Kapazitiver Feuchtigkeitssensor für Blumenerde

Feuchtigkeitssensor für Blumenerde

Zufällig bin ich an mehrere Platinen für einen Feuchtigkeitssensor für Blumenerde gekommen. Sie messen die Bodenfeuchte kapazitiv und wurden ursprünglich von Dietmar Weisser entwickelt.
Später sollen die Sensoren für eine automatische Bewässerungsanlage verwendet werden.
Hier wird der Sensor kurz vorgestellt.

Vorteile der kapazitiven Messmethode

  • Keine Elektrolyse (Elektrode zersetzt sich nicht und vergiftet die Pflanze nicht mit Ionen)
  • Großer Messbereich (mehrere Dekaden)
  • Einfache Wandlung der Frequenz als Messgröße

Funktion des Sensors

Der Kondensator (gebildet über die zwei isolierten leitenden Flächen) lädt sich über den 100kΩ Widerstand langsam auf. Je größer die Kapazität, desto länger dauert der Ladevorgang. Wird die obere Schaltschwelle des Schmitt-Triggers erreicht schaltet er um. Der Kondensator entlädt sich dann, bis die Spannung am Eingang die untere Schaltschwelle erreicht. Die feuchte Erde funktioniert hier als Dielektrikum, das die Kapazität des Kondensators beeinflusst: Je feuchter, desto größer die Kapazität und desto niedriger die Frequenz.

Schaltplan

Die drei Schmitt-Trigger, die in der Luft hängen werden nicht verwendet, sind aber im IC vorhanden.

Schaltplan Feuchtigkeitssensor
Schaltplan Feuchtigkeitssensor

Zusammenbau

Da auf der Platine viele SMD-Teile vorhanden sind habe ich das ganze auf dem Herd zusammengelötet.

Verlöten der Komponenten auf der Herdplatte
Verlöten der Komponenten auf der Herdplatte

Funktion

Jede Platine wurde auf ihre korrekte Funktion getestet. Mit einem Oszilloskop wurden die ausgegebenen Frequenz gemessen. Die Simulation der feuchten Erde erfolgte durch Abdecken der Sensorflächen mit der Hand, da diese ja aus >70% Wasser besteht. 😉

Gemessene Frequenz ohne Beeinflussung
Gemessene Frequenz ohne Beeinflussung
Gemessene Frequenz wenn beide Sensorstreifen abgedeckt werden
Gemessene Frequenz wenn beide Sensorstreifen abgedeckt werden

Fazit

Das Zusammenlöten der Sensoren war nicht allzu schwierig. Die ausgegebenen Frequenz lässt sich leicht messen und es wird ein großer Messbereich abgedeckt. Für ~5€ ist der Sensor unschlagbar günstig! Kommerzielle Produkte kosten mehr als das zehnfache.







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27 Gedanken zu „Kapazitiver Feuchtigkeitssensor für Blumenerde“

  1. Hallo Sebastian,

    das sieht sehr sehr gut und brauchbar aus 🙂
    Genau so etwas suche ich. Leider bin ich was das Löten angeht etwas ungeschickt.
    Meinst du es wäre möglich einen Sensor testweise bei dir zu „bestellen“ der dann auf alle Fälle funktioniert um ein wenig testen zu können,
    bevor ich mit dem Einkaufswagen durch den Conrad düse und alles in x-facher Ausführung kaufe?

    Gruß

    1. Hallo Lukas,

      der Sensor gibt keinen absoluten Feuchtigkeitswerk zurück, sondern die Anzahl Pulse pro Sekunde.
      Bei feuchterer Erde gibt er weniger Pulse zurück, bei trockener Erde mehr.
      Bezüglich der Genauigkeit kann ich keine Angaben machen.

      1. Hallo Sebastian,

        der Sensor tastet aber über ein gewisses Volumen ab oder ? Also nicht nur leicht über der Sensoroberfläche.

        Lg Lukas

  2. Vielleicht kann mir jemand helfen. Ich habe 2 Sensoren von ‚ramser-elektro‘ gekauft und einen davon zusammen gelötet. Ich habe ihn dann an eine ‚NodeMCU‘, also an einen esp8266 Controller angeschlossen. Um die Frequenz zu ermitteln, habe ich eine Flanke detektiert und dann die Schleifendurchgänge bis zur nächsten Flanke gezählt. Das schien auch alles schön zu funktionieren.

    Ich habe dann den Sensor ohne weitere Abdichtung in die Erde Blumentopfs mit einem Orangenbaum gesteckt. Jede Stunde lasse ich mir dann eine EMail senden, die mir die Anzahl der Schleifendurchgänge mitteilt. Anfangs schien dass auch OK zu sein, meistens so Werte zwischen 200 und 300. Heute Abend ist der Wert plötzlich von etwas über 200 auf Werte über 600 gestiegen. Hat von Euch jemand auch solche Erfahrungen gemacht?

    1. Hi Tinkerpete,
      ich versuche auch die Feuchtigkeit mit einem ESP8266 zu messen, habe allerdings Probleme mit dem Code. Wie hast du die Frequenz gemessen? Und wie ist das ganze verkabelt?
      Schöne Grüße

  3. Ok, da habe ich mich schlecht ausgedrückt. Ich versuche es noch einmal. Wenn ich den Sensor mit der Hand abdecke, erhöht sich der Zählerwert von 1 – 3 auf 40 – 200. Man könnte also annehmen, dass die Hand Feuchtigkeit enthält, die dazu führt das die Frequenz sich erniedrigt, denn höherer Zählerwert gleich kleinerer Frequenz. Stecke ich den Sensor dann in den Blumentopf und lasse mit jede Stunde den Wert senden, so liegt dieser meist höher als 200 und erhöht sich dann sehr allmählich über die Tage. Und genau das verstehe ich nicht: Denn – gemäß dem Handexperiment – müsste der Zählerwert ja niedriger werden. Immer voraus gesetzt, dass bei aufliegender Hand mehr Feuchtigkeit vorhanden ist!

    Es sei denn die Umgebungsluft ist feuchter als meine Hand! Kann mir jemand weiter helfen?

    1. Ich habe ähnliche Erfahrungen gemacht. Der Sensor zeigt bei trocknender Erde steigende Feuchtigkeit an. Ich vermute, dass die Pflanze Feuchtigkeit an die Erde abgibt, wenn die Erde trockener wird.

    1. Alternativ kann auch einfach der Widerstand auf der Platine durch einen größeren ersetzt werden. Dann sinkt die Frequenz auch entsprechend.

  4. Zwei gute Ideen um die Frequenz zu erniedrigen. Aber ich weiß ja gar nicht, ob es daran liegt. Mein Hauptproblem ist im Moment dass ich nicht verstehe, warum der Zählerwert immer höher wird, wenn doch eigentlich die Feuchtigkeit in der Erde niedriger wird.

    Dass aber das Hand auf den Sensor legen zu richtigen Werten führt. Die Werte werden größer, wenn die Hand auf dem Sensor liegt.

    1. Guck mal in die Bilder. Hohe Frequenz für Trockenheit. Niedrige Frequenz, wenn du ihn anfasst und damit die Feuchtigkeit erhöhst.

    1. @Micahel Dworkin:
      Das ist genau die Art von Sensor, welche nicht lange durch hält.
      Durch galvanische Efekte korrodieren dir die Flächen des Sensors weg.
      Für eine kapazitive Messung sind die Flächen zu weit auseinander.

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