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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik YACMS - noch ein kapazitiver Feuchtigkeitssensor


Autor: Johannes S. (jojos)
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Es wird wärmer und die Pflanzen wollen regelmässig gegossen werden. Als 
Hilfe für Leute mit wenig Mess-Gefühl im Finger gibt es ja versichiedene 
Ansätze die Feuchtigkeit zu messen und dazu gibt es auch ellenlange 
Threads und Blogs.
Messtechnisch gut ist die kapazitive Messung, ein sehr bekannter Senor 
hierfür ist ja der Giess-o-mat Sensor von D. Weisser (dessen Blog ist 
leider nicht mehr online). Der Sensor ist einfach aufgebaut, 
Kupferstreifen auf einer Platine sind die Sensorfläche die einen 
veränderlichen Kondensator bilden und dieser die Frequenz eines 
Oszillators verändert. Das funktioniert sehr gut, die Schwachstelle ist 
es den Sensor über lange Zeit dicht zu bekommen, die Diskussionen können 
in den Quellen im Anhang verfolgt werden. Die beste Lösung ist bisher 
ein Versiegeln mit PU Spray oder Lack oder 2K Epoxy.
Mein Ansatz ist jetzt viel einfacher, kann am Küchentisch gebaut werden, 
ist sehr billig, liefert einen sehr guten Messeffekt und ist hoffentlich 
auch Langzeitstabil, denn das ist die einzige Erfahrung die ich damit 
noch nicht habe...
Und wie gehts? Ganz einfach: Schneckenband laminieren. 'Schneckenband' 
ist selbstklebende Kupferfolie aus dem Baumarkt, soll um Töpfe und Beete 
geklebt werden als Barriere für Schnecken eben. Das ist tatsächlich 
richtige Kupferfolie mit 30-50 µm Stärke, lässt sich gut löten und bei 
Hornbach bekommt man eine Rolle mit 4,5 m Länge / 30 mm Breite für 
3,95€. Dazu eine Packung Laminiertaschen für 10€, das reicht für gut 50 
Sensoren wenn man die 125 mm x 10 mm gross macht wie die Giesomat 
Sensoren oder für mehr wenn man kürzere baut. Zum Test habe ich mal 
verschiedne Grössen gemacht, die funktionieren alle. Für 50 mm 
Sensorlänge habe ich eine kleine Tasche genommen, die gibts fertig als 
Kofferanhänger. Einen Laminator sollte man dafür auch haben. Mit dem 
Bügeleisen geht es vielleicht auch, der Laminator presst die Folien mit 
hohem Druck aneinander.
Die spannende Frage ist nun wie lange diese Sensoren halten. Die Folie 
selbst ist PET, als Eigenschaft habe ich da 'witterungsbeständig' und 
'nimmt sehr wenig Wasser auf' gefunden. Aber Wasserflaschen aus PET sind 
ja auch sehr dicht. Dann ist da noch die Klebeschicht der Folien. Die 
ist sehr dünn und ich habe die Taschen 4x durch den Laminator gezogen. 
Einen Sensor lasse ich jetzt mal im Wasser stehen und prüfe im 
Wochenrythmus ob sich der Trockenwert verändert. Wenn der 1-2 Jahre hält 
wäre das schon gut, zur Not müsste man die Sensorfolie dann tauschen.
Mit der Oszillatorschaltung von D. Weisser habe ich bei dem kurzen 
Sensor bei 3,3 V Versorgung trocken ca. 750 kHz, im Wasser ca. 21 kHz. 
Die Folie hatte 2 x 75µ Stärke, gibts auch in 2 x 125µ oder dicker. 
Anschlusskabel ist dünner Fädeldraht, die Lötstellen habe ich noch mit 
dem Hammer flachgeklopft. Die Drähte sind nicht komplett dicht 
umschlossen, die Folie sollte also oben aus der Erde rausgucken. Form 
und Grösse kann man leicht variieren, das Kupferband bekommt man auch 
von anderen Herstellern in anderen Grössen.

Links:
https://www.hornbach.de/shop/Kupferband-Schnecken-...
Beitrag "Giess-o-mat mit AVR Version 2"
http://www.n8chteule.de/zentris-blog/erdfeuchtemes...

Autor: Dieter (Gast)
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Noch einfacher ist ein bio-mechanisch-elektrischer Sensor. Was verbirgt 
sich dahinter?
Nichts anderes als ein Tannenzapfen und eine Lichtschranke.

Das System ist sehr ausfallsicher, da sich ein Ausfall in der Regel 
lange Zeit vorher ankündigt und an der Qualität der Meßwerte der 
Lichtschranke zu erkennen wäre.

Autor: Ralf (Gast)
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Eben KEINEN Klarlack nicht benützen!
Irgend ein Typ bietet fertige Sensoren an. (Hier im Forum)
Warum nimmst du die nicht? Die würden funktionieren!

Autor: Johannes S. (jojos)
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Die fertigen Sensoren sind bekannt, in dem verlinkten Thread hat der 
Fred ja auch viel geschrieben.
Ich wollte aber einen kompakten Funksensor selber bauen, mit RFM69 Modul 
und kleinem µC drauf. Dabei dann gleich den Oszillator (Störsender mit 
relativ hohem Strombedarf) wegoptimieren. Eine Kapazitätsmessung habe 
ich gerade mit einem LPC824 auf dem Steckbrett hinbekommen. Den C-Sensor 
über 1MOhm über einen Portpin aufladen und die Zeit messen bis ein 
Schwellwert überschritten ist. Mit kleiner Lithium Batterie funkt der 
dann länger als die Pflanzen leben. Elektronik und Sensorfläche trenne 
ich dann und kann das WAF gerecht verstecken.

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Autor: Mani W. (e-doc)
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Also, ich finde die Idee von Johannes sehr gut!

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Als Voraussetzungen für den Giesomat Sensor waren nie Funk gegeben.
Im Gegenteil. Er soll sogar drahtgebunden funktionieren.
Der Frequenzausgang wurde gewählt um vom System her so flexibel wie 
möglich zu sein.
Jeder möchte sonst wieder ein eigenes digitales Protokoll oder analogen 
Ausgangspegel haben.

Es gibt übrigends schon einige Nachbauten mit ESP und Funkanbindung.

Übrigends: Mit Klarlack wird der Sensor binnen 14 Tage unbrauchbar.

Apropos: Es nicht darum ob PET wasserdicht ist.
Es geht darum, wieviele Wassermoleküle aufgenommen werden -> 
diffundieren!!!
Das ändert die Eigenschaften des Dielektrikums für den Gebrauch als 
Sensor drastisch!

Glaub mir: Habe mir damals bei der Entwicklung meiner Giesomat Sensoren 
schon ein wenig mitgedacht und auch lange daran getüfftelt bis eine 
langzeitstabile Lösung herausgekommen ist.
Das war kein Schuss ins Blaue.

Übrigends: Bei meinen Sensoren kann man den Elektronikteil vom 
Sensorteil abtrennt.
DAFÜR sind die zwei Vias da.
Kann jederzeit eine andere Elektronik an den Sensorteil dran :-D

: Bearbeitet durch User
Autor: Rainer Unsinn (r-u)
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Ich finde die Idee zum Nachbauen sehr geeignet - mal sehen, wie 
beständig die so ist. Aber wenn sie eine Saison hält - der Aufwand für 
das Wechseln 1x im Jahr ist minimal. Prima!

Ralf schrieb:
> Eben KEINEN Klarlack nicht benützen!

Wo steht, dass dieser benutzt wird?

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Johannes S. schrieb:
> Die beste Lösung ist bisher
> ein Versiegeln mit PU Spray oder Lack oder 2K Epoxy.

Hier ;-) Wie gesagt: Lack geht nicht!!!

Am meisten Zeit nimmt das "sich setzen" des Sensors in Anspruch (ca. 1 
Monat).
Daher sollte der Sensor schon länger als ein Monat im Einsatz sein.

Nochmals:
Lack geht gar nicht.

Es hat sich sogar herausgestellt, das Plastikspray untauglich ist !!!

Autor: Johannes S. (jojos)
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Fred R. schrieb:
>> ein Versiegeln mit PU Spray oder Lack oder 2K Epoxy.
>
> Hier ;-) Wie gesagt: Lack geht nicht!!!

danke, war vielleicht undeutlich ausgedrückt, das 'Lack' bezog sich hier 
auf das PU das es als Spray oder in flüssig gibt. Das Zeug ist nur sehr 
geruchsintensiv und sollte nicht unbedingt in der Küche verarbeitet 
werden. Laminieren ist einfacher und billiger.

Fred R. schrieb:
> Apropos: Es nicht darum ob PET wasserdicht ist.
> Es geht darum, wieviele Wassermoleküle aufgenommen werden ->
> diffundieren!!!
> Das ändert die Eigenschaften des Dielektrikums für den Gebrauch als
> Sensor drastisch!

Das teste ich gerade, zu PET findet man 0,3 % Wasseraufnahme. Entweder 
das Wasser bleibt in feuchter Erde grösstenteils drin und als Offset im 
Messwert, oder es diffundiert wieder raus und wird zur Schwankung im 
Messwert. Aber auch bei PU liegt die Wasseraufnahme nicht bei 0.

> Als Voraussetzungen für den Giesomat Sensor waren nie Funk gegeben.
> Im Gegenteil. Er soll sogar drahtgebunden funktionieren.

Bei Nutzpflanzen draussen stören die Kabel vielleicht weniger, bei 
Pflanzen auf der Fensterbank sieht das anders aus. Es gibt ja 
mittlerweile auch einen Lowcost Sensor mit BLE, das hat aber eine 
geringere Reichweite als die RFM 868 MHz Funkmodule.


Fred R. schrieb:
> Der Frequenzausgang wurde gewählt um vom System her so flexibel wie
> möglich zu sein.

naja, für einen RPi oder eine SPS ist die Frequenz zu hoch und man soll 
deine Frequenzteiler kaufen.

> Jeder möchte sonst wieder ein eigenes digitales Protokoll oder analogen
> Ausgangspegel haben.

flexibler als ein µC sind ein paar TTL Gatter wohl kaum, höchstens etwas 
billiger. Der µC kann ein normiertes analoges oder digitales Signal 
bereitstellen, man kann einen I2C oder SPI Slave implementieren und so 
mehrere Sensoren als Bus verdrahten. Meine Funknodes schlafen mit ca. 
1µA Ruhestrom und können sich selber wecken. Haben freie Eingänge für 
Temperatur (einfacher NTC analog eingelesen) oder Lichtsensoren. Der LPC 
den ich benutze hat 4 Analogkomparator Eingänge, da kann ich 4-Zonen 
Sensoren einlesen, 4 einzelne oder 2 x 2 Zonen. Die Sensorflächen werden 
mit der Schere ausgeschnitten und einlaminiert, das würde ich flexibel 
nennen. Der LPC824 kostet <2€, teurer als ein ATTiny, aber hat auch 32 
kB Flash und 8 kB Ram, genug um auch ein SSD1306 mit Grafik anzusteuern. 
Man darf nur keine Angst vor SMD haben oder lässt das in Stückzahlen vom 
Chinesen bauen.

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Autor: blumi (Gast)
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Johannes S. schrieb:
> Bei Nutzpflanzen draussen stören die Kabel vielleicht weniger, bei
> Pflanzen auf der Fensterbank sieht das anders aus.

Das könnte man unter Umständen auch anders sehen: Mir persönlich wäre 
bei der Tomaten  Paprika  Chili - Reihe (jährlich zw. 20 und 50 Töpfe 
gesamt) auf der südlichen Terrasse eine Funkanbindung sehr genehm.

Dort einen oder gar 2-3 Akkupacks witterungsgeschützt zu platzieren, 
wäre für mich weniger Aufwand, als durchgängig mit Kabeln zu arbeiten.

Wäre eine schöne Idee (vor allem hindern mich bis jetzt die Kosten an 
einer Realisierung), doch einen Laminator habe ich auch noch nicht... :)

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Johannes S. schrieb:
> naja, für einen RPi oder eine SPS ist die Frequenz zu hoch und man soll
> deine Frequenzteiler kaufen.
Oder du erhöhst einfach den Rückkoppelwiderstand.

Das mit der Isolierung wurde hier durchgekaut:
https://forum-raspberrypi.de/forum/thread/23082-er...

Da wurden weiss nicht mehr wieviele Isolierungen getestet!

Ja, Der PU Lack ist ein ganz eine besondere Duftumgebung.
Musst erstmal das Sicherheitsdatenblatt durchlesen :-D

Autor: Johannes S. (jojos)
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nach 4 Tagen im Wasser sieht der Sensor immer noch gut aus. Im Wasser 
zeigt der Komponententester jetzt 138 pF an, Startwert 142 pF. Das ist 
plausibel, das Wasser im Glas verdunstet ja. Damit taugt das auch als 
Füllstandssensor.
Wichtig ist der Wert bei trockenem Sensor, der hat sich nicht verändert, 
-4,2 pF. Negativ weil ich keinen Nullabgleich gemacht habe.
Eine andere Folie liegt auf dem Tisch, am µC der die Zeit misst bis der 
Kondensator über 1 MOhm auf grösser 20/31 * VDD aufgeladen ist. In der 
Luft sind das 85 µs (durch Steckbrett und 30cm Kabel habe ich schon 
knapp 100 pF), auf dem Tisch 88 µs und mit Arm draufgelegt 250 µs. Als 
Mittelwert über 4 Messungen stehen die Wete +/- 1 µs stabil, die Messung 
mit dem Umweg über einen Oszillator ist also nicht nötig (wenn der µC 
einen Analogkomparator hat).

blumi schrieb:
> as könnte man unter Umständen auch anders sehen: Mir persönlich wäre
> bei der Tomaten  Paprika  Chili - Reihe (jährlich zw. 20 und 50 Töpfe
> gesamt) auf der südlichen Terrasse eine Funkanbindung sehr genehm.

das war auch genau mein Einsatzgebiet, hatte auch 15 Töpfe mit Chilis 
draussen. Der Gefrierschrank ist noch voll, aber nächstes Jahr möchte 
ich wieder welche ziehen.

: Bearbeitet durch User

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