Автополив растений на датчике влажности почвы — расчёт автономности

Автополив на ESP32 или Arduino работает так: ёмкостный датчик отдаёт напряжение, зависящее от влажности почвы, а контроллер сравнивает его с порогом и включает помпу на фиксированное время. После нескольких включений подряд система останавливается и сообщает об аварии. Помпу питают отдельно от контроллера, а порог получают калибровкой датчика в воздухе, воде и почве.

Главное — ограничения: максимум времени работы помпы, защита от сухого хода и расчёт запаса воды и энергии на выбранный срок. Если автоматика сломается, помпа без ограничений зальёт всё вокруг.

Ниже — как это работает, расчёт автономности, схема, порядок сборки и наладки, защита и типовые ошибки.

Как это работает

Ёмкостный датчик отдаёт напряжение, зависящее от влажности почвы. Контроллер читает его раз в несколько минут: чаще не нужно, почва меняется медленно.

Если значение показывает «сухо», включается помпа на фиксированное время, затем пауза, чтобы вода успела впитаться, и повторная проверка. После нескольких попыток подряд система останавливается и сообщает об аварии.

Какой датчик выбрать

Выбирайте ёмкостный датчик, а не резистивный из двух зубьев. Резистивный выставляет открытый металл в почву, и постоянный ток разъедает дорожки; ёмкостный измеряет через изоляционное покрытие и не имеет электролитической коррозии, как отмечают производители.

Значения датчика (воздух, вода, сухая почва) у каждого экземпляра свои, поэтому калибровка обязательна: пороги из интернета не подходят. Показания также зависят от температуры и солёности почвы.

Расчёт автономности

Автономность определяется запасом воды и запасом энергии. Ниже — примеры расчёта, значения для иллюстрации.

Запас воды. Пусть растениям нужно в среднем 0,5 л в сутки (примерное число для примера, реальную потребность определяют растения и погода), ёмкость 20 л: 20 л ÷ 0,5 л/сут = 40 суток. Бочка не должна опустошаться полностью, поэтому считайте на 70–80 % объёма.

Энергия. Помпа включена лишь короткое время. Пример: помпа на 5 В потребляет 0,3 А (смотрите паспорт своей), качает 2 минуты в сутки: 0,3 А × 2/60 ч = 0,01 А·ч = 10 мА·ч.

Плата и проверка датчика тоже потребляют ток, и расход сильно зависит от платы: у отладочной платы с регулятором и USB-мостом он заметно больше, чем у голого модуля в глубоком сне. Измерьте его мультиметром.

Время работы от аккумулятора — это ёмкость, делённая на суточный расход; подробнее в статье время работы от аккумулятора. Ёмкость в разных единицах переведёт калькулятор mAh в Ah.

Ток помпы, а не потребление платы, определяет блок питания и сечение проводов: подбирайте источник с запасом по току.

Схема

Помпа — двигатель, при выключении он даёт выброс напряжения, поэтому диод параллельно помпе обязателен. Питание помпы — отдельная линия или достаточно мощный источник, например 12 В; с контроллером её соединяет только управляющий сигнал через MOSFET или реле и общая земля.

Прямо от вывода 3,3 В платы помпа работать не будет: ток слишком велик, а просадка питания перезагрузит плату.

Сборка и наладка

Порядок сборки такой, чтобы ошибки находились на столе, а не в горшке.

1. 1
   Соберите на столе.Помпу пока опустите в стакан с водой.
2. 2
   Снимите границы шкалы.Считайте значения датчика в воздухе, в воде и в сухой и мокрой почве.
3. 3
   Выберите порог.Между значениями для сухой и влажной почвы. У типовых ёмкостных модулей в сухой почве число больше, чем во влажной.
4. 4
   Задайте полив и паузу.Начните с коротких: переливать хуже, чем недоливать.
5. 5
   Добавьте ограничение.Максимум несколько включений подряд, затем стоп и сигнал.
6. 6
   Установите датчик.На глубину корней, помпу и шланг закрепите.

Проверьте работу на коротком цикле и только потом оставляйте систему без присмотра.

Защита помпы от сухого хода

Помпа без воды перегревается и быстро выходит из строя. Защититься помогают четыре меры.

• 
  Датчик уровня воды.Поплавковый или другой датчик в ёмкости отключает полив, когда воды мало.
• 
  Ограничение времени.Контроллер считает израсходованное время работы и останавливает помпу.
• 
  Защита от сифона.Вода сама сливается из бака, если конец шланга ниже уровня воды. Держите конец шланга выше уровня воды или сделайте в трубке над уровнем воды маленькое отверстие, которое срывает сифон.
• 
  Аварийный сигнал.Контроллер уведомляет, если попытки полива не меняют показания датчика.

Ограничение времени работает всегда, поэтому ставьте его в любом случае.

Типовые ошибки

Что в итоге

Подходит: комнатные цветы, теплица, небольшая грядка на время отпуска. Не подходит: большие площади, где нужна магистральная вода и электроклапаны.

Главное — проверенные пороги, ограничение по времени и расчёт запаса воды и энергии на выбранный срок.

Частые вопросы

Чем ёмкостный датчик влажности лучше резистивного?

Ёмкостный не имеет открытых электродов в почве и не разрушается от электролиза, как резистивный. Это отмечают производители датчиков.

Но дешёвые ёмкостные модули чувствительны к температуре и солёности почвы, поэтому калибруйте каждый датчик. Если нужен надёжный датчик, берите ёмкостный с лакированным покрытием.

Почему помпу нельзя питать от платы контроллера?

Помпа потребляет заметно больший ток, чем способна отдать плата, и даёт выбросы при отключении. Это перезагружает плату или повреждает вывод.

Питайте помпу отдельным источником (например, 12 В), а с контроллером соедините общую землю и управление через MOSFET или реле. В российских магазинах продаются мини-помпы на 5–12 В.

Как защитить помпу от сухого хода?

Поставьте датчик уровня воды в ёмкости и ограничьте время работы помпы в программе.

Если воды нет, контроллер должен остановить полив и подать сигнал. Только по ограничению времени можно ошибиться, если бочка опустела раньше срока.

Как выбрать порог влажности и как часто поливать?

Порог выбирают калибровкой: снимите значения в воздухе, воде, сухой и мокрой почве и поставьте порог между значениями для сухой и влажной почвы. У типовых ёмкостных модулей в сухой почве число больше, чем во влажной.

Частота зависит от растения и погоды. Начинайте с коротких поливов и подстраивайте.

Где купить датчик и помпу для автополива в России?

В магазинах радиодеталей и на маркетплейсах продаются ёмкостные датчики влажности и мини-помпы на 5–12 В.

Берите ёмкостный датчик и помпу с паспортом, где указан ток. Если помпа без паспорта, измерьте её ток мультиметром.

Полезно при расчёте автономности

• Время зарядки и работы от аккумулятораСколько заряжать и сколько проработает от заряда
• Перевод mAh ↔ AhЁмкость аккумулятора и время работы от неё
• Закон Ома и мощностьПо любым двум из четырёх величин U, I, R, P — две остальные