением точности и диапазона измерений. Приведем эти данные.

Основные технические параметры DHT11:

• подключение к источнику постоянного напряжения 3-5 В;
• в процессе запроса пиковый уровень потребляемого тока не более 2,5 мА;
• границы измеряемой влажности и температуры – 20-80 % и 0-50 С°, погрешность 5% и 2 С°;
• частота выборки 1 Гц, то есть получать данные можно один раз в течение секунды.

Теперь сравним эти параметры с более точной моделью DHT22:

• напряжение источника питания остается без изменений, как и потребляемы ток при передаче данных;
• влажность измеряется во всем диапазоне 0-100 %, погрешность в пределах 2-5 %;
• границы замеряемой температуры существенно расширены, по сравнению с предыдущей моделью, минимальная -40 С°, максимальная +125 С°.

Стоимость этих приборов вполне доступна на Алиэкспрессе их можно заказать с бесплатной доставкой по $1.28 (DHT11) и $4,9 (DHT22). Если покупать в России цена будет примерно в полтора-два раза дороже. Что касается базовой платформы, то плату Arduino Uno можно приобрести в Поднебесной за $25-$48 (стоимость зависит от комплектации). Программное обеспечение и прошивки скачиваются бесплатно.

Эта статья предназначена для тех, кто не считает себя специалистом по ремонту бытовой техники и не обладает глубокими знаниями по электро и радиотехнике, но хочет самостоятельно отремонтировать ультразвуковой увлажнитель воздуха.
Как известно, поломки бытовой техники бывают простыми и сложными. К простым можно отнести замену электрической вилки или всего шнура питания, замена предохранителя, замена электрических щеток электродвигателя и т.п. К одной из простых поломок ультразвукового увлажнителя воздуха можно отнести замену ультразвуковой мембраны . Именно этому вопросу и посвящена статья.
Для лучшего понимания, рассмотрим принцип действия ультразвукового увлажнителя.

Устройство конкретного увлажнителя может отличаться от приведенной схемы, но основные ее элементы будут присутствовать в том или ином виде.

Блок управления (1) это электронная схема, включающая в себя микроконтроллер с элементами, обеспечивающими его работу. Блок управления может быть выполнен в виде отдельного устройства или являться составной частью модуля, на котором размещены индикатор и клавиатура. Как следует из названия, этот блок управляет работой всего устройства. По его команде осуществляется индикация состояния увлажнителя и установка режимов его работы при помощи клавиатуры. Блок управления отслеживает состояние датчиков и в зависимости от их состояния меняет режим работы устройства. Например, при достижении необходимой влажности и при недостатке воды в резервуаре будет прекращена генерация тумана. В простых увлажнителях этот блок может отсутствовать, а датчики присоединяться непосредственно к генератору или другим устройствам. На рисунке такие связи показаны пунктирной линией.

Генератор (2) это электронная схема, формирующая электрический сигнал, необходимый для работы ультразвукового излучателя (3). Генератор состоит из собственно генератора, задающего электрические колебания нужной частоты и усилителя, обычно выполненного на транзисторе и усиливающего эти колебания перед подачей на ультразвуковую мембрану (3). Часто, причиной поломки увлажнителя, может быть выход из строя этого транзистора и/или элементов, обеспечивающих его работу. Обычно генератор выполнен как отдельный модуль.

Ультразвуковой излучатель (3) это пьезоэлектрический прибор, который под воздействием электрического тока вибрирует на ультразвуковой частоте. Ультразвуком называют такие звуковые волны, которые из-за своей высокой частоты не слышны для человеческого уха. Обычно полагают, что человек не слышит звук выше 20 кГц (20 тысяч колебаний в секунду). Многие ультразвуковые увлажнители работают на частоте 1,7 МГц (1 миллион 700 тысяч колебаний в секунду), естественно, такой звук не может услышать ни один человек.
Под воздействием таких звуковых волн, вода механическим образом превращается в туман – мельчайшие частички воды, имеющие почти комнатную температуру. В ультразвуковом увлажнителе не происходит кипения воды, выходящий «пар» паром не является.
Очень часто этот туман распространяется по помещению при помощи небольшого вентилятора (7), встроенного в увлажнитель.

Датчик уровня воды (4) Обычно выполнен в виде поплавка. Со временем подвижность поплавка может уменьшиться из-за скопления грязи, налета и т.п. Если поплавок не будет всплывать при наличии воды, то увлажнитель не будет производить туман, полагая, что воды нет. Восстановите подвижность поплавка, и работа устройства возобновится.

Блок питания (5) это электронная схема, предназначенная для получения напряжений, необходимых для питания всех устройств увлажнителя. Обычно является отдельным блоком.

Датчик влажности (6) . При наличие этого датчика увлажнитель сможет самостоятельно включаться и выключаться, поддерживая заданную влажность в помещении.

Вентилятор (7) обеспечивает распространение тумана по увлажняемому помещению.

Клавиатура и индикатор обычно выполняются в виде единого блока и служат для задания и отображения параметров работы ультразвукового увлажнителя воздуха.

Датчики. Число и количество датчиков может меняться в зависимости от модели увлажнителя. Самые распространенные датчики это - датчик наличия воды в поддоне (4), влажности (6) и температуры. Часто датчик наличия (уровня) воды присоединяется к генератору, и в случае недостаточного количества воды прекращается работа генератора и,как следствие, образование тумана.

Ремонт блока управления, блока питания и генератора неспециалистом сильно затруднен. Возможна лишь замена этих блоков целиком, а для этого необходимо правильно диагностировать поломку.
Возможно, в следующих статьях мы поговорим о том, как можно с определенной долей вероятности понять какой из блоков увлажнителя вышел из строя и подлежит замене.

Признаки выхода из строя ультразвукового пьезоэлемента в увлажнителе воздуха

Можно с уверенностью говорить о выходе пьезоэлемента из строя, если на нем есть трещина или отвалился хотя бы один провод, припаянный к излучателю.

Можно говорить о достаточно высокой вероятности выхода из строя ультразвуковой мембраны, если наблюдается слабое или полностью отсутствующее туманообразование при нормальной работоспособности всех других частей увлажнителя. В этом случае, так же высока вероятность выхода из строя генератора. Хотя это случай несколько неоднозначнее первого, можно заменить сначала излучатель, а если это не поможет, то генератор в сборе. И та, и другая деталь стоят не дорого и работа по их замене довольно проста. Конечно, есть небольшая вероятность, что после этих замен устройство не заработает, но она не велика. Зато у вас будет шанс сэкономить на визите в мастерскую, повозиться с техникой и узнать для себя что-то новое. Согласитесь, это не высокая цена за столько удовольствий!

Инструкция по замене ультразвукового излучателя (мембраны) на примере увлажнителя Polaris PUH 0206Di

1. Отключите увлажнитель от розетки.

2. Снимите резервуар с водой, слейте воду из нижней части увлажнителя, вытрите остатки воды тряпкой.

3. Вскройте корпус. Для этого выкрутите несколько винтов, соединяющих части корпуса в единое целое. Внимательно посмотрите на то, какими отвертками нужно пользоваться. Иногда все или один винт сделаны под «хитрую» (не крестовую и не шлицевую) отвертку.

4. Внимательно осмотрите внутренности. Обратите внимание на наличие или отсутствие характерного запаха горелой пластмассы, оплетки проводов и т.п., на почернения на корпусе, проводах и электронных устройствах. Обратите внимание на целостность проводов. Не должно быть ни одного свободно болтающегося конца провода. Осмотрите электронные платы на предмет целостности деталей, установленных на них.

5. Определите, где расположены основные элементы увлажнителя. Найдите генератор и ультразвуковой излучатель. Посмотрите, как они закреплены. Запишите, какие провода, какого цвета и в какое место присоединены к генератору и излучателю. При возможности сфотографируйте.

6. Отверните крепежные винты излучателя и отсоедините или отпаяйте провода излучателя от генератора. Возможно, для этого потребуется снять генератор.

7. Снимите уплотнительное резиновое или силиконовое кольцо с излучателя.

8. Осмотрите излучатель, обратите внимание на наличие трещин и ненадежное крепление проводов. Для выявления дефектов приложите небольшое усилие к излучателю и проводам. (В моем случае осматривать нечего, все и так понятно!)

9. Замерьте диаметр излучателя без уплотнительного кольца.

10. В случае обнаружения дефектов на излучателе купите новый и замените его. Где купить мембрану для ультразвуковаго увлажнителя воздуха?

11. Если дефекты не видны, то выбирайте:

а) собрать все назад, если не заработало, то отнести в мастерскую или купить новый увлажнитель

б) заменить излучатель, если не заработало, то отнести в мастерскую или купить новый увлажнитель

Видеоролик. Как зменить мембрану в увлажнителе своими руками.

Эта статья возникла в связи с постройкой автоматической поливальной машины для ухода за комнатными растениями. Думаю, что и сама поливальная машина может представлять интерес для самодельщика, но сейчас речь пойдёт о датчике влажности почвы. https://сайт/

Самые интересные ролики на Youtube

Пролог.

Конечно, прежде чем изобретать велосипед, я пробежался по Интернету.

Датчики влажности промышленного производства оказались слишком дороги, да и мне так и не удалось найти подробного описания хотя бы одного такого датчика. Мода на торговлю «котами в мешках», пришедшая к нам с Запада, уже похоже стала нормой.

Описания самодельных любительских датчиков в сети хотя и присутствуют, но все они работают по принципу измерения сопротивления почвы постоянному току. А первые же эксперименты показали полную несостоятельность подобных разработок.

Собственно, это меня не очень удивило, так как я до сих пор помню, как в детстве пытался измерять сопротивление почвы и обнаружил в ней... электрический ток. То есть стрелка микроамперметра фиксировала ток, протекающий между двумя электродами, воткнутыми в землю.

Эксперименты, на которые пришлось потратить целую неделю, показали, что сопротивление почвы может довольно быстро меняться, причём оно может периодически увеличиваться, а затем уменьшаться, и период этих колебаний может быть от нескольких часов до десятков секунд. Кроме этого, в разных цветочных горшках, сопротивление почвы меняется по-разному. Как потом выяснилось, жена подбирает для каждого растения индивидуальный состав почвы.

Вначале я и вовсе отказался от измерения сопротивления почвы и даже начал сооружать индукционный датчик, так как нашёл в сети промышленный датчик влажности, про который было написано, что он индукционный. Я собирался сравнивать частоту опорного генератора с частотой другого генератора, катушка которого одета на горшок с растением. Но, когда начал макетировать устройство, вдруг вспомнил, как однажды попал под «шаговое напряжение». Это и натолкнуло меня на очередной эксперимент.

И действительно, во всех, найденных в сети самодельных конструкциях, предлагалось замерять сопротивление почвы постоянному току. А что, если попытаться измерить сопротивление переменному току? Ведь по идее, тогда вазон не должен превращаться в "аккумулятор".

Собрал простейшую схему и сразу проверил на разных почвах. Результат обнадёжил. Никаких подозрительных поползновений в сторону увеличения или уменьшения сопротивления не обнаружилось даже в течение нескольких суток. Впоследствии, данное предположение удалось подтвердить на действующей поливальной машине, работа которой была основана на подобном принципе.

Электрическая схема порогового датчика влажности почвы.

В результате изысканий появилась эта схема на одной единственной микросхеме. Подойдёт любая из перечисленных микросхем: К176ЛЕ5, К561ЛЕ5 или CD4001A. У нас эти микросхемы продают всего по 6 центов.

Датчик влажности почвы представляет собой пороговое устройство, реагирующее на изменение сопротивления переменному току (коротким импульсам).

На элементах DD1.1 и DD1.2 собран задающий генератор, вырабатывающий импульсы с интервалом около 10 секунд. https://сайт/

Конденсаторы C2 и C4 разделительные. Они не пропускают в измерительную цепь постоянный ток, которые генерирует почва.

Резистором R3 устанавливается порог срабатывания, а резистор R8 обеспечивает гистерезис усилителя. Подстроечным резистором R5 устанавливается начальное смещение на входе DD1.3.

Конденсатор C3 – помехозащищающий, а резистор R4 определяет максимальное входное сопротивление измерительной цепи. Оба эти элемента снижают чувствительность датчика, но их отсутствие может привести к ложным срабатываниям.

Не стоит также выбирать напряжение питания микросхемы ниже 12 Вольт, так как это снижает реальную чувствительность прибора из-за уменьшения соотношения сигнал/помеха.