altRobots
/robotigs/icons/actuator.pngActuatoren
/robotigs/icons/printboards.pngAlgemeen
/robotigs/icons/chassis.pngChassis
/robotigs/icons/arduino_logo.pngµControllers
/robotigs/icons/florigs.pngFlorigs
/robotigs/icons/interfacing.gifInterfacing
/robotigs/icons/microphone_icon.pngMuziek
/robotigs/icons/musicKey_icon.pngMuzikanten
/robotigs/icons/shield.pngSchildjes
/robotigs/icons/sensors.gifSensors
/robotigs/icons/languages.pngTalen
/robotigs/icons/battery.pngVoedingen
altContact
Grondvochtigheid 2018/robotigs/icons/login_key.png    alt  
https://www.youtube.com/watch?v=udmJyncDvw0&t=11s

/robotigs/documentatie/plaatjes/vochtigheidssensors20180727.pngIn 2016 ben ik begonnen met dit onderwerp maar ook anno 2020 heb ik nog steeds geen definitieve antwoorden.
  • Grondvochtigheid Sensors 2019 Resultaat
  • De testen zijn gebaseerd op de elektronica van de Flora kas robot die tijdelijke aan zijn eigenlijke functie is onttrokken. En de winnaars zijn:
    1. Grondvochtigheid Capaciteit
    2. /robotigs/icons/grondvochtigheidcapaciteit-icon.png De Grondvochtigheid Capaciteit sensor is een goed concept, zeker voor € 2,73 en 1 ADC poort. Capaciteitsmetingen van de grondvochtigheid horen betrouwbaarder te zijn dan de weerstandsmetingen. Bovendien hebben deze sensors geen last van oxidate. In de praktijk blijkt het allemaal net niet helemaal ideaal.

    3. Grondvochtigheid Jan
    4. /robotigs/icons/JanSensor-icon.png De Grondvochtigheid Jan sondes zijn met glans tweede geworden. Ze oxideren namelijk niet. Ze zijn echter enkel geschikt voor laagfrequente metingen.


    5. Grondvochtigheid Banggood
    6. alt De Grondvochtigheid Banggood sondes werken maar zijn niet de eerste keus. Ze kunnen oxideren en zijn enkel geschikt voor laagfrequente metingen.

    7. Grondvochtigheid Chirp
    8. alt De Grondvochtigheid Chirp sensors werken goed maar zijn niet de eerste keus. Capaciteitsmetingen van de grondvochtigheid horen betrouwbaarder te zijn dan de weerstandsmetingen. Toch staat deze sensor pas op de 4e plaats omdat er een ontwerpfoutje inzit.

    9. Grondvochtigheid SHT-10
    10. alt De Grondvochtigheid SHT-10 sensors zijn niet meegenomen in de test omdat ze te duur zijn en waarschijnlijk uitsluitend voor luchtvochtigheid bedoeld zijn.

    11. Grondvochtigheid Diversen
    12. alt De Grondvochtigheid Diversen sensors zijn niet meegenomen in de test omdat ze niet geschikt zijn voor het gebruik in een robot.

    Dit alles tezamen genomen betekent dat er eigenlijk geen duidelijk winnaar is op dit moment. In theorie zou de Grondvochtigheid Capac sensor ideaal moeten zijn, maar de resultaten vallen tegen in de praktijk. Maar ook met de Grondvochtigheid Jan sondes heb ik nog geen perfecte resultaten kunnen bereiken. Deze beide sensoren zijn echter ieder wel de beste in zijn groep (hoog,- en laagfrequent) en daarom zal met deze beide types sensoren verdere proeven worden ondernomen.

  • Conclusies
  • /robotigs/documentatie/plaatjes/grondvochtigheidcapaciteit.png
    • Capaciteit vs Weerstand
    • Een oplossing om grondvochtigheid te meten, gebaseerd op capaciteit is beter dan een oplossing gebaseerd op weerstand want de capaciteit van de grond vertoont een sterkere relatie met de grondvochtigheid dan de weerstand van de grond. De weerstand van de grond wordt namelijk ook beïnvloedt door bijvoorbeeld de zouten die in de grond zijn opgelost.

  • Theorie
  • Grondvochtigheid (wiki Bodemvocht) is het water dat zich in de poriën tussen bodemdeeltjes bevindt, boven het grondwaterniveau (freatisch vlak). Grondvochtigheid kan op vele manieren worden gemeten (wiki Soil moisture sensor). Onderstaand zijn de methodes ingedeeld in 2 hoofdgroepen die zijn gesplitst naar de manier waarop ze door een Arduino benaderd worden:
    1. Hoogfrequent
    2. De sondes van hoogfrequente sensors mogen geen elektrisch contact maken met de grond, in tegenstelling tot laagfrequente sensors die juist wel elektrisch contact moeten maken de grond. Hoogfrequente metingen hebben als nadeel dat er een speciale coaxkabel tussen de µcontroller en de sondes noodzakelijk is. Als alternatief kan de µcontroller direct bij de sonde gebouwd worden. De meetmethodes zijn daarentegen nauwkeurig en (sinds kort in 2018) zijn ze goedkoop geworden. Deze methode heeft de voorkeur boven laagfrequent omdat er capaciteitsmetingen mee kunnen worden uitgevoerd.

      1. Frequency Domain Reflectometer sensor
      2. Het volume aan water in het totaal volume van de grond beïnvloedt sterk de diëlektrische permittiviteit (wiki) van de grond omdat de diëlektrische constante van water (80) veel groter is dan van de andere bestanddelen van de de grond (minerale grond: 4, organisch materiaal: 4, lucht: 1). Een FDR (wiki FDR) sonde bestaat uit een elektrisch geïsoleerd plaatje, kokertje of metalen ring. Op deze elektrode wordt een hoogfrequent elektrisch veld gegenereerd. Want een FDR sensor bestaat ook uit een RC-oscilator (wiki) circuit. De blokgolf van de oscillator wordt afgegeven door een µcontroller aan de sonde. Deze gaat zich nu gedragen als een condensator. De bodem tussen de twee elektrodes neemt daar energie van op. Hierdoor verandert de amplitude van het elektrische veld. Hoe meer water er in de bodem zit, hoe meer energie er wordt opgenomen. Voorbeelden zijn de: Aquaflex, Thetaprobe, Profielsonde, WET-sensor en de e+ SOIL MCT sensor. Zowel de R alsook de C kan worden wordt gebruikt als sonde (wiki) bij dit type sensor:

        • C = Capaciteit sensor
        • Capaciteit sondes gebruiken de capaciteit van de bodem om de diëlektrische permittiviteit van de grond rondom de sonde te meten. Zodoende zal, als de hoeveelheid water in de grond verandert, de sonde een verandering in capaciteit meten die rechtstreeks gerelateerd kan worden aan een verandering in het water gehalte. De frequentie wordt soms gemeten met behulp van een ringvormige sonde. Voorbeelden voor de Arduino:
          /robotigs/icons/grondvochtigheidcapaciteit-icon.pngGrondvochtigheid Capaciteit
          Capaciteitsmetingen op een frequentie van 1mHz. Communicatie via analoog (0-3Vdc).


          alt Grondvochtigheid Chirp
          Capaciteitsmetingen op een frequentie van 1mHz. Communicatie via I²C.



        • R = Impedantie sensor
        • De meest gebruikte configuratie is gebaseerd op het staande golf principe (Gaskin & Miller, 1996). De sensor bevat dan een 100 MHz sinus oscillator, een coaxiale verbindingskabel met een vaste weerstand en sondes die in de grond worden begraven. Het signaal van de oscillator wordt via de verbindingskabel naar de sonde gezonden. Indien nu de impedantie van de sonde verschilt van de impedantie van de verbindingskabel zal een gedeelte van de `incident` signaal worden gereflecteerd via de verbindingskabel terug naar de signaal bron. De vertraging van de reflectie wordt vervolgens gemeten. Echter met onze Arduino µcontroller kunnen wij slechts dromen van dergelijke frequenties, laat staan dat wij er timingsverschillen in zouden kunnen vinden. Deze methode is dus niet Arduino vriendelijk,

      3. Time Domain Reflectometer sensor
      4. Bij het TDR meetprincipe worden metalen meetpennen gebruikt als transmissielijn voor een TDR signaal. Een hoogfrequente puls wordt door de kabel en meetpennen gestuurd, waardoor een elektrisch veld rondom de meetpennen ontstaat. Afhankelijk van het vochtgehalte van de bodem reflecteert de puls trager of sneller terug. Voorbeelden zijn de: Trase, MiniTrase en Trime (FM2 en FM3). In vergelijking tot TDR zijn FDR sensors goedkoper om te bouwen en hebben ze een snellere antwoord tijd. Deze sensor moet echter worden gekalibreerd voor ieder type grond door het complexe elektrische veld rond de sonde. Sommige verkrijgbare sensors hebben deze grondafhankelijkheid weten te verwijderen door het gebruik van een hoge frequentie.

    3. Laagfrequent
    4. De sondes van laagfrequente sensors moeten wel elektrisch contact maken met de grond terwijl de sondes van hoogfrequente sensors juist geen elektrisch contact met de grond mogen maken. Laagfrequente metingen hebben als voordeel dat er geen speciale coaxkabel naar de sondes noodzakelijk is. De meetmethodes zijn daarentegen of duur of iets minder nauwkeurig. Er kunnen namelijk geen capaciteitsmetingen mee worden uitgevoerd, enkel weerstandsmetingen. Gebruik daarom bij voorkeur een hoogfrequente oplossing.

      1. Spanningsdeler sensor
      2. Dit is een meting van de elektrische weerstand (wiki Soil_resistivity) tussen 2 pennen die in de grond worden gestoken op de spanningsdeler methode. De metingen zijn gebaseerd op het idee dat de elektrische geleiding van de grond slechter wordt naarmate de grond droger wordt. Dit zijn laagfrequente metingen die met een Arduino programma kunnen worden uitgevoerd. De sensors zijn goedkoop. Het is ook nog eens erg simpel maar het is niet de ideale methode. Gebruik bij voorkeur een hoogfrequente capaciteit oplossing. Het betreft metingen door ons getest met 2 types sondes:
        /robotigs/icons/JanSensor-icon.png Sonde van Jan


        alt Banggoodsonde



      3. Tensiometer sensor
      4. Een tensiometer (wiki) is een meetinstrument dat gebruikt wordt voor het meten van het vochtgehalte van de bodem aan de hand van de zuigspanning. Wanneer de bodem rond de keramiekcel uitdroogt wordt er zoveel water aan de keramiekcel onttrokken totdat er een evenwicht met het omringende bodemvocht is. De ontstaande onderdruk wordt zichtbaar gemaakt met een manometer of met een mechanische of elektronische druksensor vastgelegd. Ideaal indien er geen electriciteit voorhanden is, maar het is duur.

        (Eijkelkamp in 2003:) Meetsystemen bodemvocht in zuigspanning In de bodem wordt het water aangetrokken door de bodemdeeltjes en kleeft er als het ware aan. Als de bodem nat is zijn veel van de kleine én grote poriën in de bodem gevuld met water en kan het water vrij gemakkelijk stromen. Als de bodem opdroogt verdwijnt het water eerst uit de grote poriën en daarna uit de kleine waar het met meer kracht wordt vastgehouden, deze kracht wordt ook wel zuigspanning genoemd. Zuigspanning is met name een belangrijke eenheid voor de agrarische en de groene sector. Voorbeelden van meetsystemen die zuigspanning meten zijn de Tensiometer / set, standaard tensiometers, Jet-Fill tensiometers, Quick draw tensiometers, Elektronische tensimeter en de Mini Tensior.

  • En verder
  • /robotigs/documentatie/plaatjes/grondvochtigheidcapaciteit.png


Algemene informatie over dit onderdeel
Sketch voorbeeld  FloraMoisture2560-2018
Menu groep  Sensors
Laatste verandering  2020-05-23

Software voor dit onderdeel
FloraGarden2560-01.ino  Arduino Mega 2560

Robots waar dit onderdeel in zit
Flora labo
IoT
Just wait till your 57....
Afb 1: 2018 Tweede test