Merenje vlažnosti zemljišta

VCC --- R1 ---+--- A0 (ulaz AD konvertora)
              |
           Rsoil (sonda)
              |
             GND

Senzor vlažnosti zemljišta meri količinu vode u zemljištu na osnovu promene njegove električne otpornosti. Kada je zemljište suvo, otpornost je velika, a u vlažnom zemljištu se smanjuje. Senzor tu otpornost pretvara u napon koji Arduino ploča može da očita.

Na Slici 2 je osnovna šema povezivanja senzora vlažnosti direktno sa Arduino UNO pločom. Šema, napravljena u Tinkercad-u, prikazuje jednostavno povezivanje pinova senzora VCC, GND i Signal sa odgovarajućim pinovima Arduina.

U ovoj vežbi se analogni pin A0 koristi za čitanje izlaznog napona senzora. Taj napon zavisi od otpornosti zemljišta između dve elektrode sonde. Arduino pretvara analogni napon u digitalnu vrednost od 0 do 1023, koja pokazuje relativnu vlažnost.

---

Korišćenje modula sa komparatorom LM393

Na Slici 3 je prikazano stvarno povezivanje senzora preko modula sa komparatorom LM393. Ovaj modul omogućava da senzor radi i u analognom i u digitalnom režimu.

• Analogni izlaz (A0) – daje napon koji se neprekidno menja sa vlažnošću zemljišta.
• Digitalni izlaz (D0) – daje signal 0 ili 1, u zavisnosti od podešenog praga.

Pločica sa komparatorom ima mali potenciometar kojim se podešava naponski prag. Kada izmereni napon senzora padne ispod tog praga, digitalni izlaz (D0) postaje LOW (0); u suprotnom ostaje HIGH (1). Tako se mogu pokretati jednostavne radnje, na primer uključivanje pumpe za vodu ili LED indikatora.

---

Raspored pinova

Modul LM393 ima 4 + 2 pina:

• na strani sa dva pina povezuju se metalne elektrode senzora;
• na strani sa četiri pina (izlaz modula):
• VCC → na 5V Arduina
• GND → na GND Arduina
• A0 → na analogni ulaz A0
• D0 → digitalni izlaz po želji, za prepoznavanje praga

Ovakvo povezivanje olakšava merenje vlažnosti i dobro pokazuje princip merenja preko otpornosti pomoću Arduina.

Ova šema pokazuje kako se otpornički senzor vlažnosti sa modulom LM393 povezuje sa Arduino Uno pločom radi analognog merenja vlažnosti. Dve metalne elektrode senzora se priključuju na dvopinski konektor modula. Pločica LM393 se napaja sa 5V i GND pinova Arduina, a njen analogni izlaz (A0) je povezan na ulaz A0 Arduina, za neprekidno merenje. Za razliku od same sonde, modul ima komparator i potenciometar i daje stabilan analogni napon koji zavisi od provodljivosti zemljišta. Veća vlažnost smanjuje otpornost sonde i daje manju analognu vrednost na A0, koja se zatim u programu pretvara u procenat. Ovako se vlažnost zemljišta pouzdano prati bez digitalnog izlaza (D0), koji je potreban samo za jednostavno prebacivanje suvo/vlažno.

Merenje vlažnosti zemljišta kapacitivnim senzorom

Kapacitivni senzor vlažnosti zemljišta je napredniji tip senzora vlažnosti. Za razliku od otporničkog, koji meri promenu električne otpornosti između dve elektrode, kapacitivni senzor meri promenu kapacitivnosti koja nastaje zbog dielektričnih osobina zemljišta. Kada zemljište postane vlažnije, njegova dielektrična konstanta raste, kapacitivnost se povećava i menja se analogni izlazni signal senzora.

Glavna prednost kapacitivnog senzora u odnosu na otpornički je što ne izaziva elektrolizu, jer kroz zemljište ne teče jednosmerna struja. Zato senzor mnogo duže traje i daje stabilnija i ponovljivija merenja.

Pregled

Na Slici 1 je stvarno povezivanje kapacitivnog senzora vlažnosti sa Arduino pločom, zabodenog u saksiju, a na Slici 2 je šema povezivanja senzora – pinovi za napajanje (Vcc i GND) i analogni izlaz (A0) povezan na analogni ulaz Arduina.

Rad senzora

Kapacitivni senzor ima analogni izlaz označen sa AO, koji daje napon srazmeran vlažnosti zemljišta. Arduino taj napon čita funkcijom analogRead(A0). Vrednost je obično od 0 do 1023 i može se linearno pretvoriti u procenat vlažnosti, da bi se lakše tumačila.

// Primer: čitanje kapacitivnog senzora vlažnosti zemljišta
int sensorPin = A0;        // analogni ulaz povezan na AO pin senzora
float moistureValue = 0;   // trenutna vlažnost

void setup() {
  Serial.begin(115200);    // komunikacija sa Processing-om
}

void loop() {
  int rawValue = analogRead(sensorPin);              // sirova vrednost sa senzora
  moistureValue = map(rawValue, 1023, 300, 0, 100);  // pretvaranje u procenat (granice podesi za svoj senzor)
  Serial.println(moistureValue);                     // slanje vlažnosti u Processing
  delay(3000);                                       // pauza od 3 sekunde između merenja
}

Serijska komunikacija i prikaz u Processing-u

Podaci se u Processing šalju na isti način kao kod otporničkog senzora. U oba slučaja Arduino šalje jedan broj – procenat vlažnosti zemljišta – preko serijskog porta brzinom od 115200 bauda.

Zato se isti Processing program iz prethodnog dela može koristiti i za ovaj senzor. On sam prima vrednosti vlažnosti preko funkcije serialEvent(), prikazuje ih na ekranu i promene prikazuje uživo, tekstom i obojenom trakom.

Jedina razlika između ova dva senzora je princip merenja – otpornički senzori mere provodljivost, a kapacitivni promenu dielektrične konstante. Povezivanje, komunikacija i prikaz su isti.

Arduino kod – merenje vlažnosti zemljišta

Sledeći Arduino program čita podatke sa otporničkog senzora vlažnosti preko analognog ulaza A0. Izmerena vrednost se pretvara u procenat vlažnosti i šalje preko serijskog porta na svake 3 sekunde. Podaci se mogu gledati direktno u Serial Monitor-u (u Arduino IDE) ili čitati u drugim programima, kao što je Processing, radi prikaza i dalje analize.

Arduino program

// analogni pin na koji je povezan senzor vlažnosti zemljišta
const int pin_A0 = A0;

// prag ispod kog se zemljište smatra suvim
const int dryThreshold = 200;

void setup() {
  // serijska veza brzinom 115200 bita u sekundi
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  // sirova analogna vrednost sa senzora (0 do 1023)
  int sensorValue = analogRead(pin_A0);

  // pretvaranje u procenat:
  // velika vrednost (npr. 1023) → suvo zemljište → mali procenat vlažnosti
  // mala vrednost (npr. 300) → vlažno zemljište → veliki procenat vlažnosti
  float moisturePercent = 100.0 * (1023 - sensorValue) / 1023;

  // slanje izračunatog procenta na serijski port
  Serial.println(moisturePercent);

  // pauza od 3 sekunde pre sledećeg merenja
  delay(3000);
}

Objašnjenje

• analogRead(A0) čita napon sa senzora i pretvara ga u digitalnu vrednost od 0 do 1023.
• Veće vrednosti znače suvlje zemljište (veća otpornost), a manje vrednosti vlažnije.
• Procenat se računa linearno, da bi se lakše tumačio.
• Serial.println() šalje izmereni procenat vlažnosti na serijski interfejs – može se pratiti u Serial Monitor-u ili u drugim programima koji čitaju serijske podatke, kao što su Processing, MATLAB ili Python skripte.

Ovaj jednostavan program može biti osnova za složenije primene, kao što su sistemi za automatsko zalivanje ili beleženje podataka o okolini.

Processing kod – prikaz podataka o vlažnosti zemljišta

Sledeći Processing program prima podatke o vlažnosti zemljišta sa Arduina preko serijskog porta i prikazuje ih na ekranu tekstom i grafički. Svaka vrednost koju Arduino pošalje je trenutni procenat vlažnosti i šalje se na svake 3 sekunde naredbom Serial.println().

Processing program

import processing.serial.*;

Serial myPort;
String val = "";
float moisture = 0;   // poslednja vrednost vlažnosti (0–100 %)

void setup() {
  size(400, 200);                                       // veličina prozora
  myPort = new Serial(this, Serial.list()[0], 115200);  // otvaranje prvog dostupnog serijskog porta
  myPort.bufferUntil('\n');                             // serialEvent() se poziva kada stigne ceo red
}

void draw() {
  background(255);                       // bela pozadina
  fill(0);                               // crna boja teksta
  textSize(20);
  text("Vlaznost zemljista: " + nf(moisture, 0, 2) + "%", 50, 60);  // ispis sa 2 decimale

  // traka koja prikazuje vlažnost
  fill(0, 100, 255);
  rect(50, 100, map(moisture, 0, 100.0, 0, 300), 30);  // plava traka srazmerna vlažnosti
}

void serialEvent(Serial p) {
  val = p.readStringUntil('\n');         // čitanje celog reda koji je poslao Arduino
  if (val != null) {
    val = trim(val);                     // uklanjanje razmaka i znaka za novi red
    try {
      moisture = float(val);             // pretvaranje teksta u broj
    } catch (Exception e) {
      println("Neuspelo citanje vrednosti: " + val);  // poruka ako pretvaranje ne uspe
    }
  }
}

Objašnjenje

• Serijska komunikacija: program koristi biblioteku processing.serial za komunikaciju sa Arduino pločom preko USB-a.
• Serial.list() vraća spisak dostupnih portova. Prvi ([0]) je obično Arduino – ako nije, probaj drugi indeks.
• Funkcija serialEvent() se sama poziva kada stignu novi serijski podaci. Ona čita ceo red (koji se završava znakom '\n') koji je poslao Arduino. Da bi se pozivala tek kada stigne ceo red, u setup() se poziva myPort.bufferUntil('\n').
• Tekst se zatim pretvara u float, da bi se mogao koristiti za računanje i crtanje.
• U petlji draw() poslednja vrednost se prikazuje kao tekst i kao plava traka čija dužina odgovara procentu vlažnosti.

Ovakav prikaz omogućava da se promene vlažnosti prate uživo. Kada povežeš otpornički ili kapacitivni senzor sa Arduinom, možeš videti kako se izmerena vrednost menja u različitim uslovima (suvo, vlažno, mokro). Processing je jednostavan i zanimljiv način za grafički prikaz podataka sa senzora u Arduino projektima.

Proveri znanje

Otvori kviz

Kviz: vlažnost zemljišta

1. Šta se dešava sa otpornošću zemljišta kada je vlažnije?

smanjuje se
povećava se
ne menja se
Proveri

2. Koja je glavna prednost kapacitivnog senzora?

ne korodira jer kroz zemlju ne teče struja
jeftiniji je od svih
ne treba mu napajanje
Proveri

3. Čemu služi izlaz D0 na modulu LM393?

daje 0 ili 1 prema podešenom pragu
napaja sondu
meri temperaturu
Proveri

4. Zašto se u Processing-u poziva myPort.bufferUntil('\n')?

da se serialEvent() pozove tek kada stigne ceo red
da se port zatvori
da se ubrza crtanje
Proveri

Ponovi kviz