مستشعر رطوبة التربة

المكونات 10-05-23

800 0

تعريف مستشعر رطوبة التربة

مستشعر رطوبة التربة هو جهاز يستخدم لقياس محتوى الرطوبة في التربة. يتألف المستشعر عادةً من جزئين: جزء يدخل في التربة ويقيس محتوى الرطوبة، وجزء يربط بالجزء الأول ويقوم بإرسال الإشارة الناتجة من المستشعر إلى الجهاز الذي يتم استخدامه لعرض القراءات أو التحكم في نظام الري الذكي.

يتوفر المستشعر بأنواع مختلفة، مثل المستشعرات الرقمية والتناظرية، والتي تتميز بطريقة توصيلها بالدائرة الكهربائية، كما تختلف أيضًا في مدى القراءات التي يمكنها قياسها ودقتها.

تستخدم أنظمة الري الذكية بشكل واسع المستشعرات لقياس محتوى الرطوبة في التربة وتحديد الكمية الصحيحة من المياه التي يجب إضافتها. يمكن برمجة النظام لتنفيذ خطط الري المختلفة بناءً على قراءات المستشعر، ويمكن أيضًا الاتصال بالمستشعرات عن بُعد لمراقبة حالة التربة والمحاصيل في الوقت الفعلي.

أنواع حساسات رطوبة التربة

توجد العديد من أنواع حساسات رطوبة التربة، وفيما يلي بعض الأنواع الشائعة:

حساسات التردد اللاسلكية: تستخدم هذه الحساسات إشارات تردد لاسلكية لقياس مستوى الرطوبة في التربة، وتتميز بسهولة الاستخدام والتركيب.
حساسات السعة: تتحكم هذه الحساسات في السعة الكهربائية للتربة، وتعتمد على طريقة القياس باستخدام مكثفات والتي تتأثر بتغير الرطوبة في التربة.
حساسات الاستجابة الكهروكيميائية: تستخدم هذه الحساسات مواد حساسة للرطوبة، تعمل على تغيير الخصائص الكهربائية في الحساس، وتحول القيمة الناتجة إلى قيمة تناسب مستوى الرطوبة.
حساسات المقاومة: تستخدم هذه الحساسات تقنية تغير المقاومة الكهربائية بناءً على مستوى الرطوبة في التربة.
حساسات الترانزستور: تستخدم هذه الحساسات مبدأ تغيير الخصائص الكهربائية للترانزستور بناءً على مستوى الرطوبة في التربة.

يجب الاختيار بعناية لنوع الحساس المناسب لاستخدامه في نظام الري الذكي، حيث يتوفر كل نوع من هذه الحساسات بخصائص ومواصفات مختلفة تناسب تطبيقات معينة.

دبابيس استشعار رطوبة التربة

يمكن أن تختلف دبابيس مستشعر رطوبة التربة حسب الطراز والشركة المصنعة. ومع ذلك ، فإن معظم أجهزة استشعار رطوبة التربة عادة ما يكون لها دبابيس:

دبوس VCC (أو VDD): هذا هو دبوس إمداد الطاقة الذي يستخدم لتوفير جهد إمداد للمستشعر. قد يختلف جهد الإمداد وفقًا للطراز والشركة المصنعة ، ولكنه عادة ما يكون 3.3 فولت أو 5 فولت.
دبوس الإشارة: هو الدبوس الذي يرسل بيانات القياس من المستشعر إلى البطاقة الإلكترونية أو إلى وحدة التحكم الدقيقة. يختلف جهد الخرج لهذا الدبوس تبعًا لمستوى الرطوبة الذي يكتشفه المستشعر.
الدبوس الأرضي (GND)

متحكمات دقيقة ومستشعر رطوبة التربة

يتم استخدام المتحكمات الدقيقة (Microcontrollers) بشكل شائع في تطبيقات نظم الري الذكي التي تستخدم حساسات رطوبة التربة. يمكن استخدام المتحكمات الدقيقة لتحويل إشارة المستشعر إلى قراءات رقمية دقيقة يمكن استخدامها لتحديد متطلبات الري وضبط مستويات المياه بشكل أكثر فعالية.

يمكن توصيل مستشعر رطوبة التربة بالمتحكم الدقيق باستخدام واجهات مختلفة، مثل واجهة التسلسل الزمني (Serial interface) أو واجهة الإدخال الرقمية/الإخراج الرقمي (Digital input/output interface). يمكن أيضًا استخدام المتحكمات الدقيقة للتحكم في نظام الري وتنفيذ وظائف مثل التحكم في صمامات الري والمضخات بناءً على مستوى الرطوبة في التربة.

تتميز المتحكمات الدقيقة بأنها صغيرة الحجم وتتمتع بمرونة عالية في التحكم والبرمجة، كما أنها تستهلك طاقة قليلة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في أنظمة الري الذكي التي تعمل بالطاقة الشمسية أو البطارية.

اردوينو ومستشعر رطوبة التربة

يستخدم نظام اردوينو بشكل شائع في تطبيقات نظم الري الذكي التي تستخدم حساسات رطوبة التربة. يمكن توصيل مستشعر رطوبة التربة بلوحة اردوينو باستخدام واجهة الإدخال الرقمية/الإخراج الرقمي (Digital input/output interface) عن طريق توصيل الأسلاك بالأرجاء المناسبة على اللوحة.

عندما يكون المستشعر موصولًا باللوحة، يمكن استخدام لغة البرمجة الخاصة بالـ اردوينو للتحويل من إشارة المستشعر إلى قراءات رقمية دقيقة، ومن ثم استخدامها لتحديد متطلبات الري وضبط مستويات المياه بشكل أكثر فعالية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام لوحة اردوينو للتحكم في نظام الري وتنفيذ وظائف مثل التحكم في صمامات الري والمضخات بناءً على مستوى الرطوبة في التربة.

يمتلك اردوينو مجموعة من المداخل والمخارج الرقمية والتناظرية التي يمكن استخدامها لتوصيل مختلف أنواع الحساسات، بما في ذلك مستشعرات رطوبة التربة. يمكن استخدام برامج مثل Arduino IDE للبرمجة والتحكم في النظام الذي يعمل بمستشعر رطوبة التربة بواسطة اردوينو.

برمجة حساس رطوبة التربة

إليك بعض الأمثلة على برمجة حساس رطوبة التربة باستخدام لوحة Arduino ولغة البرمجة الخاصة بها (Arduino IDE):

1- قراءة قيمة الرطوبة الحالية:

يمكن استخدام الكود التالي لقراءة قيمة الرطوبة الحالية من المستشعر وطباعتها على وحدة العرض الرقمية (LCD):

int soilPin = A0; // تعيين رقم المدخل الأنالوجي للحساس
int soilMoistureValue = 0; // تعيين قيمة الرطوبة الأنالوجية المقروءة

void setup() {
  Serial.begin(9600); // تهيئة المنفذ التسلسلي
}

void loop() {
  soilMoistureValue = analogRead(soilPin); // قراءة القيمة الأنالوجية من المستشعر
  Serial.print("Soil Moisture Value: ");
  Serial.println(soilMoistureValue); // طباعة القيمة على وحدة العرض الرقمية
  delay(1000); // انتظار لمدة ثانية واحدة
}

int soilPin = A0; // تعيين رقم المدخل الأنالوجي للحساس

int soilMoistureValue = 0; // تعيين قيمة الرطوبة الأنالوجية المقروءة

void setup() {

Serial.begin(9600); // تهيئة المنفذ التسلسلي

}

void loop() {

soilMoistureValue = analogRead(soilPin); // قراءة القيمة الأنالوجية من المستشعر

Serial.print("Soil Moisture Value: ");

Serial.println(soilMoistureValue); // طباعة القيمة على وحدة العرض الرقمية

delay(1000); // انتظار لمدة ثانية واحدة

}

2- التحكم في نظام الري بناءً على مستوى الرطوبة:
يمكن استخدام الكود التالي لتحديد مستوى الرطوبة المطلوب وتشغيل مضخة الري عندما ينخفض مستوى الرطوبة إلى الحد الأدنى:

int soilPin = A0; // تعيين رقم المدخل الأنالوجي للحساس
int pumpPin = 13; // تعيين رقم المخرج الرقمي لتشغيل مضخة الري
int soilMoistureThreshold = 300; // تعيين الحد الأدنى لمستوى الرطوبة

void setup() {
  pinMode(pumpPin, OUTPUT); // تعيين المخرج الرقمي كمخرج
}

void loop() {
  int soilMoistureValue = analogRead(soilPin); // قراءة القيمة الأنالوجية من المستشعر
  
  if (soilMoistureValue < soilMoistureThreshold) { // إذا كانت الرطوبة أقل من الحد الأدنى
    digitalWrite(pumpPin, HIGH); // تشغيل مضخة الري
  } else { // إذا كانت الرطوبة أعلى من الحد الأدنى
    digitalWrite(pumpPin, LOW);

int soilPin = A0; // تعيين رقم المدخل الأنالوجي للحساس

int pumpPin = 13; // تعيين رقم المخرج الرقمي لتشغيل مضخة الري

int soilMoistureThreshold = 300; // تعيين الحد الأدنى لمستوى الرطوبة

void setup() {

pinMode(pumpPin, OUTPUT); // تعيين المخرج الرقمي كمخرج

}

void loop() {

int soilMoistureValue = analogRead(soilPin); // قراءة القيمة الأنالوجية من المستشعر

if (soilMoistureValue < soilMoistureThreshold) { // إذا كانت الرطوبة أقل من الحد الأدنى

digitalWrite(pumpPin, HIGH); // تشغيل مضخة الري

} else { // إذا كانت الرطوبة أعلى من الحد الأدنى

digitalWrite(pumpPin, LOW);

دور حساس رطوبة التربة في الروبوتات

يمكن استخدام حساس رطوبة التربة في الروبوتات الزراعية للكشف عن مستوى الرطوبة في التربة وتحديد متى يجب ري المحصول. يمكن تثبيت المستشعر في نهاية الذراع الروبوتية التي تستخدم للحرث والزراعة. عندما يتم تشغيل الروبوت، يتحرك حول المزرعة ويستخدم المستشعر لقياس مستوى الرطوبة في كل منطقة. إذا كان مستوى الرطوبة أقل من المستوى المحدد، يقوم الروبوت بتحريك ذراعه الروبوتية لتفريغ المياه على التربة. يمكن أيضًا استخدام حساس رطوبة التربة في الروبوتات الزراعية لتحديد أين يجب زراعة المحاصيل بالتحديد، حيث يمكن أن يحدد الحساس المناطق الأكثر رطوبة في المزرعة ويقوم الروبوت بالزراعة في تلك المناطق.

دور حساس رطوبة التربة في أنظمة الري الذكية

يلعب حساس رطوبة التربة دورًا حاسمًا في أنظمة الري الذكية. حيث يتم استخدام المستشعر لقياس مستوى الرطوبة في التربة بشكل دوري، ويتم إرسال البيانات إلى نظام التحكم الذكي لاتخاذ قرار بالنسبة للري.

عندما يكون مستوى الرطوبة في التربة منخفضًا، يقوم نظام التحكم الذكي بتشغيل نظام الري لزيادة مستوى الرطوبة في التربة. وعندما يكون مستوى الرطوبة في التربة عاليًا، يمكن لنظام التحكم الذكي إيقاف نظام الري.

يمكن أيضًا استخدام حساس رطوبة التربة في أنظمة الري الذكية لتحديد مقدار المياه المطلوبة للري. يتم تحديد الكمية المطلوبة من المياه عن طريق قياس مستوى الرطوبة في التربة وتحديد الكمية المطلوبة من المياه لزيادة مستوى الرطوبة إلى المستوى المطلوب. هذا يساعد في تحسين كفاءة استخدام المياه وتوفير المياه في الزراعة.