Neben der Temperaturmessung sind Feuchtigkeitssensoren ein weiteres sehr interessantes Thema. Sei es als Einsatz im Smart Garden, als Erinnerung, die eigenen Blumen nicht verdursten zu lassen oder als Sensor für die eigene automatische Bewässerungslösung im Gewächshaus oder in der Wohnung. Der Bodensensor sorgt für die notwenigen Daten. Drei Sensoren werden wir ausführlich mit einem Arduino testen. Zudem gehen wir der Frage nach, ob die Sensoren bzw. die elektrische Messung den Pflanzen schadet.
Drei Boden Feuchtigkeitssensoren im Test
Für diesen Test haben wir drei unterschiedliche Sensoren herangezogen und in Einzeltests geprüft. Wir testen mit einem einfachen Programm, wie den Sensoren an einem Arduino anzuschließen sind. Im Anschluss zeigen wir, wie man einen Arduino an das eigene Netzwerk schließt, um mittels eines Browsers die Sensordaten über das eigene LAN anzeigen kann. Dieses Programm nutzen wir, um die drei Sensoren in einem Langzeittest zu prüfen. Drei extra für diesen Test angeschaffte Pflanzen werden mit einer sekündlichen Messung überwacht. Wie entwickeln sich die Pflanzen? Schadet die Messung der Bodenqualität?
| Name | Art | Betriebsspannung | Ausgangsspannung |
|---|---|---|---|
| Capacitive Soil Moisture Sensor V1.2 | Kapazitiver Feuchtigkeitsmessung | 3,3 Volt | 0 bis 3.0 Volt (0 bis 1023) |
| Analog Soil Moisture Sensor | Analoge Widerstandsmessung: 100kΩ (feucht) bis 2MΩ (trocken) | 5 Volt | 0 bis 5 Volt (0 bis 1023) |
| Diyduino Soil Moisture Sensor | Analoge Widerstandsmessung | 5 Volt | 0 bis 5 Volt (0 bis 1023) |
So arbeitet ein Feuchtigkeitssensor
Mit einem Feuchtigkeitssensor (Moisture Sensor) kann man Feuchtigkeit im Boden messen. Diese Sensoren eignen sich ebenfalls, um den Wasserstand zu messen.
Die Funktionsweise der Sensoren ist einfach. An den beiden Kontakten des Sensors liegt eine Spannung an. Je höher die Feuchtigkeit zwischen den beiden Kontakten ist, desto besser kann der Strom von einem Kontakt zum anderen fließen. Dieser Wert wird vom Sensor als ein analoges Signal bereitgestellt. Das Arduino Board wandelt die anliegende Spannung in einen Zahlenwert zwischen 0 bis 1023 um.
Die Messsonde von kapazitiven Sensoren, auch Capacitive Soil Moisture Sensor genannt, messen die Kapazität der Erde, die sich mit der Feuchtigkeit verändert. Kapazitive Bodenfeuchtesensoren nutzen den dielektrischen Kontrast zwischen Wasser und Boden aus. Der Vorteil dieser Sensoren: Diese haben keinen Verschleiß oder Korrosion wie ein herkömmlicher Bodenfeuchtigkeitssensor.
Kalibrierung der Sensoren
Wie schon angesprochen, liefert ein Bodenfeuchtigkeitssensor am analogen Port des Arduino angeschlossen, einen Wert von 0 bis 1023. In der Praxis erhält man Werte zwischen 0 (trocken) und 800 (feucht). Diesen Wert kann man dann in seinem Programm verarbeiten. Welcher maximale Wert für die Messung angenommen werden sollte, kann man mit einer Messung in normalem Wasser ermitteln. Dies sollte dann der Maximalwert im eigenen Programm sein. Messungen in Salzwasser, die einen höheren Wert liefern, sind bei einem Smart Garden-Projekt eher zu vernachlässigen.
Die maximale Messhäufigkeit
Vieldiskutiert ist die maximale Messhäufigkeit der Sensoren. Bei einem Pflanzenprojekt müsste man nur einmal am Tag eine Messung durchführen. Eine stündliche Messung sollte weder dem Sensor noch der Pflanze schaden. Hersteller empfehlen maximal eine Messung im 15 Minuten-Takt, um Schäden vorzubeugen.
Wir werden in der Praxis die Sensoren jede Sekunde messen lassen, da wir im Zeitraffer den Verschleiß der Sensoren und die Auswirkung auf die Pflanzen beobachten wollen.
Capacitive Soil Moisture Sensor V1.2
Der“Capacitive Sensor V1.2″ Feuchtigkeitssensor arbeitet dank kapazitiver Messung erosionsfrei im Erdreich. Dies soll die Haltbarkeit des Sensors sowie der Pflanzen sicherstellen. Der 98x23mm große und 15g schwere Sensor wird bis zur weißen Trennlinie in das Erdreich gesteckt. Über dem Erdreich verbleit die Elektronik. Durch diese Bauweise ist der Sensor nicht wasserdicht.
- ✅ Mit diesem kapazitiven Bodenfeuchtigkeitssensor / Hygrometer können Sie auf einfache Weise die Feuchtigkeit von Pflanzen messen und detektieren, wann die Pflanze gegossen werden muss.
- ✅ Unser AZDelivery Bodenfeuchte Sensor Modul hat einen integrierten Verstärker, somit kann er direkt an einen analogen Eingang von angeschlossen werden.
- ✅ Die Messsonde wird in das Erdreich gesteckt und misst da die Kapazität der Erde, die sich mit der Feuchtigkeit verändert.
- ✅ Im Vergleich zu seinem Vorgänger hat unser kapazitiver Bodenfeuchtigkeitssensor, oder auch Capacitive Soil Moisture Sensor genannt, keinen Verschleiß oder Korrosion.
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Der Anschluss des kapazitiven Feuchtigkeitssensors
Um den Sensor mit 5 Volt Eingangsspannung zu betreiben, genügt es, GND (Masse) und VCC mit 5 Volt des Arduinos zu verbinden. Der Datenport AOUT wird mit einem analogen Pin des Arduinos (hier: A0) verbunden.
Für eine 3,3 Volt-Schaltung ist etwas mehr Auswand notwenig. Zusätzlich zur Direktverbindung VCC mit 3,3 Volt wird noch eine Brücke zwischen 3,3 Volt und dem Pin AREF des Arduino-Boards gesteckt.
Um den Sensor auszulesen, genügt des, den analogen Pin abzufragen. Je nach verwendeter Spannung muss bei der Ermittlung der Volt die Eingangsspannung umgerechnet werden. Der Beispielcode für 3,3 Volt kann bei Github heruntergeladen werden (Capacitive_Soil_Moisture_Sensor.ino). Wenn Sie 5 Volt Eingangsspannung verwenden, können Sie den Sketch analog-soil-moisture.ino verwenden.
Analog Soil Moisture Sensor
Dieser wasserdichte Feuchtigkeitssensor besteht aus zwei Teile: Der Sensor mit einem 15cm langen Verbindungskabel und einer kleinen Anschlussplatine mit einem Poti, über den die Empfindlichkeit des Sensors nachjustiert werden kann. Der Sensor kann mit 5 Volt wie auch mit 3,3 Volt betrieben werden.
- RESISTIVE SENSOR - The probe uses analog resistance to detect the moisture content of the soil. It is a good plant helper to make you know if your plants are thirsty and it can also be used in the automatic watering system, garden, greenhouse, etc.
- DIGITAL VALUE OUTPUT - This soil moisture detector outputs a low level from the DO port when the detecting humidity reaches the threshold value. Good to work with Arduino/Raspberry Pi.
- ANALOG VALUE OUTPUT - The AO port on the soil humidity sensor outputs analog value(voltage), and you can acquire the real-time data via the AD port of your single-chip microcomputer(MCU).
- ADJUSTABLE THRESHOLD - Clockwise/counter-clockwise rotate the blue potentiometer to increase/reduce the detection threshold. On-board power and signal indicator make you know the working status of the board at a glance at any time.
- CORROSION-RESISTANT ALLOY PROBE - A waterproof sensor probe with high corrosion resistance ensures a long lifetime at least 6 months in the soil.
Der Anschluss des kapazitiven Feuchtigkeitssensors
Um den Sensor mit 5 Volt Eingangsspannung zu betreiben, genügt es, GND (Masse) und VCC mit 5 Volt des Arduinos zu verbinden. Der Datenport AOUT wird mit einem analogen Pin des Arduinos (hier: A0) verbunden. Dank des Potis auf der Steuerplatine kann der Sensor direkt kalibriert werden.
Um den Sensor auszulesen, genügt des ebenfalls, nur den analogen Pin abzufragen. Der Beispielcode für 5 Volt kann bei Github heruntergeladen werden (analog-soil-moisture.ino).
Diyduino Soil Moisture Sensor
Dieser Feuchtigkeitsmesser ist ein gutes Beispiel für die Feuchtigkeitsmessung per Elektrolyse. Die beiden silberfarbenen Elektroden lösen sich bei jeder Messung weiter auf, so dass der Sensor nach einiger Zeit defekt ist. Der Hersteller empfiehlt, nur eine Messung pro 15 Minuten durchzuführen. Bei einem Bewässerungsprojekt sollte sogar eine Messung pro Tag genügen.
Als größter Nachteil dieser Messung ist neben dem Defekt des Sensors auch die Vergiftung der Pflanzen. Diesen Effekt testen wir aktuell (siehe unten).
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Um den Sensor auszulesen, genügt des ebenfalls, nur den analogen Pin abzufragen. Der Beispielcode für 5 Volt kann bei Github heruntergeladen werden (analog-soil-moisture.ino).
Boden Feuchtigkeitsdaten per LAN übermitteln
Stört der Einsatz eines Feuchtigkeitssensors das Wachstum der Pflanzen? Vergiftet die Messung unsere Chili-Pflanze? Diesen Fragen sind wir in diesem Versuch nachgegangen. Hierzu haben wir drei Chili-Pflanzen im Baumarkt besorgt und jede Pflanze mit einem Feuchigkeitssensor aus unserem Test bestückt.
Der Arduino war per LAN-Kabel an das interne Netzwerk angeschlossen. So konnte per Webbrowser eine Messung durchgeführt und das Ergebnis abgelesen werden. Um den Testzeitraum zu minimieren, haben wir den Arduino-Sketch so angepasst, dass nicht nur beim LAN-Aufruf eine Messung durchgeführt wird, sondern jede Sekunde eine Messung erfolgt. Praxisfern, doch immerhin konnten wir so im sechswöchigen Test-Zeitraum rund 60.000 Messungen durchführen.
Der Beispielcode kann bei Github heruntergeladen werden (lan_soil_moisture.ino).
Ergebnis unseres Testes
Die Pflanzen erfreuten sich nach sechswöchiger Tortur bester Gesundheit. Zwei Dinge sind jedoch aufgefallen:
- Die Pflanze, die mit einem Diyduino Soil Moisture Sensor bestückt war, hatte den höchsten Wuchs.
- Obwohl wir drei (scheinbar identische) Chili-Pflanzen gekauft hatten, entpuppte sich eine Pflanze als eine Paprika-Pflanze … <ggg>
Alles nur ein Gerücht?
In unserem Test hat die Pflanze, deren Feuchtigkeit des Erdreiches mittels Elektrolyse gemessen wurde, den höchsten Wuchs. Eine Vergiftung der Pflanze konnte von uns in diesem Test nicht festgestellt werden, wohl aber die Korrosion des Sensors. Diese ist deutlich zu erkennen und zeigt, dass der Sensor sich auflöst und somit selbst zerstört.
Haben wir die Früchte verzehrt?
Wir geben es zu: Nein. Die betroffene Pflanze wurde sicherheitshalber nach dem Versuch vernichtet. Die Früchte der beiden anderen Testpflanzen stehen aktuell im Garten und freuen sich bester Gesundheit.
Feuchtigkeitsmessung mit dem Arduino: Das Fazit
Alle drei Sensoren in unserem Test haben die Feuchtigkeit gemessen und den Testzeitraum überstanden. Die Genauigkeit konnte von uns nicht überprüft werden. Im Rahmen unserer Messgenauigkeit lieferten alle Sensoren valide Werte.
Durch die angebrachte Elektronik am Sensor disqualifizieren sich zwei Sensoren bereits durch ihre Bauart für den Outdooreinsatz. Auch bei einer Topfpflanze will das Gießen wohldosiert vorgenommen werden, dass die Elektronik nicht versehentlich mitbewässert wird. Für beide Einsätze eignet sich der Messfühler mit Anschlusskabel besser, da hier die Elektronik entfernt vom Messpunkt untergebracht werden kann.
Letzte Aktualisierung am 27.04.2024 / Affiliate Links / Bilder von der Amazon Product Advertising API