Moin, ich plane gerade eine kleine dünne lange Platine mit ESP und einigen Sensoren. Die wird in den Boden gesteckt und meldet mir dann über WLAN dessen Feuchtigkeit. Tja und jetzt überlege ich wie ich den Kondensator am besten layoute. Die Platine wird 20 mm breit und 300 mm lang. ca. 200 mm sollen dabei in den Boden. Ich möchte die Länge in zwei je 100 mm lange Zonen unterteilen und die Feuchtigkeit direkt unter der Oberfläche und auch etwas weiter unten messen zu können. Jetzt hat diesen Kondensator zwei Seiten, eine wird mit Masse verbunden und die andere Seite wird aufgeladen und die Zeit gemessen. Wie sollte man den Kondensator auf einer beidseitigen Platine aufbauen? Mir fallen da mehrere Möglichkeiten ein: 1. Option 1, alle Flächen sind auf beiden PCB Lagen. Die Kondensatorseite, die mit Masse verbunden ist ist im Bild rechts auf der ganzen Höhe, links sind die beiden Kondensatorflächen für obere und untere Messung. 2. Option 2, da ist die Rückseite die Massenfläche und die Vorderseite ist in zwei Zonen unterteilt. 3. Option 3, da sind alle Flächen auf beiden PCB Seiten. Die Länge ist in drei Teile geteilt, in der Mitte ist Masse und oben und unten können jeweils geladen werden. Welche Möglichkeit hat denn da die größte Kapazität?
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Ich tippe auf Folgendes: - Option 1 wird eindeutig am besten sein - Option 2 wird quasi gar nicht funktionieren - Option 3 wird (im Vergleich zu Option 1) nur vglw. schlecht funktionieren Was meiner persönlichen Erfahrung nach extrem wichtig ist: Du musst darauf achten, dass, wenn Du an einer beliebigen Stelle quasi durch die Platine hindurchbohren würdest, Du auf Vorder- und Rückseite stets die "gleiche" Fläche treffen würdest. Weil dem bei Option 2 nicht so ist, wird Option 2 meiner Erfahrung nach gar nicht funktionieren. Da hast Du zwar eine sehr grosse Kapazität - aber die ist konstant und wird von der Erdfeuchtigkeit so gut wie gar nicht beeinflusst Bei Option 3 ist diese Bedingung zwar erfüllt, aber die Anordnung sorgt nur für eine geringe Kapazität. Für eine hohe und von der Erdfeuchte abhängige Kapazität will man, dass die "Linie", die die beiden Kondensator-Flächen auf einer Seite der Platine voneinander trennt, möglichst lang ist. Bei Option 2 ist diese Linie aber nur sehr kurz. Bei Option 1 ist sie lang, daher wird Option 1 am besten funktionieren. Aber auch nur dann, wenn die obige Bedingung betreffend der Rückseite erfüllt, die Rückseite also quasi gespiegelt ist. Ansonsten hätte man das gleiche Problem wie bei Option 2: Hohe Kapazität, die aber quasi konstant ist und von der Erdfeuchtigkeit so gut wie gar nicht beeinflusst wird.
Option 1 ist die einzig sinnvolle. Die Eindringtiefe des elektrischen Feldes in den "Halbraum", d.h. die Erde, ist etwa so groß wie der Mittenabstand der Elektroden zueinander - in Deinem Fall also knapp 10mm - das sollte reichen. Wenn Du das Ganze in Betrieb nimmst gib aber Acht, daß die (Lack-) Isolation gut durchfeuchtet ist, bevor Du auf Meßwerte vertraust. Andernfalls wirst Du während der Sättigung des Lacks einen steten Anstieg der Kapazität sehen. Alternativ oder ergänzend könntest Du auch eine echte Impedanzmessung machen und den Realteil mitbewerten - mit dem Wurzelwachstum und der Verdichtung der Erde im Lfe. der Zeit werden die Werte zwar deutlich wandern, aber die Messung ist ja eher für ein Intervall von ein paar Tagen relevant.
Dadurch, dass bei Option 1 die Sensorflächen für "oben" und "unten" so dicht aneinander grenzen, überlappen sich die Felder sehr stark. Für eine bessere Trennung würde ich den Abstand vergrößern. Im Boden hast du sowieso keine scharfe Grenze. Guck dir die Feldverläufe mal mit einem Modellierungsprogramm an.
Joachim schrieb: > Du musst darauf achten, dass, wenn Du an einer beliebigen Stelle quasi > durch die Platine hindurchbohren würdest, Du auf Vorder- und Rückseite > stets die "gleiche" Fläche treffen würdest. OK. Sollte ich da Vias setzen um beide Seiten zu verbinden? Joachim schrieb: > Für eine hohe und von der Erdfeuchte > abhängige Kapazität will man, dass die "Linie", die die beiden > Kondensator-Flächen auf einer Seite der Platine voneinander trennt, > möglichst lang ist. Na dann wären ja fast Meander oder so sinnvoll? Ich stelle mir da so Zacken vor die ineinander greifen. Jürgen W. schrieb: > Die Eindringtiefe des elektrischen Feldes in den "Halbraum", d.h. die > Erde, ist etwa so groß wie der Mittenabstand der Elektroden zueinander - > in Deinem Fall also knapp 10mm - das sollte reichen. Danke! Jürgen W. schrieb: > Wenn Du das Ganze in Betrieb nimmst gib aber Acht, daß die (Lack-) > Isolation gut durchfeuchtet ist, bevor Du auf Meßwerte vertraust. OK, ja, das werden sowieso keine genauen Werte werden. Ich bin noch am Überlegen wie ich die Kapazität möglichst gut mit einem ESP messen könnte. Das ist ja ein uC, und der macht nebenbei ja auch noch andere Dinge. Es wäre also gut, wenn die Zeit die ich messen/stoppen will möglichst lange wäre. Dazu kann ich a) den Entladewiderstand sehr hoch wählen (im Internet http://esp8266-server.de/Bodenfeuchtesensor.html habe ich 1 k gelesen, das finde ich aber eher gering. Aber gut, das kann man ja durch Bestückung ausprobieren) oder b) eine möglichst große Kapazität bauen. Und das hängt eben auch am Layout. > Andernfalls wirst Du während der Sättigung des Lacks einen steten > Anstieg der Kapazität sehen. Wie ist das überhaupt mit dem Lack? Ich hätte die ganze Platine mit Lötstoplack überzogen. Sollte man das machen oder sollte man lieber eine unbedecke Oberfläche wählen? Z. B. Goldoberfläche und das dann zwischen den kurzen Messungen Spannungsfrei halten. Jürgen W. schrieb: > Alternativ oder ergänzend könntest Du auch eine echte Impedanzmessung > machen und den Realteil mitbewerten Wie würde man das mit einem ESP machen? Verschiedene PWM Frequenzen anlegen und gucken wie sehr die am ADC ankommen? Der ADC macht ein paar wenige kSample/s, ich weiß nicht ob das reicht. Was sind das denn grob für Kapazitätswerte, also eher pF oder nF? Wolfgang schrieb: > Dadurch, dass bei Option 1 die Sensorflächen für "oben" und "unten" so > dicht aneinander grenzen, überlappen sich die Felder sehr stark. Für > eine bessere Trennung würde ich den Abstand vergrößern. Im Boden hast du > sowieso keine scharfe Grenze. Ja, richtig. Vor allem ist ja die Massenfläche über die ganze Höhe. Aber wenn ich die Abstände vergrößere, dann wird die Kapazität auch kleiner und schlechter messbar. Mir geht es nur um grobe Werte, genau wird das mit einem uC und dessen Zeitauflösung sowieso nicht. (ein FPGA wäre fein, sollte ich mir das überlegen? So ein iCE40, aber dann kostet die Platinen deutlich mehr wegen den kleineren Strukturen.) Wolfgang schrieb: > Guck dir die Feldverläufe mal mit einem Modellierungsprogramm an. Welches würdest du mir da empfehlen?
Gustl B. schrieb: > Welches würdest du mir da empfehlen? Ich verwende ab und zu FEMM. Das ist auf 2D beschränkt, d.h. man kann sich irgendwelche Effekte angucken oder Symmetrien nutzen, aber bekommt keine volles 3D-Feld gerechnet. http://www.femm.info/wiki/HomePage
Moin, habt ihr noch Antworten auf die Fragen? Jetzt weiß ich zwar welche Geometrie ich wähle, aber ich weiß nicht: - soll ich beide Lagen mit vielen Vias verbinden? - ist es besser wenn die Platine dick oder dünn ist (dick könnte man besser in den Boden hämmern)? - soll ich Lötstoplack über die Kondensatorflächen ziehen oder diese blank lassen? Vielen Dank!
Gustl B. schrieb: > soll ich Lötstoplack über die Kondensatorflächen ziehen oder diese > blank lassen? Das blanke Cu wir dir recht schnell weggammeln, und Elektrolyse bekommst du auch. Ich habe allerdings auch keine Ahnung, wie lange der Lötstopp deine Leiterkarte schützt. Vielleicht wäre eine eigentlich vierlagige Platine, wo du jedoch nur die inneren Lagen benutzt, besser. Dann ist auch die Oberfläche, über die das FR4 Feuchtigkeit aufnehmen kann, größer.
Nachtrag: Dann würde ich den Kondensatorplatten noch ein feines Muster spendieren, für besseren Feuchtedurchlass. Anstatt ganzer Flächen vielleicht lieber viele Leiterbahnen mit geringem Abstand oder so...oder Netzmuster statt Vollfläche, irgendwowas.
Hm, ja interessant. Gut, 4 Lagen kosten schon deutlich, vor allem wenn es um mehrere viele Gartensensoren geht. Gegen Elektrolyse sollte es doch reichen den Kondensator spannungsfrei zu schalten wenn nicht gemessen wird. Beim Layout gibt es irgendwie viele verschiedene Designs zu kaufen, hier ein paar Bildchen: Irgendeine Schleife oder ein Oval in der Mitte: https://sc01.alicdn.com/kf/HTB1kWMBaTTI8KJjSsphq6AFppXaJ.jpg Hier zwei blanke Stifte: https://www.dhresource.com/0x0/f2/albu/g5/M00/32/A1/rBVaJFlPMgGAPWc1AAGYxCoWrVE374.jpg Zinken mit großen Vias: https://http2.mlstatic.com/higrometro-sensor-de-humedad-del-suelo-arduino-modulo-hl-69-D_NQ_NP_327911-MCO20674648754_042016-F.jpg Und hier zwei Flächen nebeneinander mit Lack drüber: https://allgeek.de/wp-content/uploads/2018/07/IMG_6282-768x503.jpg Scheint irgendwie alles zu funktionieren ...
Bei dem blanken Metall würde ich nicht davon ausgehen, daß die kapazitiv messen. Gustl B. schrieb: > Scheint irgendwie alles zu funktionieren ... Das sieht mir aus wie irgendwelche Arduinospielereien...bzw. Spielereien auf Arduinoniveau. Oder Polinbausätze. Wenn du Glück hast, dann hat mal jemand mit einem ernsthaften Feuchtemesser verglichen und interpoliert zwischen ein paar Werten hin und her. Ich bin mir recht sicher, warum da was wie funktioniert wissen die Entwickler selber nicht genau. Wer weiß wie die Meßtoleranzen nach einer Woche Einsatz aussehen...
Exakt das vermute ich leider auch. Und weil ich davon keine Ahnung habe frage ich dann lieger hier nach. Eine klare Empfehlung zum Nachbauen oder ein paar Richtlinien wären ja fein ... Jedenfalls werde ich Feedback geben wenn das funktioniert, das kann aber noch lange dauern.
Gustl B. schrieb: > Und weil ich davon keine Ahnung habe > frage ich dann lieger hier nach. Eine klare Empfehlung zum Nachbauen > oder ein paar Richtlinien wären ja fein ... Ich bin jetzt zu faul/beschäftigt erstmal nachzuschauen, aber vernünftige Erdfeuchtemesser dürften nicht so billig sein wie die Spielzeuge beim Ali. Und das nicht ohne Grund, wie du gerade selber feststellst. Das Funktionsprinuip sieht bestechend simpel aus, bis man feststellt wieviel einem da noch in die Suppe spuckt: Materialausdehnung durch Feuchtigkeitsaufnahme, Drift über die Zeit falls dieser Effekt irgendwann mal schwächer wird (sofern es diesen überhaupt gibt, ich orakel auch nur munter ins Blaue), Temperaturdrift, ... Aber die erste Frage die ich mir stellen würde, wäre: Wie genau willst/brauchst du es denn? Und wie lange? Und wo? Möglicherweise sind die schlechten Bastelspielereien gut genug. Die Frage nach dem Ziel sollte sowieso immer geklärt sein, bevor man sich einen Weg auswählt. Es sei denn, der Weg ist das Ziel. Ach ja...wie sieht es eigentlich mit den Ausdünstungen einer Leiterkarte aus? Will man sowas im Boden vergraben?
Gustl B. schrieb: > Irgendeine Schleife oder ein Oval in der Mitte: > https://sc01.alicdn.com/kf/HTB1kWMBaTTI8KJjSsphq6AFppXaJ.jpg > > Hier zwei blanke Stifte: > https://www.dhresource.com/0x0/f2/albu/g5/M00/32/A1/rBVaJFlPMgGAPWc1AAGYxCoWrVE374.jpg > > Zinken mit großen Vias: > https://http2.mlstatic.com/higrometro-sensor-de-humedad-del-suelo-arduino-modulo-hl-69-D_NQ_NP_327911-MCO20674648754_042016-F.jpg > > Und hier zwei Flächen nebeneinander mit Lack drüber: > https://allgeek.de/wp-content/uploads/2018/07/IMG_6282-768x503.jpg > > Scheint irgendwie alles zu funktionieren ... Die beiden mittleren Varianten mit blankem Metall sind erfahrungsgemäss völliger Schrott. Die gammeln quasi binnen Tagen weg. An denen würde ich mich nicht orientieren. Die Variante mit dem Oval in der Mitte finde ich zwar ganz interessant, aber ob das jetzt Vorteile bringt? Keine Ahnung. Ich denke, an Deiner Stelle würde ich mir da gar keine so grossen Gedanken machen und einfach die Standardvariante nehmen, mit zwei länglichen parallelen Streifen, so wie in der letzten Variante bzw. Option 1 aus Deinem Eröffnungsposting. Diese Standardvariante ist ausreichend erprobt und bewährt. p.s.: Grundsätzlich eine sehr interessante Idee, den Feuchtigkeitssensor in mehrere getrennte Zonen zu unterteilen, um die Feuchtigkeit in mehreren Tiefen messen zu können. Habe ich so bislang noch nie gesehen. Würde mich da wirklich über Feedback freuen, was Du damit für Erfahrungen machst. Auch, was die Art der Kapazitätsmessung mit der hier beschriebenen Methode betrifft: http://esp8266-server.de/Bodenfeuchtesensor.html Auf genau diese Webseite bin ich damals auch gestossen und fand die Idee recht interessant, weil man offenbar nur zwei Widerstände benötigt. Weil ich sonst aber niemanden gefunden habe, der das auch so macht, und man da zwei GPIO-Pins statt nur einem benötigt, habe ich mich letztlich dann doch für die leicht aufwändigere Art der Kapazitätsmessung entschieden, wie sie z.B. hier beschrieben wird: https://github.com/Zentris/erdfeuchtemessung/wiki/kapazitiv
Ein Low cost Sensor der halbwegs funktioniert ist der Xiaomi flower care, arbeitet mit Bluetooth. Zentris hat den zuletzt auch eingesetzt, der letzte Link hier ist auf eine ältere Seite. Im Raspberry Forum ist ein ellenlanger Thread über die ganze Historie, ich habe hier auch mal einen Sensor entworfen, Beitrag "YACMS - noch ein kapazitiver Feuchtigkeitssensor" Dank Corona gibts ja viel Zeit zum lesen. Die würde ich jetzt aber zum manuellen selber gießen nutzen. Oder lasse das meinen zweibeinigen Gießroboter machen :)
Wühlhase schrieb: > Ich bin jetzt zu faul/beschäftigt erstmal nachzuschauen, Kein Problem, ist ja mein Bastelprojekt. Leider kosten Platinen auch, also eine Testreihe will ich ungerne machen wobei das ja mal was wäre ... Wühlhase schrieb: > Aber die erste Frage die ich mir stellen würde, wäre: Wie genau > willst/brauchst du es denn? Und wie lange? Und wo? Möglicherweise sind > die schlechten Bastelspielereien gut genug. Naja, mich kostet eine Platine mit Minimalbestückung irgendwo zwischen 10 und 20 €, wahrscheinlich näher bei den 20 €. Das soll dann schon mehrere Jahre halten. Ich stecke das einmal neben einem Baum oder so in den Boden und da bleibt das dann. Die Messgenauigkeit ist mir fast egal, mir geht es nur daraum um Schwellen setzen zu können wann wo gegossen werden soll. Mit dem oberen Kondensator dann für den Rasen oder Oberflächenpflanzen, mit dem tieferen Kondensator für Sträucher und Bäume. Wühlhase schrieb: > Es sei denn, der Weg ist das Ziel. Auch. Ich habe noch nie etwas wirklich mit uCs gemacht. Klar, ich hatte mal einen microblaze im FPGA, aber der war mir dann zu langsam, da schreibe ich lieber mehr VHDL. Jetzt möchte ich das ganze mit MQTT und Visualisierung mit Grafana oder so lernen. Und ich möchte auch lernen etwas zu bauen was dann Witterung aushält und mit wenig Strom auskommt. Da wird ein 10440 Akku draufgelötet und es kommt ein kleines Solarpanel dran. Ich bin gespannt ob das im Winter ausreicht. Aber im Winter würde es mir ja auch genügen wenn der nur wenige Stunden am Tag genug Strom bekommt und Messwerte liefert, die Pflanzen sind da im Winterschlaf. Joachim S. schrieb: > Die beiden mittleren Varianten mit blankem Metall sind erfahrungsgemäss > völliger Schrott. Die gammeln quasi binnen Tagen weg. An denen würde ich > mich nicht orientieren. Das habe ich schon mehrmals gelesen und trotzdem scheint sich das zu verkaufen. Joachim S. schrieb: > Habe ich so bislang noch nie gesehen. > Würde mich da wirklich über Feedback freuen, was Du damit für > Erfahrungen machst. Exakt deshalb baue ich den auch selber. Ich dachte auch über eine Sollbruchstelle zwischen den beiden Zonen nach. Dann könnte man die Platine da einfach durchbrechen. Das Ergebnis wäre ein kurzer Sensor den man dann auch in kleine Blumentöpfe stecken kann. Feedback wird es geben. Joachim S. schrieb: > Auch, was die Art der Kapazitätsmessung mit der hier beschriebenen > Methode betrifft: > http://esp8266-server.de/Bodenfeuchtesensor.html Genau das will ich machen. Aber: Der ESP ist ein uC, ich weiß nicht wie genau man damit Zeiten messen kann. Im FPGA habe ich ein definiertes Timing, aber so ein uC macht nebenbei noch andere Dinge. Und ich finde einen Entladewiderstand von 1 kOhm eher klein. Wenn man bei der Zeitmessung einen großen Fehler hat, dann sollte die absolute Zeit möglichst lange sein damit der Fehler im Vergleich dazu kleiner wird. Ich werde da also auch 10 k und 100 k Ohm ausprobieren. Joachim S. schrieb: > und man > da zwei GPIO-Pins statt nur einem benötigt, Mit den zwei Zonen sogar 4 IOs. Joachim S. schrieb: > habe ich mich letztlich dann > doch für die leicht aufwändigere Art der Kapazitätsmessung entschieden, > wie sie z.B. hier beschrieben wird: > https://github.com/Zentris/erdfeuchtemessung/wiki/kapazitiv Ja, die habe ich auch gesehen, aber ... das sind viele Bauteile und die brauchen die ganze Zeit Strom. Nicht nur während der Messung. Weil mein Sensor nur eine kleine Solarzelle bekommt will ich so wenig Energie verschwenden wie möglich. Johannes S. schrieb: > Ein Low cost Sensor der halbwegs funktioniert ist der Xiaomi flower > care, arbeitet mit Bluetooth. Da ist mir die Reichweite zu gering. Das soll in den Garten und da habe ich > 20 m Funkstrecke und Bewuchs dazwischen. Johannes S. schrieb: > ich habe hier auch mal einen Sensor entworfen, > Beitrag "YACMS - noch ein kapazitiver Feuchtigkeitssensor" Interessant. Ich vermute aber, dass die ganzen Schwingkreislösungen dauerhaft Strom brauchen? Oder man baut das mit einem Transistor abschaltbar. Wobei ... wie wäre es denn mit dieser Schnellschussidee: Ein Parallelschwingkreis kann ja auch als schlambandiges Filter verwendet werden. Der ist dann rein passiv und braucht keinen Strom. Dann nehme ich zwei IOs. An einem gebe ich eine Frequenz aus, und mit dem anderen gucke ich ob da diese Frequenz ankommt. Weil die Durchlassfrequenz von der Feuchtigkeit abhängt kenne ich die also nicht und muss quasi einen Frequenzsweep machen. Dann sehe ich am Empfangspin ab welcher unteren Frequenz ein Signal empfangen wird und auch bei welcher oberen Frequenz dann nichts mehr empfangen wird. Dazwischen liegt dann also die Resonanzfrequenz. Ginge sowas? Edit: Ich bekomme gerade von einem E-Technik Kumpel die Empfehlung den Kondensator wie zwei ineinandergeschobene Kämme zu bauen. Ist das sinnvoll?
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Bei der Schwingkreislösung ist ja das Problem, dass man da entweder die Frequenz bestimmen oder Takte zählen muss mit dem ESP. Da weiß ich nicht wie das bei hohen Frequenzen ist. Aber man könnte ja auch einen externen Zählerbaustein wie den hier https://www.mouser.de/datasheet/2/916/74HC_HCT4040-1319793.pdf verwenden. Dann braucht man also zwei IOs, einmal für einen Transistor um dem Zähler und Gatter den Strom zu nehmen und einen IO um die Periodendauer vom LSB-1 zu messen. Übrigens: Diese Schaltung aus https://github.com/Zentris/erdfeuchtemessung/wiki/kapazitiv lässt sich nicht simulieren. Warum auch immer.
Das müßte auch mit einem IO gehen, wenn da ein ADC dranhängt. Mit einer FFT kriegst du die Frequenz auch raus. Spart einen IO, ist aber rechenintensiv.
Ja, aber für die FFT muss der ADC schnell genug abtasten. Und einen ADC mit nur einem IO findet man auch eher selten. Da verwende ich lieber einen externen Vorteiler und messe dann mit dem UC einen sehr langsamen Takt.
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So, wirklich Ahnung habe ich immer noch nicht, aber ich habe mir jetzt für das Kammlayout entschieden. Eigentlich wäre es doch gut wenn zwischen den Kondensatorpolen tatsächlich Freiraum wäre. Vielleicht sollte man da also Schlitze reinfräsen lassen? Ausserdem werde ich zum Messen tatsächlich einen externen Zähler als Vorteiler verwenden. Ich vermute damit kann man die tatsächliche Frequenz genauer bestimmen.
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Macht das überhaupt Sinn das in zwei Zonen aufzuteilen? Ich meine, die Verbindung zu der unteren Zone muss ja uch oben vorbei und geht also so die ganze Länge nach unten. Ja, die Fläche der Verbindung ist oben dann sehr viel kleiner, aber etwas Kapazität hat das auch.
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Ja und dann kann man in den RC Kreis noch eine Shunt Spannungsreferenz einbauen. Dann darf die Versorgungsspannung an dem NOT Gatter auch etwas wackeln.
Gustl B. schrieb: > Ja, die Fläche der > Verbindung ist oben dann sehr viel kleiner, aber etwas Kapazität hat das > auch. Eben, das Flächenverhältnis bestimmt das Übersprechen und das muss man in Relation zur erzielbaren Genauigkeit sehen. Im Prinzip spricht auch nichts dagegen, den Quereinfluss zu kalibrieren und bei der Auswertung zu berücksichtigen.
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Jap, kalibrieren ist vermutlich sehr wichtig bei sowas. Jetzt habe ich Slots drinnen. Das werde ich auch so fertigen lassen wenn es nicht zu teuer wird. Die Slots habe ich dort gesetzt, wo das Feld seine höchste Dichte hat. Und noch eine Frage: Wie ist das eigentlich wenn man jetzt bei der Platine ganz einfach die obere Lage für den einen und die untere Lage für den anderen Kondensatorpol verwenden würde? Dann hat man ja einen Plattenkondensator gebaut und die Feldlinien gehen durch die Platine. Das ändert sich auch nicht, wenn die Erde nass ist. Aber zusätzlich geht ja auch das Feld aussen herum durch die Erde von Platte zu Platte. Und das geht dann vollständig durch die Erde, Feuchtigkeit hätte also auf dieses Feld dort einen großen Einfluss. Macht das Sinn oder wird in diesem äußeren Feld fast keine Energie gespeichert?
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So, Layout ist fertig, Bestellung ist raus. Ich habe die Fräsungen jetzt noch etwas vergrößert, damit da wirklich Erde dazwischen reingeht. Insgesamt ist die Länge der Fräsung deutlich länger wie die Länge der Platine unter der Erde, ich erwarte also, dass das besser funktioniert wie wenn ich nur zwei Zinken in die Erde gesteckt hätte. Nachteil ist aber, dass durch die Fräsungen Wurzeln wachsen können. Die könnten die Platine zersprengen? oder es zumindest erschweren die dann wieder aus dem Boden zu ziehen.
Gustl B. schrieb: > Wie ist das eigentlich wenn man jetzt bei der Platine ganz einfach die > obere Lage für den einen und die untere Lage für den anderen > Kondensatorpol verwenden würde? Der Weg außen rum (durch die Erde) ist dann relativ lang und die Kapazität im Vergleich zu dem Plattenkondensator entsprechend gering. Dadurch hat die Erdfeuchte dann einen relativ geringen Einfluss auf die Gesamtkapazität.
Danke! Mal gucken wie meine Lösung dann funktioniert. Ziel war es das in möglichst schmal zu bekommen, daher auch nur eine Akku Zelle. Aber Li-Ion ist leider im Winter nicht gut. Da werde ich also noch eine Winteroption für Bleiakku oder so entwerfen müssen.
So, Sensor ist fertig. Die Platine hat zwar insgesamt ein paar Bugs, aber so ist das eben mit Rev. A Hardware. Ich will ja auch was dabei lernen. Jedenfalls, der Sensor funktioniert und ich bekomme brauchbare Werte. Jetzt habe ich aber ein Problem: Wie teste ich das möglichst optimal? Meine Ideen und Probleme dabei: Sensor in Behältnis stellen und das langsam mit Wasser auffüllen. - Das Behältnis muss gerade Wände haben, also die Querschnittsfläche in jeder Höhe gleich sein. - Die Wasserquelle muss konstant gleich viel Wasser liefern. (Meine Wasserhähne machen das leider nicht so wirklich) - Das Wasser soll an der Platine möglichst gleichmäßig emporsteigen. Auch das macht es nicht, denn Dank Oberflächenspannung sind das viele kleine "Sprünge" die ich auch in den Messwerten schön sehen kann. Die Beigabe von Seife hat erstmal zu Schaum geführt was noch schlechter war. Mit sehr wenig Seife/Waschpulver habe ich aber weiterhin deutlich sichtbare Oberflächenspannung. - Es sollte keine Luft eingeschlossen werden. Das ist bei den gefrästen Meandern ein echtes Problem. Ab und zu bleiben da Luftblasen hängen. Die Innenseite der Fräsung ist ja auch etwas rau. Tja ... Ideen wie ich das optimieren könnte? Was ich machen will ist den Sensor in einen hohen Topf mit Erde eingraben. Dann gießen und auf der Herdplatte trocknen und so, das sollte auch Kurven geben. Und dann würde ich gerne die Auflösung testen. Also kleine aber definierte Änderungen und sehen wie sich der Sensor verhält. Die Auflösung ist jedenfalls ziemlich hoch und das Rauschen der Messwerte eher gering. Ich vermute, dass ich damit vorbeikriechende Regenwürmer zählen könnte. Vielleicht mache ich das mal als lustiges Video^^. Jedenfalls sind Testideen immer willkommen. Mir ist zwar klar, dass ich keine absoluten Zahlen brauche, aber ich würde meinen Sensor gerne gegen andere Sensoren vergleichen. Zu den Daten: Ich bekomme Periodendauern von 28 ms in Luft bis zu ca. 2 s in Wasser. Wenn ich mit dem ESP eine Periodendauer messe, dann geht das mit micros() also deutlich unter 1 ms genau. Vermutlich auch auf kleiner 100 us genau.
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Hallo Gustl - schön, wieder etwas von Deinem Projekt zu hören! Gustl B. schrieb: >> Die beiden mittleren Varianten mit blankem Metall sind erfahrungsgemäss >> völliger Schrott. Die gammeln quasi binnen Tagen weg. An denen würde ich >> mich nicht orientieren. > > Das habe ich schon mehrmals gelesen und trotzdem scheint sich das zu > verkaufen. Ja - an Leute wie mich, die es erst glauben wollen, wenn sie es selbst ausprobiert haben. ;-) Gustl B. schrieb: > Wie teste ich das möglichst optimal? > > Meine Ideen und Probleme dabei: > [...] > - Das Wasser soll an der Platine möglichst gleichmäßig emporsteigen. > Auch das macht es nicht, denn Dank Oberflächenspannung sind das viele > kleine "Sprünge" die ich auch in den Messwerten schön sehen kann. > Die Beigabe von Seife hat erstmal zu Schaum geführt was noch schlechter > war. Mit sehr wenig Seife/Waschpulver habe ich aber weiterhin deutlich > sichtbare Oberflächenspannung. Dürften diese Sprünge bei dieser Versuchsanordnung nicht auch zum Teil durch die gewählte Kamm-Struktur kommen? Bei meinem Sensor, bei dem ich ganz simpel zwei parallele Flächen gewählt habe (quasi Option 1 aus Deinem Eröffnungsposting) kann ich mich jedenfalls nicht an solche Sprünge erinnern; wenn ich den Sensor bspw. langsam in's Wasser getaucht habe, der Wert stieg meiner Erinnerung nach völlig linear an. > - Es sollte keine Luft eingeschlossen werden. Das ist bei den gefrästen > Meandern ein echtes Problem. Ab und zu bleiben da Luftblasen hängen. Die > Innenseite der Fräsung ist ja auch etwas rau. Ich bin eh skeptisch, ob das mit dem Fräsungen unter'm Strich eine gute Idee ist. Die ja schon von Dir geäusserte Befürchtung, dass da Wurzeln durchwachsen und man die Sensoren dann nicht mehr entfernen kann (zumindest ohne Beschädigung) erscheint mir sehr real. Ausserdem wird der lange dünne Sensor dadurch ja nochmal deutlich zerbrechlicher... Noch ein Tipp für deine Tests: Der Sensor sollte erst einmal "eingeschwemmt" werden (wie das ein anderer Forist mal bezeichnet hat), sonst wundert man sich evtl. über komische Messergebnisse. Beim Test meines kapazitiven Bodenfeuchtesensors war mir das jedenfalls nicht bewusst und ich habe mich echt gewundert: Da bekam ich an Luft sagen wir mal einen Wert von 2µs, und als ich ihn dann in ein Glas mit Wasser gesteckt habe, stieg der Wert sofort auf sagen 35µs oder so an. Soweit völlig okay, das komische war nur: ich liess den Sensor eine Weile im Wasserglas stehen, und bemerkte, dass der Wert langsam aber stetig weiter anstieg; erst nach etlichen Stunden, als der Wert mittlerweile auf 60µs oder so angestiegen war, stieg er nicht mehr weiter.
zwischen dem Test im Wasser und der Praxis in der Erde hatte ich bei der kapazitiven Messungen deutliche Unterschiede gesehen. Im Wasser habe ich einen nahezu linearen Füllstandsensor, aber in der Erde blieben die Feuchtigkeitswerte hoch obwohl die Erde schon knochentrocken war. Und diese Erfahrung hatten ja auch schon andere gemacht. Und das ist keine Feuchtigkeit in der Isolierung, nach Trockenwischen des Sensors gingen die Werte runter. Versiegelung mit PU ist auch wichtig, einfache Lacke halten nicht lange. Das einfache Modell von Kondensatorplatten mit unterschiedlichem Dielektrikum bildet die Realität nicht richtig ab. Ich bin ja gespannt ob du zu anderen Ergebnissen kommst, aber auch eine Variante mit ESP und verschiedenen Sensorgeometrien ist nicht neu, siehe die vielen Versuche von Zentris im RPi Forum. Und LiIon Akku im Winter: dürfte auch wenig praxisrelevant sein, was wächst im Winter draussen das noch regelmässig gegossen werden möchte? Da friert nicht nur der Akku, da friert dir auch das Wasser ein.
Es ist aber schon klar, dass Epoxy hygroskopisch ist und viel Wasser selbst aufnehmen kann. Deswegen sollte das Feld auch nicht durch den Epoxy durch gehen, sondern aussen rum bleiben.
Joachim S. schrieb: > Dürften diese Sprünge bei dieser Versuchsanordnung nicht auch zum Teil > durch die gewählte Kamm-Struktur kommen? Ja, möglich, aber der Sensor lag schräg im Wasser. Joachim S. schrieb: > Die ja schon von Dir geäusserte Befürchtung, dass da Wurzeln > durchwachsen und man die Sensoren dann nicht mehr entfernen kann > (zumindest ohne Beschädigung) erscheint mir sehr real. Ausserdem wird > der lange dünne Sensor dadurch ja nochmal deutlich zerbrechlicher... Jap, stimmt, aber das ist eben so. Joachim S. schrieb: > ich liess den Sensor eine > Weile im Wasserglas stehen, und bemerkte, dass der Wert langsam aber > stetig weiter anstieg; Ja, das habe ich über Nacht gemacht. Der War im Wasser und ist es noch und ich nehme Werte auf. Und die bleiben nicht stehen sondern werden auch noch größer. Eigentlich wolte ich ein Histogramm machen, aber dazu muss ich den wohl länger im Wasser lassen und gegen Temperaturschwankungen und Vibrationen schützen. Wenn die Katze hier über den Schreibisch läuft auf dem die Wasserflasche steht oder ich hier an der Tastatur tippe, dann sieht man das deutlich in den Messwerten. Johannes S. schrieb: > zwischen dem Test im Wasser und der Praxis in der Erde hatte ich bei der > kapazitiven Messungen deutliche Unterschiede gesehen. Im Wasser habe ich > einen nahezu linearen Füllstandsensor, aber in der Erde blieben die > Feuchtigkeitswerte hoch obwohl die Erde schon knochentrocken war. Und > diese Erfahrung hatten ja auch schon andere gemacht. Und das ist keine > Feuchtigkeit in der Isolierung, nach Trockenwischen des Sensors gingen > die Werte runter. OK, aber im Boden geht trockenwischen nicht. Daher habe ich meinen Sensor so gebaut um auch kleine Kapazitätsänderungen gut messen zu können. Johannes S. schrieb: > Versiegelung mit PU ist auch wichtig, einfache Lacke > halten nicht lange. Mit was könnte man das denn schön versiegeln? Ich dachte an Heißkleber oder eben flüssiges Plastik. Wenn ich hier eine Plastikflasche erhitze und schmelze kann ich darin den Sensor tunken und würde einen dünnen Plastiküberzug bekommen. Johannes S. schrieb: > Das einfache Modell von Kondensatorplatten mit unterschiedlichem > Dielektrikum bildet die Realität nicht richtig ab. Ja gut, aber was ist dann besser? Johannes S. schrieb: > Und LiIon Akku im Winter: dürfte auch wenig praxisrelevant sein, Klar, ist ja auch nur Spielerei. Aber auch im Winter wären die Helligkeitsverläufe und Temperaturverläufe an verschiedenen Standorten und in verschiedenen Bodentiefen interessant. Joggel E. schrieb: > Deswegen sollte das Feld auch nicht durch den > Epoxy durch gehen, sondern aussen rum bleiben. Und wie kann man das verhindern? Ich habe ja Luft dazwischen und kein Epoxy.
Hallo Gustl, super, jemand, der sich mit systematischem Testen beschäftigt! Das hat gefühlt Seltenheitswert hier. Lektüre zum Hintergrund: https://www.dwd.de/DE/fachnutzer/landwirtschaft/dokumentationen/allgemein/bf_erlaeuterungen.pdf?__blob=publicationFile&v=7 Allerdings habe ich nicht gefunden, wie man von FK zu nFK kommt, das ist vermutlich pflanzenabhängig. Vorschlag zum Aufbau: * Erde, wie sie auch in deinem Garten/Beet/Topf vorkommt sammeln * Kleinkrümeln und im Backofen o.ä. so lange trocknen, bis sie komplett trocken ist (entspricht FK=0%) * Getrocknete Menge auswiegen * Optional: in einen Topf geben, festdrücken und Nullwert deines Sensors messen. Ggf. musst du auch ein bisschen adaptieren, trockene Erde ist schlecht festzudrücken. * In ein Sieb geben, mit Wasser tränken, abtropfen lassen. Ergebnis entspricht FK=100% * Gesättigte Menge auswiegen Jetzt hast du einen Versuchsträger, bei dem du bequem per Waage die relative Erdfeuchte (Feldkapazität - nicht im elektrischen Sinn) messen kannst. Damit kannst du für diesen Erdtyp deinen Sensor kalibrieren. In Anbetracht der notwendigen Gerätschaften solltest du vielleicht den nächsten Mädelsabend abwarten, Erde in der Küche kann für Verstimmungen sorgen ;)
Ich möchte mal noch eine andere Variante ins Spiel werfen: Nimm einen Luftfeuchte-Sensor in einem nicht glasierten Ton-Röhrchen (als "Diaphragma"). In dem Tonröhrchen stellt sich die gleiche Feuchte ein, wie im umgebenden Erdreich. Man kann auch in einem "Pfahl" (aus dem 3D-Drucker oder aus Alu gefräst), ein oder zwei "Fenster" aus Ton oder ähnlichem Material einsetzen, die eine kleine Kammer mit dem Sensor verschließen. Und du hast keine Korrosions-Probleme.
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Max G. schrieb: > super, jemand, der sich mit systematischem Testen beschäftigt! Das hat > gefühlt Seltenheitswert hier. Ähm äh ... ja, mal gucken wie ernst ich das nehme. Max G. schrieb: > Vorschlag zum Aufbau: Danke! Ist eben schwierig. Ich habe ja viele Fräsungen im Sensor, die sollen natürlich auch mit Erde gefüllt sein. Frank E. schrieb: > Ich möchte mal noch eine andere Variante ins Spiel werfen: Danke! Ja, das klingt in der Tat gut. Verlässt die Feuchtigkeit den kleinen Raum hinter ddem Ton auch wieder? So, ich habe jetzt mal den Sensor eingegossen. Und zwar in Heißkleber. Klingt zwar sehr unsinnig, geht aber wunderbar. Heißkleber grob mit der Pistole auftragen und dann mit dem Heißluftfön heiß und flüssig machen und abtropfen lassen dass nur ein dünner Film auf der gesamten Oberfläche übrig bleibt. Aber all diese Oberflächenbehandlungen haben leider auch einen Nachteil: Die Feuchtigkeit kommt nicht mehr so nah an den Sensor. Ohne Heißkleber hatte ich unter Wasser eine maximale Periodendauer von ca. 2 Sekunden. Jetzt mit Heißkleber sind es etwas über 200 ms. Dafür kann ich jetzt sehen, dass der Wert relativ stabil bleibt und nicht wandert. Ich habe also mal > 40k Werte aufgenommen am Stück in grob 2,5 Stunden und daraus ein Histogramm gebaut. Die Werte haben zwar eine Auflösung von 1 us, aber das ist natürlich sehr verrauscht, daher habe ich hier immer 100 us Bins gebaut. Damit bin ich eigentlich recht zufrieden. Das rauscht also um 3 ms bei 215 ms insgesamt, das sind 1,4%. Edit: Ja, die Werte sind wirklich so, das Histogramm ist nicht rechts abgeschnitten. Das wandert auch nicht, sondern die ersten 10 Minuten der Messung und die letzten 10 Minuten erzeugen auch so ein Histogramm nur mit weniger Werten.
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So, nochmal neue Messung gestartet weil ich gesehen habe, dass das doch leicht driftet. Aber eben nur minimal. Zwei Bildchen: Eines zeigt die gesamte Messdauert von jetzt knapp einem Tag. Das driftet nach rechts. Und dann noch ein Bild das die letzten 10k Messwerte zeigt, das sind grob 0,22s*10k = 36 Minuten. Und in der Zeit rauscht das um ca. 600 us bei 220 ms. Das sind also 0.27%. Ich lasse das jetzt noch ein paar Tage im Wasser und hoffe, dass sich der Wert stabilisiert, aber das ist nicht so irre schlimm.
So, die Idee mit dem Li-Ion und Solar habe ich verworfen. So Solarpanele kosten auch was und am Ende ist das mit der Batterie deutlich einfacher. Jetzt ist aber die Frage ob Aufwärts- oder Abwärtsregler. Ich tendiere zu einem 9 V Block, der passt mit der schmalen Seite auch schön auf die 16 mm breite Platine. Der speichert viel Energie, gibt es in günstig und teuer. Da würde ich einen Buck Regler verwenden um von den 9 V auf 3,6 V zu kommen und von dort dann mit dem LDO auf 3,3 V. Warum dann 3,6 V? Weil ist eine WS2812B mit auf der Platine habe. Da sind 3,3 V etwas wenig. Aber ich weiß noch nicht so recht ob Batterie -> Buck -> 3,6 V -> LDO -> 3,3 V oder Batterie -> Buck -> 3,6 V -> Buck 3,3 V sinnvoller ist. Habt ihr Empfehlungen?
Immer noch RFM69 mit 868 MHz und dein Lieblings μC. Mit zwei normalen LED rot und grün. Da hält ne dicke Knopfzelle ewig.
Das ist zwar eine Lösung, aber ich hätte schon gerne normales WLAN. So ein ESP ist eben irre einfach zu konfigurieren.
Gustl B. schrieb: > Frank E. schrieb: >> Ich möchte mal noch eine andere Variante ins Spiel werfen: > > Danke! Ja, das klingt in der Tat gut. Verlässt die Feuchtigkeit den > kleinen Raum hinter ddem Ton auch wieder? Ja, tut sie. Es stellt sich immer ein Gleichgewicht mit dem umgebenden Erdreich ein.
Der Giesomat wurde auch nicht über Nacht entwickelt. https://tutorials-raspberrypi.de/raspberry-pi-giessomat-kapazitiver-erdfeuchtigkeitssensor/
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