Датчики влажности

Влажность нужна роботу в теплице, климатической станции, сушильной камере или проекте автоматического полива. Но «влажность воздуха» и «влажность почвы» — разные измерения. Их нельзя сравнивать одной шкалой без уточнения датчика и условий.

Коротко

Датчики воздуха обычно измеряют относительную влажность RH и почти всегда требуют учитывать температуру. Датчики почвы измеряют электрические свойства грунта, поэтому их калибруют на конкретной земле, воде и глубине установки.

Зачем это нужно

В учебной теплице программа может включать вентилятор, если воздух слишком влажный, и насос, если грунт пересох. Для воздуха важны поток и температура около растения. Для почвы важны тип грунта, глубина, соль, контакт и коррозия электродов.

Один и тот же код 620 с аналогового входа может означать влажную землю в одном горшке и почти сухую в другом. Поэтому сначала смотрят сырые значения, затем калибруют диапазон под свою задачу.

Примеры датчиков

Датчик	Где применяют	Выход	Что важно сравнить
DHT22	воздух в комнате или теплице	цифровой	простой, но медленный; даёт RH и температуру
SHT31	воздух, учебная метеостанция	I²C	выше стабильность и точность, чем у дешёвых DHT-модулей
AHT20	компактные метеомодули	I²C	похожая задача, другой корпус и библиотека
Capacitive soil	влажность грунта	аналоговый	меньше коррозии, но шкала условная
YL-69	влажность грунта	аналоговый/цифровой	дешёвый, но электроды быстро корродируют

Главный вопрос: что именно измеряет датчик? DHT22, SHT31 и AHT20 относятся к воздуху, а почвенные зонды оценивают свойства грунта. Поэтому их данные требуют разных слов, таблиц и калибровки.

Главная идея

Относительная влажность воздуха показывает, насколько воздух близок к насыщению водяным паром при текущей температуре. Если воздух нагреть, способность удерживать пар меняется, и RH может измениться даже без добавления воды.

Почвенный датчик не знает, сколько миллилитров воды находится в горшке. Он видит электрическую проводимость или ёмкость около щупа. На результат влияют состав грунта, соли, плотность, глубина и форма электродов.

Воздух: относительная влажность

Цифровые датчики воздуха обычно выдают пару значений: температуру и RH. Это удобно, потому что температура нужна для интерпретации влажности и проверки условий измерения.

Признак	Что проверить
Поток воздуха	датчик не должен быть заперт в глухом корпусе
Нагрев платы	стабилизатор и процессор могут повышать локальную температуру
Конденсат	капля воды на корпусе делает показание недостоверным
Период опроса	DHT22 нельзя опрашивать как быстрый датчик линии

Для метеостанции лучше сохранять сразу air_temperature_c, relative_humidity_percent и время измерения. Так потом видно, при какой температуре получена влажность.

Почва: локальная шкала

Резистивный YL-69 пропускает ток через грунт между электродами. Это просто, но электроды окисляются, а соли в земле сильно меняют код. Ёмкостный датчик обычно долговечнее, потому что не использует открытые электроды как часть цепи постоянного тока, но его выход тоже не является готовыми процентами воды.

Рабочая калибровка обычно выглядит так:

1. измерить сырой код в сухом грунте, который считается «сухим» для задачи;
2. измерить код во влажном грунте после полива и стабилизации;
3. проверить несколько промежуточных состояний;
4. сохранить условия: тип земли, глубину, напряжение питания и модель датчика.

Что запомнить про влажность

• RH — относительная влажность воздуха, а не количество воды в граммах.
• Воздушные датчики влажности нужно читать вместе с температурой.
• Почвенные датчики дают локальный условный код и требуют калибровки.
• Резистивные электроды дешевы, но подвержены коррозии.
• Названия переменных должны различать air_humidity и soil_moisture.

Практика

1. Сравните показания DHT22 или SHT31 около платы и на расстоянии от неё.
2. Для почвенного датчика запишите сырые коды в сухом, слегка влажном и мокром грунте.
3. Придумайте имена переменных для влажности воздуха и почвы так, чтобы их нельзя было перепутать.

Проверьте себя

1. Почему 60% RH при разной температуре — не одно и то же состояние воздуха?
2. Почему почвенный датчик нельзя считать универсальным процентом влажности?
3. Чем ёмкостный почвенный датчик практичнее резистивного?
4. Какие условия нужно записать вместе с результатами калибровки?

Ориентиры для самопроверки

Сначала ответьте без подсказки. Ответ можно считать полным, если вы:

• формулируете основную мысль своими словами;
• называете важные условия, ограничения или меры безопасности;
• для схемы, кода или расчёта показываете ход решения и ожидаемый результат.

Если один из пунктов объяснить не получается, найдите соответствующую главу статьи, перечитайте её и повторите ответ.

Словарь статьи

• Относительная влажность — отношение текущего содержания водяного пара к максимально возможному при данной температуре.
• Почвенная влажность — локальная характеристика грунта около зонда.
• Коррозия — разрушение электродов из-за химических и электрических процессов.
• Калибровка — привязка сырых значений к рабочей шкале проекта.

Связанные темы

• Датчики температуры — почему температура нужна для понимания влажности воздуха.
• Калибровка датчиков — как переводить сырые коды в рабочий диапазон.
• АЦП — как читать аналоговый выход почвенного датчика.

Источники

• Aosong. DHT22 / AM2302 datasheet.
• Sensirion. SHT3x humidity and temperature sensors.
• Adafruit. AHT20 Temperature & Humidity Sensor.