Bewässerung über Bodensensoren mit Shelly UNI, Analogwerte und Steuerung Solarpumpe in Regentonnen

  • Ich habe ein Projekt zur automatischen Bewässerung unserer Tomatenpflanzen aus Regentonnen begonnen.

    Bisher habe ich eine kl. Pumpe in zwei Regentonnen mit Zeitschaltung genutzt.

    Der Schwimmerschalter war nach 2 Jahren hin, der verhindert einen Trockenlauf der Pumpe.

    Die reine Zeitsteuerung hat mich immer schon gestört.

    Je nach Wetterlage und Temperatur war die Zeit zu lange oder zu kurz.

    Jetzt hatte ich mir folgendes überlegt:

    Füllstand der Regentonnen wird gemessen und bei min. Stand, Pumpe ausschalten.

    Die Bodenfeuchte wird "geméssen" und danach die Pumpe eingeschaltet.

    Pumpe bleibt an Solar angeschlossen, funktioniert noch gut.

    Die der alten Steuerung ist fürs Wlan etwas weit weg und ich müsste die 12V DC für den Shelly dahin verlegen.

    Ist dem Gehäuse ist zwar etwas Platz, aber ich baue die meiste Elektronik in ein kl. Gehäuse in der Nähe.

    Wie misst man einigermaßen die Bodenfeuchte?

    Ich habe da mehreres getestet.

    Die einfachen Sensoren mit "Platine in die Erde" stecken, das wird nichts für länger.

    Habe mal einen "U"-Sensor kurz getestet, durch die Schaltung mit 100Ohm an + in Boden und dann über Transistor, fließen da auch mal 30mA durch die Schaltung :huh: (Stromsenke)

    An den Platinenstreifen liegt Gleichspannung an und es fließt natürlich Strom durch die Erde.

    Die einfachen Sensoren werden sich auch schnell durch Elektrolyse auflösen (Bewertungen gelesen)

    Die Metallverbindungen sind dann im Boden (u. U. auch Kupferverbindungen!)

    Kapazitive Messung ist da viel einfacher und wird sehr häufig verwendet, auch in Pumpensümpfen und in der Industrie.

    Die nutzen einen Oszillator und die Frequenz ändert sich durch den Bodenfeuchte, Wasser.

    Diese sind auch nicht elektrisch mit dem Boden verbunden.

    Die Frequenz wird einfach in eine Spannung gewandelt, was leider nicht sehr genau ist.

    Der Spannungsunterschied trocken/nass beträgt ca. 2 Volt.

    Wie bekommt man den Schelly zum Schalten?

    Über eine Komparatorschaltung.

    Der vergleicht ein einstellbare Spannung mit dem Eingang, und schaltet entsprechend.

    Darüber kann man den Input vom Schelly steuern.

    Die Solarpumpe kann man einfach über ein kl. Relais schalten.

    Ich habe die mögliche und getestete Schaltung mal zusammengefasst.

    Da gibt es Dinge zu beachten:

    Den kapazitiven Sensor gibt es in 2 Hardwareversionen.

    Mit Spannungsregler 3V für Arduinos, Raspi und ohne, dann bis 12V DC.

    Das LDR-Fertigmodul ist auch für 5V DC ausgelegt, funktioniert auch bis 12V.

    Das war jetzt Teil 1.

    Da mich der Einstellbreich von der Komparatorschaltung gestört hat, ebenso schaltet der immer nur nach GND.

    Das liegt am Komparator LM393 und da ist keine Hysterese vorgesehen... der schwingt am Grenzwert.

    Die ganze Sache habe hardwaremäßig optimiert neu aufgebaut, über mehrere Sensoren, inkl. Analogwert der Bodenfeuchte und Wasserstand in der Regentonne.

    Teil 2 folgt die Tage... ;)

  • Teil 2:

    Die einfache Schaltung mit dem LM393 Modul hat mehrere Nachteile.

    Der Ausgang schaltet auch nur nach GND und ich wollte dies umgekehrt haben.

    Ich habe die Schaltung anders aufgebaut und optimiert.

    Die Schaltung ist aufwendiger geworden, ich wollte aber vernüftige einstellbare Schaltpunkte und Spannungswerte erhalten.

    Dazu habe ich einen Opamp anstelle Komparator genutzt.

    Meine Schaltung gibt einen positiven Schaltpegel aus und kann über eine Diode im Ausgangssignal auch parallel geschaltet werden.

    So können auch 2 oder mehr Sensoren einen Input vom Schelly schalten.

    Die analoge Ausgangsspannung vom kap. Sensor darf elektrisch nicht sehr belastet werden und ich habe diese über einen Opamp gepuffert.

    Der kap. Sensor ist für 5V DC ausgelegt und funktioniert auch an 12V DC, der Strombedarf steigt dadurch auf ca. 30 mA an, was mich störte.

    Die Spannungsversorgung der Schaltung mit dem Opamp kann 5 bis 24V DC betragen.

    An 24V müssten einzelne Widerstandswerte angepasst werden.

    Die Schaltung Version 1 ist für 12V ohne Verstärkung.

    Die Schaltung Version 2 ist für 12V, Sensor an 5V DC und verstärkt die Analogspannung um den Faktor 2.

    So verdoppelt sich auch die Spannungsdifferenz nass - trocken (4V bis 8V)

    Ich habe die Schaltung mit liegenden Trimmpotis aufgebaut um diese im Gehäuse von außen einstellen kann, die Status-Leds sind steckbar.

    Für die 5V DC habe ich einen kl. einstellbaren DC Wandler genutzt.

    Ein Verpolungsschutz ist auch enthalten.

    Als Opamp können einfache mit "rail-to-rail" genutzt werden.

    Getestet habe ich LM358, TLC272, TS272. 4-fach Typ LM324 usw. geht auch.

    Da ich mind. 2 Sensoren nutzen möchte und die Standmessung noch hinzu kommt, habe ich die Verbindungen zum UNI im Bild 3 vereinfacht gezeichnet.

    Bild 4 ist meine Platine.

    Teil 3 mit der Standmessung und kl. Relais für die Solarpumpe mit Umbau folgt ;)

  • schön brav die IC mit Sockel, das Lob ich mir ;)

  • Toll was du so baust ... :thumbup:

    Leider übersteigt das meine Elektronikfähigkeiten 8|

    Werde also bei meinen D1-Mini bleiben ... leider :/

  • Ist doch nicht schwer ;)

    Wenn Bedarf bestünde, könnte ich die Schaltung für USER bauen.

    Auf Lochraster ist das zeitaufwändig....

    Ich könnte ja ein Platinenlayout zum Platinenätzen zeichnen, dann geht es schneller.

    Habe ich früher massig gemacht ;)

    Ich komme ja aus der Chemie..da habe ich dir früher auf der Arbeit gezeichnet und im Labor geätzt

    Wasserstoffperoxid und verd. Salzsäure oder Eisen 3-chlorid kann man kaufen.

    Es gibt ja auch einen Platinenservice, das lohnt aber nur bei gr. Stückzahlen.

    Nachtrag zu meiner Platine, da sind 4 Jumper drauf.

    Damit kann ich den Pegel am Poti den Verstärkungsfaktor einfach ändern.

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