בית החינוך המשותף חוף השרון | ההנדסייה - סדנה מייקרית בבית הספר
חיישן לחות קרקע
עורך: עילי הלר
שם הרכיב: חיישן לחות קרקע
.מטרת הרכיב: למדוד את לחות הקרקע, כלומר למדוד האם הקרקע יבשה, רטובה ומה שביניהם.
אופן פעולת הרכיב (פשוט):
הרכיב הוא נגד משתנה. נגד משתנה הוא רכיב חשמלי שתפקידו להתנגד למעבר זרם חשמלי דרכו. ערך ההתנגדות שלו נמדד באוהם כמו בנגד קבוע, אך ייחודו של הנגד המשתנה היא בכך שהתנגדותו אינה קבועה. חיישן לחות הקרקע הוא נגד משתנה שהתנגדותו משתנה בהתאם לשינוי בלחות היחסית סביבו. החיישן מחזיר ערכים אנלוגים. חיישן לחות קרקע מורכב משני רכיבים מרכזיים הראשון הוא חלק הבדיקה, חלק הבדיקה בנוי משני מוליכים (אלקטרודות) שנראים כמו שיניים שננעצות באדמה, האלקטרודות משנות את ההתנגדות בהתאם ללחות באדמה ומעבירות את ההתנגדות לרכיב השני ששמו הוא המודול, המודול מוציא מתח בהתאם להתנגדות ובכך הוא מאפשר לארדואינו להציג לנו נתונים שנוכל לקרוא.
.png)
אופן פעולת הרכיב – הסבר פנימי:
אופן העבודה של חיישן לחות הקרקע די פשוטה. החלק הבודק בצורת מזלג עם שני מוליכים חשופים (מין אלקטרודות), החיישן פועל כנגד משתנה (כמו פוטנציומטר) שההתנגדות שלו משתנה בהתאם לכמות המים בקרקע. התנגדות החיישן היא ביחס הפוך ללחות הקרקע: ככל שיותר מים בקרקע פירושם מוליכות טובה יותר (כי מים הם מוליך מעולה) ויובילו להתנגדות נמוכה יותר. פחות מים בקרקע פירושם מוליכות ירודה ויובילו להתנגדות גבוהה יותר.
.png)
בגרף הבא ניתן לראות איך ההתנגדות של החיישן לחות קרקע יורדת ככל שיש יותר מים בקרקע.
התמונות ממחישות את פעולת החיישן: שיש מים ההתנגדות של החיישן יורדת וההפך.
.png)
.png)
רגע אבל אם המתח נשאר קבוע אז איך אנחנו יכולים לקרוא נתונים מהארדואינו שמראה לנו ערכים בתווך 0-1023 שהמשמעות שלהם היא מתח כאשר 5V זה 1023 ו0V זה 0. לשם כך יש לנו את המודול, כאשר משתמשים בארדואינו הוא מספק 5 וולט, החיישן לחות קרקע מקבל את כל המתח והערך שהוא יתן יהיה אותו ערך של 1023 (ערך אנלוגי ל-5 וולט) גם אם ההתנגדות שלו תשתנה בהתאם לכמות המים בקרקע, כל המתח עדיין נופל עליו כי הוא הצרכן היחיד. כאשר מוסיפים למעגל את המודול מתבצעת חלוקה על הצריכה, בהתאם ליחס בין ההתנגדות שלהם. משום שההתנגדות של החיישן משתנה לפי כמות המים בקרקע - היחס בין ההתנגדות שלו לזו של המודול שההתנגדות שלו קבועה תשתנה ויפול עליו מתח שונה בהתאם למידת ההתנגדות של החיישן (יותר התנגדות = יותר מתח). כעת, הארדואינו יוכל למדוד את השינוי במתח על פני הרכיב ונוכל לקבל מדידה של השינוי בכמות המים בקרקע (לחות האדמה).
כאשר האלקטרודת נמצאות באוויר נראה במסך הסיראלי 1023 וכאשר הם נמצאים במים (בלי אדמה) נראה במסך הסיראלי בין 200 ל250.
Pinout:
1. פין אנלוגי (A0-A5)- פין הנותן אות אנלוגי בין 0-5 וולט ויחובר לאחת הכניסות האנלוגיות בארדואינו.
2. פין דיגיטלי (D0)- פין שנותן אות דיגיטלי בין 0 ל-1 וניתן לחבר אותו לכניסות הדיגטליות בארדואינו, התפקיד של הכניסה הדיגיטלית היא לאנשים שרוצים להשתמש בחיישן כמתג, כלומר האדמה רטובה או לא. בעזרת הפוטנציומטר שעל המודול ניתן לקבוע מה הטווח שבו הארדואינו יציג 1 ומה התווך שבו הוא יציג 0.
3. GND - פין האדמה (-) מתחבר לGND בארדואינו.
4. VCC - פין המתח (+) מתחבר ל5V בארדואינו.
.png)
דיאגרמת חיווט
.png)
אין חשיבות לאופן שבו חלק הבדיקה מתחבר למודול, כלומר אין חשיבות ל+ ו - וניתן לחבר את החוטים אליו בכל כיוון.
הVCC מתחבר לפין ה5V בארדואינו.
הGND מתחבר לGND.
הA0 יכול להתחבר לכל אחד מהפינים האנלוגיים (A0-A5) של הארדואינו והוא יקרא את ערכי המתח בין 0V-5V.
קוד + הסבר:
void setup() {
// הגדרת המסך הסיריאלי, כדי שנוכל להקרין את הערכים של החיישן למסך
Serial.begin(9600);
// הגדרה של פין A0 כפין קלט
pinMode(A0, INPUT);
}
// התחלת הלולאה האינסופית, בדיקת החיישן תחזור על עצמה שוב ושוב עד אינסוף
void loop() {
// הגדרת משתנה בשם "sesnsorValue", ביצוע קריאה אנלוגית של פין A0 והשמה של הערכים החוזרים מהקריאה האנלוגית לתוך המשתנה שנוצר. המשתנה ישמור בזיכרון את הערך שנקרא.
int sensorValue = analogRead(A0);
//הצגת ערך המשנה - תציג את את הערך האנלוגי שנקרא מפין A0.
Serial.println(sensorValue);
// הזמן בין קריאה לקריאה מהחיישן ב-millisecond.
delay(1);
}
.png)
חלופות לרכיב
החיישן הקיבולי מורכב משלוש חלקים. לוח חיובי, לוח שלילי והמרווח שבין הלוחות שנקרא חומר דיאלקטרי, חומר דיאלקטרי הוא סוג של מבודד העל קוטביות גבוהה. רוב הקבלים מכילים לפחות שני מוליכים חשמליים לעיתים קרובים בצורה של לוחות מתכתיים או משטחים המופרדים על ידי חומר דיאלקטרי.
חיישן לחות קרקע קיבולי-
.png)
תחילה מהו חיישן לחות קרקע קיבולי?
חיישן לחות קרקע קיבולי עובד על ידי מדידת שינויים בקיבול הנגרמים על ידי שינויים בחומר הדיאלקטרי. השינויים קורים על ידי השינוי בכמות המים בקרקע ובכמות וסוג הדשן.
הGND מתחבר לGND.
הVCC מתחבר ל5V.
הAUOT מחבר לאחד הפינים האנלוגיים (A0-A5).
חיבור חיישן לחות קרקע קיבולי-
קוד לחיישן לחות קרקע קיבולי-
החיישן עובד עם קריאה אנלוגית, ניתן להשתמש בקוד שכתבתי למעלה.
הערות לחיישן לחות קרקע קיבולי-
-
לחיישן לוקח זמן לשנות את הערך שהוא מציג.
-
הערכית שהוא מציג הם לא בין 0-1023 אלא בין 300-650.
-
החיישן יציג את בערך ערך של 350 שהוא במים וערך של 650 שהוא באוויר.
השוואה בין חיישן לחות קרקע שעובד על התנגדות לבין קיבול-
.png)
שגיאות שכדאי להימנע מהן וטיפים מועילים:
-
שימו לב שאתם מחברים את החיישן ליציאה האנלוגית של החיישן ולא הדיגיטלית כדי שהחיין יקרא נתונים אנלוגיים.
-
לשים לב שהחיישן נעוץ עד הסוף באדמה בכדי שהקריאה תהיה נכונה.
-
החיישן הוא נקודתי ולכן יש לבדוק שההשקייה תתבצע באזור רחב יותר מאזור החיישן כדי לוודא שההשקייה מקסימלית.
-
לשים לב לכך שאם החיישן נמצא באדמה רטובה הוא עדיין לא יציג 0, הוא יציג בין 200 ל250.
ביבליוגרפיה:
