Беспроводной датчик контроля полива растений (влажности почвы) за $1-2 своими руками

Постепенно дополняем систему «умного дома» на BLE новыми датчиками. В дело пошли антипотеряйки (маячки) ITAG. Как всегда, все просто и быстро.

Казалось бы, у нас в арсенале уже есть датчики, которые реагируют на наличие/отсутствие воды – протечки, уровня жидкости и даже емкостной, который так же неплохо справляется с такой функцией. Однако у всех этих датчиков есть своя специфика — при контакте с жидкостью они или теряют связь, или переключаются, или вовсе выключаются. Все эти положения хорошо отрабатывает база, но для построения системы контроля за влажностью почвы (полива) на постоянной основе они не годятся.

У датчика полива, контактная пара постоянно находится во влажной почве и те токи, которые устанавливаются на датчиках протечки и уровня жидкости могут вызвать быстрое гальваническое разрушение металла. Для этих целей хорошо бы подошел емкостной принцип, в нем нет непосредственного контакта почвы с металлом, и он все чаще используется в современных датчиках влажности. Но, к сожалению, у нашего емкостного датчика на основе сенсорной кнопки TTP223 прошивка настроена на автоматическую подстройку нулевой точки окружающего объема, т.е. плавное изменение влажности он правильно не отработает. Мы же постараемся ниже обойти эти препятствия сделав датчик способный реагировать на микроамперные токи, которыми можно пренебречь, но по чувствительности прибор выше чем именитые и дорогие емкостные датчики влажности.

За дело

В качестве донора в этом случае взята антипотеряйка iTAG с самой удобной схемотехникой для разрыва полюса питания батареи от окружающих элементов. Дорожку режем в наиболее удобном для этого месте.




Еще нам потребуется любой P-канальный MOSFET(МОП) транзистор, в моем случае, это RLML5203 SMD (брал у Алли по $0,7 десяток).



Здесь мы в сласть используем все преимущества MOП транзисторов — большую эффективность работы при низких напряжениях, отсутствие тока затвора, что приводит к высокому входному импедансу. А если проще — МОП почти не требует входного тока для регулирования, точнее он нужен, но на очень короткое время и с небольшим потенциалом. Для нас с одной стороны это хорошо – подал на затвор импульс — затвор открылся, сохраняя такое положение пока не поменяется полярность. Но ее ведь должен кто-то менять. Это будет делать вода — точнее ее присутствие или отсутствие в почве.

Щупы (проводники) погруженные в почву напрямую подключены к положительному истоку и затвору. Когда почва влажная — замыкается цепь, плюсовой потенциал перекрывает затвор, не давая аккумулятору питать процессор. Для открытия затвора потребуется дополнительное сопротивление, которое с одной стороны максимально ограничивало бы поступление тока на затвор (мы помним, что он через воду может взаимодействовать с плюсом батарейки), с другой — было бы достаточным, чтобы открыть транзистор.

MOSFET с низким потреблением и напряжением на затворе дает возможность использовать резисторы с большим сопротивлением (1-2 МОм), я же использовал обратное сопротивление обычного SMD диода. Марка и номинал в данном случае не важен, важнее его размеры. Как Вы помните роль любого диода — перекрыть ток в одном из направлений, однако, того тока утечки, который присутствует в них достаточно, чтобы открыть затвор MOSFET-а. Если у кого-то есть подстроечный резистор, который бы комфортно разместился в корпусе брелока на один и более МОм было бы еще лучше, им можно было бы плавно регулировать чувствительность датчика. В нашем же случае, регулировка осуществляется за счет разведения кончиков проводов щупа.

Все это можно было бы не писать конечно, а просто показать точки пайки компонентов, но хотелось, чтобы те, кто возьмутся за такую простую работу (пайка двух элементов), хорошо представляли, что они делают и как это все работает.

Для облегчения процесса пайки SMD я использовал небольшие нарезки двухстороннего тонкого скотча. С одной стороны, они выступили в качестве изолятора, с другой – создали дополнительные удобства по фиксации деталей на плате. В общем — удобно.



В качестве щупа использовал поршень шприца, подрезанный на конус. Провод может быть любой, но лучше изолированный, мягкий и желательно чтобы изоляция была стойкая к воздействию растворителей.



Клей был выбран по принципу – что имею в доме и быстрее высыхает — «секунда» 505. Не самый лучший выбор, особенно для склеивания по полиэтилену (материал поршня), не помогает даже содовые присыпки, достаточно агрессивный к изоляции. Поэтому на видео и фото Вы можете заметить несколько вариантов изготовления щупа. Подбор клея для полиэтилена и изоляции провода предлагаю обсудить.

Провод пропускаем через отверстия с противоположных сторон от граней поршня, так чтобы проводники были на максимально разведенном расстоянии, натягиваем, промазываем клеем и даем высохнуть.

Концы выводим за пластиковую круговую вставку у iTAG. Разрыв проводов скальпелем делаем в нижней части щупа и выше. Чем меньше расстояние — тем чувствительность датчика выше, но не менее 1,5-2 см, лучше — 2-4 см.


Контакты кнопки замыкаем проводком.



Поскольку датчик будет работать во влажной среде, герметизируем его любым вазелином или жирным кремом. Силикон – не лучший вариант, в силу возможного случайного контакта с дорожками (в составе уксус, есть и специализированные — нейтральные), но по поверхности можно попробовать любой.



Короткое видео изготовления датчика

Программирование:

Выше мы рассмотрели вариант датчика, когда во время нахождения в почве (а это основное время его работы) благодаря MOSFET он обесточен и как только, проводимость почвы уменьшается датчик выходит в эфир. Именно к этому я и стремился.

Для тех же, кто хочет постоянно контролировать состояние датчика, в том числе и состояние питания (а возможно за счет изменения напряжения и степень влажности почвы), при этом не сильно заботясь о продолжительности работы (а у BLE это около года), то все, что нам нужно – поменять место приложения резистора (у нас SMD диода), который впаивается между ножками MOSFET, а второй вывод щупа припаиваем к минусу платы.




В этом случае датчик будет постоянно на связи, а в случае разрыва, база подаст сигнал. Для этого можно обойтись и без дополнительного программирования — скачиваем с Play Маркета все ту же ALARM BLE LIGHT или более продвинутую, но платную ALARM BLE iTAG и сигнал в объеме квартиры или дома Вам обеспечен.
Но нам же этого мало. Тем более, что база (стационарно запитанный старый Android телефон или планшет) для передачи SMS, звонков, предупреждения звуковым сигналом о состоянии датчиков через мобильную связь или WiFi, все равно нужна.

Пошаговый принцип программирования базы описан здесь. Все, что нам нужно в дополнении к предложенному ранее макросу — добавить еще один триггер с названием, которое Вы предварительно прописали датчику в программе ALARM BLE iTAG (к примеру «ЦВЕТЫ»).

По сути, требуется еще раз скопировать (повторить) элементы макроса за исключением действий по управлению экраном и временными задержками — меняем только отношение новых «действий» к триггеру «Получено уведомление от ALARM BLE iTAG с содержанием текста «ЦВЕТЫ».

Звуковой сигнал, SMS и произносимый текст в телефон при звонке, в новых «действиях» также меняем на подходящий для этого случая и приятный для слуха формат. Я еще добавил повторение действий по команде будильника (а вдруг не услышал звонка или сирены, не увидел сообщения). После полива, связь датчика с телефоном разрывается и будильник отключается, приходит сообщение, что все в порядке – «цветы политы».

Автоматический полив можно организовать после приобретения запирающих кранов управляемых по WIFI или BlueTooth. Но это скорее потребуется для организации полива в теплицах, чем для комнатных растений или цветника на участке. Хотя как говорится «хозяин – барин», а вдруг кто-то на столько редко бывает дома, что захочет заморочиться и настроит автополив всему живому и растительному домашнему миру.



Интересное использование BLE трекеров можно подсмотреть ЗДЕСЬ.

ВСЕМ УСПЕХОВ И КОМФОРТА В ЖИЗНИ!