IMZ Pojemnościowy czujnik wilgotności gleby V2.0

W przeciwieństwie do prostych sond rezystancyjnych pomiar odbywa się bez bezpośredniego przepływu prądu pomiędzy odsłoniętymi elektrodami, dzięki czemu sonda jest mniej podatna na korozję podczas pracy w podłożu. Moduł może współpracować z płytkami wyposażonymi w wejście ADC, m.in. Arduino, ESP32, RP2040 i STM32.

Opis produktu

Pojemnościowy czujnik wilgotności gleby to wygodny sposób na dodanie pomiaru wilgotności podłoża do projektu z Arduino, ESP32, STM32 lub innym mikrokontrolerem wyposażonym w wejście analogowe.

W przeciwieństwie do prostych czujników rezystancyjnych, pomiar nie opiera się na przepływie prądu pomiędzy dwiema odsłoniętymi elektrodami znajdującymi się w ziemi. Czujnik wykorzystuje zmianę pojemności elektrycznej części pomiarowej płytki, zależną między innymi od ilości wody znajdującej się w otaczającym ją podłożu. Dzięki temu część pomiarowa jest znacznie mniej podatna na typową dla sond rezystancyjnych korozję elektrod.

Moduł posiada wyjście analogowe AOUT, dlatego użytkownik otrzymuje surową wartość pomiarową, którą może wykorzystać we własnym programie. Pozwala to zarówno na prostą ocenę typu „sucho / wilgotno”, jak i wykonanie własnej kalibracji i określenie umownego poziomu wilgotności dla konkretnej ziemi, doniczki oraz sposobu montażu czujnika.

Co zmieniło się względem popularnej wersji V1.2?

W V2.0 stosowane są rozwiązania mające poprawić pracę modułu przy niskich napięciach zasilania i zwiększyć powtarzalność pomiarów. W oferowanej przez nas wersji zastosowano między innymi układ czasowy z rodziny TLC555 oraz stabilizację napięcia zasilającego część pomiarową.

Ma to szczególne znaczenie przy współpracy z nowoczesnymi mikrokontrolerami pracującymi z napięciem 3,3 V, takimi jak ESP32. W części starszych lub zamiennych modułów V1.2 można spotkać inne wersje układu 555 albo odmienne wykonanie sekcji zasilania, dlatego zachowanie dwóch wyglądających podobnie czujników nie zawsze musi być identyczne.

Dzięki prostemu interfejsowi trzyprzewodowemu moduł można łatwo wykorzystać między innymi do budowy automatycznego podlewania roślin, monitorowania doniczek, szklarni, stanowisk eksperymentalnych oraz projektów IoT związanych z uprawą roślin.

Cechy produktu

• pojemnościowy pomiar wilgotności podłoża,
• analogowe wyjście pomiarowe AOUT,
• zasilanie w typowym zakresie 3,3–5,5 V DC,
• typowy zakres napięcia wyjściowego: 0–3,0 V DC,
• 3-pinowe złącze: GND / VCC / AOUT,
• sonda wykonana bez odsłoniętych elektrod pomiarowych,
• odczyt bezpośrednio przez ADC mikrokontrolera,
• przewód połączeniowy 3-żyłowy w zestawie,
• rozwiązanie przeznaczone do projektów DIY, automatyki podlewania, monitoringu roślin i eksperymentów edukacyjnych.

Cechy szczegółowe

• Pomiar pojemnościowy — wilgotność gleby zmienia jej właściwości dielektryczne, a tym samym pojemność struktury pomiarowej utworzonej na PCB.
• Mniejsza podatność na korozję niż w typowych sondach rezystancyjnych z odsłoniętymi metalowymi elektrodami.
• Wyjście analogowe pozwala odczytywać nie tylko stan „mokro/sucho”, ale również obserwować względne zmiany wilgotności.
• Wbudowana elektronika kondycjonująca sygnał umożliwia uzyskanie napięcia analogowego na wyjściu AOUT.
• Brak uniwersalnej wartości procentowej wilgotności — wskazania należy skalibrować dla konkretnego rodzaju gleby, głębokości umieszczenia i sposobu montażu.
• W typowym egzemplarzu wraz ze wzrostem wilgotności napięcie AOUT maleje. Kierunek i zakres odczytów warto potwierdzić podczas kalibracji własnego egzemplarza.
• Płytka posiada nadruki ułatwiające identyfikację pinów bez konieczności korzystania z dodatkowej dokumentacji.

Zastosowanie

• pomiar względnej wilgotności ziemi w doniczkach,
• automatyczne systemy podlewania,
• monitoring roślin domowych i szklarniowych,
• projekty Arduino i ESP32,
• układy IoT z rejestracją parametrów podłoża,
• systemy alarmujące o przesuszeniu gleby,
• stanowiska edukacyjne i demonstracyjne,
• eksperymenty z pomiarem zmian pojemności i właściwości dielektrycznych materiałów.

Specyfikacja techniczna

** Wersja** – V2.0.0
** Zasilanie** – 3,3–5,5 V DC
** Wyjście** – analogowe AOUT
** Typowy zakres napięcia wyjściowego** – 0–3,0 V DC
** Interfejs** – analogowy, 3 przewody
** Złącze na module** – 3-pin, raster ok. 2,0 mm / typ PH2.0
** Piny** – GND, VCC, AOUT
** Pobór prądu** – typowo do ok. 20 mA
** Wymiary PCB** – ok. 98–100 × 22 mm

Uwaga dotycząca parametrów: jest to moduł elektroniczny przeznaczony do zastosowań hobbystycznych, edukacyjnych i prototypowych. Odczyt zależy m.in. od rodzaju gleby, zasolenia, temperatury, głębokości umieszczenia sondy oraz napięcia zasilania. Moduł nie jest laboratoryjnym ani przemysłowym przyrządem pomiarowym i nie posiada deklarowanej klasy dokładności. Do wiarygodnego porównywania wyników należy wykonać kalibrację w docelowym podłożu.

Zasilanie

Moduł należy zasilać napięciem stałym 3,3–5,5 V DC. Masa układu sterującego i czujnika musi być wspólna. Wyjście AOUT należy podłączyć do wejścia analogowego ADC mikrokontrolera.

Przy współpracy z układami 3,3 V, np. ESP32 lub RP2040, najwygodniej zasilać czujnik z 3,3 V. Przy zasilaniu 5 V należy zawsze upewnić się, że maksymalne napięcie na AOUT mieści się w dopuszczalnym zakresie wejścia ADC użytej płytki.

Instrukcja

1. Podłączenie

1. Odłącz zasilanie układu.
2. Podłącz GND czujnika do masy mikrokontrolera.
3. Podłącz VCC do odpowiedniego napięcia zasilania 3,3–5,5 V.
4. Podłącz AOUT do wejścia analogowego ADC.
5. Umieść część pomiarową sondy w glebie.
6. Nie zakopuj sekcji z elementami elektronicznymi ani złącza.
7. Włącz zasilanie i odczytaj wartość ADC.

2. Kalibracja

Czujnik nie podaje bezpośrednio wilgotności w procentach. Najlepiej wykonać kalibrację dwupunktową:

1. Odczytaj wartość czujnika w suchej glebie lub w warunkach odpowiadających minimalnej wilgotności dla projektu.
2. Odczytaj wartość w dobrze nawodnionej glebie odpowiadającej maksymalnej wilgotności dla projektu.
3. Zapisz oba wyniki jako punkty kalibracyjne.
4. Przeliczaj późniejsze odczyty na zakres 0–100% względem tych wartości.

Nie zaleca się kalibracji wyłącznie „w powietrzu” i „w wodzie”, jeżeli czujnik ma później pracować w ziemi — najlepsze wyniki daje kalibracja w rzeczywistym podłożu.

3. Przykładowy kod Arduino

const int SENSOR_PIN = A0;

// Wpisz wartości uzyskane podczas własnej kalibracji:
const int ADC_DRY = 560; // przykładowa wartość dla suchego podłoża
const int ADC_WET = 300; // przykładowa wartość dla mokrego podłoża

void setup() {
Serial.begin(9600);
}

void loop() {
int raw = analogRead(SENSOR_PIN);

int moisture = map(raw, ADC_DRY, ADC_WET, 0, 100);
moisture = constrain(moisture, 0, 100);

Serial.print("ADC: ");
Serial.print(raw);
Serial.print(" Wilgotnosc: ");
Serial.print(moisture);
Serial.println(" %");

delay(1000);
}

Wartości ADC_DRY i ADC_WET są jedynie przykładem — należy zastąpić je wynikami własnej kalibracji.

4. Stabilizacja odczytu

Jeżeli wskazania lekko się zmieniają, można:

• wykonać kilka–kilkanaście pomiarów i policzyć średnią,
• zastosować filtr medianowy lub średnią kroczącą,
• utrzymywać stałe i stabilne napięcie zasilania,
• unikać prowadzenia przewodu sygnałowego równolegle z przewodami silników, pomp lub przekaźników,
• ograniczyć długość przewodu pomiędzy czujnikiem a wejściem ADC.

Podłączenie

Pinout

Patrząc na moduł od strony elementów, z końcówką pomiarową skierowaną w lewo i złączem w prawo, piny są opisane na PCB:

| Pin | Funkcja | Kolor przewodu widocznego w zestawie |
|—|—|—|
| GND | masa zasilania | czarny |
| VCC | zasilanie 3,3–5,5 V | czerwony |
| AOUT | analogowe wyjście pomiarowe | żółty |

Kolory przewodów należy traktować pomocniczo — zawsze należy kierować się oznaczeniami GND, VCC i AOUT na PCB.

Przykład — Arduino UNO / Nano

HW-390 Arduino
GND —-> GND
VCC —-> 5V lub 3.3V
AOUT —-> A0

Przykład — ESP32

HW-390 ESP32
GND —-> GND
VCC —-> 3V3
AOUT —-> pin ADC, np. GPIO34

W przypadku ESP32 warto wybrać wejście z grupy ADC1, szczególnie gdy projekt korzysta równocześnie z Wi‑Fi.

Kompatybilność

• Arduino UNO,
• Arduino Nano,
• Arduino Mega,
• ESP32,
• ESP8266 — z uwzględnieniem ograniczeń wejścia ADC konkretnej płytki,
• Raspberry Pi Pico / RP2040,
• STM32,
• inne mikrokontrolery posiadające wejście analogowe ADC,
• Raspberry Pi — po zastosowaniu zewnętrznego przetwornika ADC, ponieważ standardowe Raspberry Pi nie posiada wejść analogowych.

Informacje bezpieczeństwa

• Produkt jest komponentem elektronicznym przeznaczonym do integracji w projektach i urządzeniach.
• Podłączenie i zastosowanie modułu powinno być wykonane zgodnie z dokumentacją użytych elementów oraz wymaganiami dotyczącymi projektowanego urządzenia.
• Nie przekraczać dopuszczalnego napięcia zasilania.
• Przed podłączaniem lub zmianą przewodów odłączyć zasilanie.
• Nie dopuszczać do zwarcia pinów VCC i GND.
• Część z elementami elektronicznymi oraz złączem powinna pozostawać sucha i znajdować się nad powierzchnią gleby.
• Moduł nie jest przeznaczony do bezpośredniego podłączania do napięcia sieciowego.
• W systemach sterujących pompą, zaworem lub innym obciążeniem należy zastosować odpowiedni stopień wykonawczy oraz zabezpieczenia właściwe dla danego obciążenia.
• Produkt nie jest zabawką. Montaż i uruchomienie powinny być wykonywane przez osobę posiadającą odpowiednią wiedzę techniczną lub pod jej nadzorem.

Ostrzeżenia

• Nie zanurzać całej płytki w wodzie.
• Nie umieszczać w glebie sekcji z układem TLC555, elementami SMD i złączem.
• Warstwa soldermaski zwiększa odporność części pomiarowej na korozję, ale nie zapewnia pełnej wodoodporności całego modułu.
• Nie stosować jako jedynego czujnika w systemach, których awaria może spowodować szkody, zalanie lub zagrożenie bezpieczeństwa.
• Nie stosować bez kalibracji do bezwzględnego pomiaru zawartości wody w glebie.
• Długie przewody mogą zwiększać zakłócenia i niestabilność sygnału analogowego.
• Wygląd PCB, odcień soldermaski, nadruki oraz drobne elementy wykonania mogą nieznacznie różnić się pomiędzy partiami produkcyjnymi przy zachowaniu podstawowej funkcji modułu.

Przeznaczenie produktu

• komponent do budowy prototypów i urządzeń elektronicznych,
• projekty hobbystyczne i edukacyjne,
• monitoring wilgotności podłoża,
• automatyka nawadniania po zastosowaniu odpowiedniego sterownika wykonawczego,
• integracja z mikrokontrolerami i systemami IoT,
• zastosowania wymagające względnego, skalibrowanego pomiaru zmian wilgotności gleby.

Zastosowania wykluczone

• systemy bezpieczeństwa i instalacje typu safety-critical,
• urządzenia medyczne i podtrzymujące życie,
• pomiary laboratoryjne wymagające certyfikowanej dokładności,
• pomiary przemysłowe wymagające wzorcowania lub klasy metrologicznej,
• bezpośrednie sterowanie obciążeniami sieciowymi,
• praca całej płytki pod wodą,
• zastosowania zewnętrzne bez odpowiedniej ochrony sekcji elektronicznej przed wodą, kondensacją i zabrudzeniem,
• bezobsługowe systemy nawadniania bez dodatkowych ograniczeń czasu pracy, kontroli poziomu wody lub innych zabezpieczeń.

Zawartość zestawu

• 1 × pojemnościowy czujnik wilgotności gleby HW-390 V2.0.0,
• 1 × przewód 3-żyłowy z wtykiem pasującym do złącza modułu i żeńskim złączem 1×3 po stronie mikrokontrolera.

Produkty powiązane

• płytki Arduino UNO / Nano,
• moduły ESP32,
• Raspberry Pi Pico / RP2040,
• przekaźniki i moduły MOSFET do sterowania pompą,
• małe pompy DC do systemów nawadniania,
• przewody Dupont,
• przetworniki ADC do Raspberry Pi,
• moduły zasilania 3,3 V / 5 V.

Najczęstsze pytania

Czy czujnik podaje wilgotność w procentach?

Nie bezpośrednio. Na wyjściu AOUT pojawia się napięcie analogowe zależne od wilgotności i warunków pracy. Wartość procentową należy wyznaczyć programowo po kalibracji.

Czy czujnik jest lepszy od sondy rezystancyjnej?

Do długotrwałego kontaktu z glebą rozwiązanie pojemnościowe jest zwykle korzystniejsze, ponieważ część pomiarowa nie wykorzystuje odsłoniętych elektrod, przez które przepływa prąd stały.

Czy można zasilać go z 5 V?

Tak, typowy zakres pracy modułu wynosi 3,3–5,5 V DC. Należy jednak sprawdzić dopuszczalne napięcie wejścia ADC mikrokontrolera.

Czy działa z ESP32?

Tak. Najwygodniej zasilić czujnik z 3,3 V i podłączyć AOUT do wejścia ADC. Przy jednoczesnym korzystaniu z Wi‑Fi warto użyć wejścia ADC1.

Czy działa z Raspberry Pi?

Tak, ale Raspberry Pi nie ma wbudowanego przetwornika analogowo-cyfrowego. Potrzebny jest zewnętrzny ADC, np. ADS1115 lub MCP3008.

Czy można zanurzyć czujnik w wodzie?

Nie należy zanurzać całej płytki. W glebie umieszcza się część pomiarową, natomiast elektronika i złącze powinny pozostać suche.

Dlaczego odczyty różnią się pomiędzy różnymi rodzajami ziemi?

Pomiar pojemnościowy zależy od właściwości dielektrycznych podłoża, dlatego skład, zasolenie, temperatura i zagęszczenie gleby wpływają na wynik. Z tego powodu zalecana jest kalibracja w docelowym podłożu.

Czy moduł ma wyjście cyfrowe?

Nie. HW-390 V2.0.0 ma analogowe wyjście AOUT.

O produkcie

Pojemnościowy czujnik wilgotności gleby to wygodny sposób na dodanie pomiaru wilgotności podłoża do projektu z Arduino, ESP32, STM32 lub innym mikrokontrolerem wyposażonym w wejście analogowe.

W przeciwieństwie do prostych czujników rezystancyjnych, pomiar nie opiera się na przepływie prądu pomiędzy dwiema odsłoniętymi elektrodami znajdującymi się w ziemi. Czujnik wykorzystuje zmianę pojemności elektrycznej części pomiarowej płytki, zależną między innymi od ilości wody znajdującej się w otaczającym ją podłożu. Dzięki temu część pomiarowa jest znacznie mniej podatna na typową dla sond rezystancyjnych korozję elektrod.

Moduł posiada wyjście analogowe AOUT, dlatego użytkownik otrzymuje surową wartość pomiarową, którą może wykorzystać we własnym programie. Pozwala to zarówno na prostą ocenę typu „sucho / wilgotno”, jak i wykonanie własnej kalibracji i określenie umownego poziomu wilgotności dla konkretnej ziemi, doniczki oraz sposobu montażu czujnika.

Co zmieniło się względem popularnej wersji V1.2?

W V2.0 stosowane są rozwiązania mające poprawić pracę modułu przy niskich napięciach zasilania i zwiększyć powtarzalność pomiarów. W oferowanej przez nas wersji zastosowano między innymi układ czasowy z rodziny TLC555 oraz stabilizację napięcia zasilającego część pomiarową.

Ma to szczególne znaczenie przy współpracy z nowoczesnymi mikrokontrolerami pracującymi z napięciem 3,3 V, takimi jak ESP32. W części starszych lub zamiennych modułów V1.2 można spotkać inne wersje układu 555 albo odmienne wykonanie sekcji zasilania, dlatego zachowanie dwóch wyglądających podobnie czujników nie zawsze musi być identyczne.

Nie oznacza to jednak, że oznaczenie V2.0 automatycznie gwarantuje określoną dokładność pomiarową. Jest to nadal niewielki moduł przeznaczony przede wszystkim do elektroniki, automatyki hobbystycznej, prototypowania i systemów nawadniania. W zastosowaniach wymagających porównywalnych wyników zalecamy wykonanie indywidualnej kalibracji czujnika w docelowym podłożu.

Dzięki prostemu interfejsowi trzyprzewodowemu moduł można łatwo wykorzystać między innymi do budowy automatycznego podlewania roślin, monitorowania doniczek, szklarni, stanowisk eksperymentalnych oraz projektów IoT związanych z uprawą roślin.

Dlaczego warto

• Pomiar pojemnościowy — bez odsłoniętych elektrod pomiarowych.
• Mniejsza podatność na korozję niż w prostych czujnikach rezystancyjnych.
• Analogowy sygnał AOUT — łatwy odczyt przez większość mikrokontrolerów.
• Szeroki zakres zasilania 3,3–5,5 V.
• Kompatybilność z Arduino i ESP32.
• Prosta kalibracja programowa dla konkretnej gleby i rośliny.
• Przewód połączeniowy w zestawie.
• Dobre rozwiązanie do automatyki podlewania, IoT i projektów edukacyjnych.