Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Problemlösungen und Hinweise von allgemeinem Interesse zur Haussteuerung mit HomeMatic

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funkleuchtturm
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Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von funkleuchtturm » 15.11.2013, 09:27

Auf meiner Homepage gibt´s hierzu ein Update: http://www.stall.biz/?project=robuster- ... seneinsatz

Das Thema "Bodenfeuchte" ist in diesem Forum schon häufiger diskutiert worden, insbesondere weil fertige geeignete Lösungen für die Homematic nicht vorhanden sind. Ziel ist, die automatische Bewässerung möglichst nach dem Bedarf der Pflanzen auszurichten aber auch um den Wasserbedarf zu reduzieren.

Die messtechnischen Möglichkeiten der Messung der Bodenfeuchte oder auch Erdfeuchte sind hauptsächlich Leitfähigkeitsmessungen mit Gleichstrom oder Wechselstrom und Messungen mit Hochfrequenzoszillatoren.

Einfache Leitfähigkeitsmessungen wären nach Messungen hier http://arduino-praxis.ch/2012/07/fazit- ... chtigkeit/ gar nicht mal so schlecht, wenn die als Elektroden verwendeten Nägel nicht nach kurzer Zeit wegkorrodiert wären. Die Lösung wäre die Messung mit Wechselspannung, um eine Elektrolyse zu verhindern. Im Hinblick auf eine einfache Homematic-Lösung mit wenig Umbauaufwand und im Hinblick auf möglichst niedrigen Batterieverbrauch möchte ich hier eine andere Lösung vorstellen:

Bei Versuchen mit dem Funk-Temperatursensor als universellen analogen Eingang http://homematic-forum.de/forum/viewtop ... 31&t=15192 habe ich gemessen, dass der NTC-Messwiderstand alle 60s Minuten für nur ca. 13ms bestromt wird ( Tastverhältnis 13/60000 !!) . Ein Grund ist der möglichst niedrige Stromverbrauch des Sensors. Wenn man nun statt des NTCs in ähnlicher Weise die Leitfähigkeit des Bodens misst, dann wäre der elektrolytisch wirksame Stromeintrag äußerst gering. Demnach könnte zumindest theoretisch eine Korriosion der Elektroden wirksam verhindert werden.

Die praktische Umsetzung ist einfach mit nachfolgendem Bild erklärt:
Erdfeuchtesensor.jpg
Als rostfreie Elektroden werden zwei Nirosta-Fahrradspeichen verwendet, die einfach mit dem Deckel des Funk-Temperatursensors verschraubt werden. Kontaktiert werden die Elektroden mit zwei Lötösen, an welche die zwei Widerstände angelötet werden. Diese Widerstände sind notwendig, um die typischen Messwerte auf den Wertebereich von -40°C bis +80°C zu transformieren. Deckel zu und fertig!

Die ersten Messungen haben gut funktioniert. Schauen wir mal, wie sich das Gerätchen in den nächsten Monaten verhält.

Bei möglichen Nachbauern freue ich mich auf Erfahrungsberichte.

P.S.:Natürlich könnte man das Gerät auch sehr gut als drahtlosen Füllstandsschalter für Schwimmbecken, Regentonnen etc. verwenden.

Nachtrag: Hier noch ein Programm zur Auswertung
1. Systemvariable bodenfeuchte alsWerteliste mit zu trocken;gut;zu nass anlegen
2. Steuerprogramm mit...
wenn Temperatursensor kleiner als 80°C , Auslösen auf Aktualisierung
dann Skript
3. Skript:

Code: Alles auswählen

!berechnet aus dem Temperaturwert einen qualitativen Wert für bodenfeuchte

real  boden_feuchte = dom.GetObject("BidCos-RF.IEQ0405570:1.TEMPERATURE").Value();
integer b_feuchte  = 0; !zu trocken
if (boden_feuchte > 20.0) {b_feuchte  = 1;} !gut
if (boden_feuchte > 50.0) {b_feuchte  = 2;} !zu nass


dom.GetObject("bodenfeuchte").State(b_feuchte);
Update hier: http://homematic-forum.de/forum/viewtop ... or#p136699
Zuletzt geändert von funkleuchtturm am 10.11.2014, 19:09, insgesamt 7-mal geändert.
Viele Gruesse
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Re: Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von Goglo » 15.11.2013, 12:09

Das sind ja gute Neuigkeiten und stellen die simple Lösung in neuem Licht dar. Ich messe schon seit längerer Zeit einfach mit Graphitelektroden um die Korrosion zu vermeiden. "Graphitelektrode" klingt jetzt hochtrabend, die bekommt man aber in jedem Schreibwarengeschäft als Druckbleistiftminen zu kaufen. Um die Enden habe ich die abisolierte Litze gewickelt und das funktioniert soweit. Den "Meßbereich" hat bei mir irgendwie gepasst, eine "Kalibrierung" ist durch unterschiedliche Elektrodenabstände machbar. In dem Graph unten sind die Elektroden für den schwarzen weiter auseinander als für den grünen. Das blaue unten ist die Bewässerung, die regelmäßig jede Nacht für zwei Minuten anspringt. Die Unregelmäßigkeit kommt sicherlich durch die Kompressionsfunktion der HighCharts zustande, ich kann mir nicht vorstellen, dass die Bewässerung wirklich mehrere Tage ununterbrochen lief. Unten im "Navigator" ist die relative Luftfeuchtigkeit für bis vor einer Woche abgetragen - da habe ich den Aussenfühler dann an die CCU2 angelernt.

Ein Graph zeigt die vergangenen fünf Wochen, der andere diese Woche. Der Sprung im grünen Graphen kommt daher, dass ich eben den Abstand der Elektroden leicht - also 4-6mm verringert habe.

In den Sommermonaten sieht man den Zusammenhang zwischen Bewässerung und Feuchtigkeitssprung besser. Ich hab' mich aber noch nicht "getraut" die Bewässerung automatisiert über Schwellwerte einzustellen. Die Frage "Regen ist nichtleitend und Leitungswasser leitet" wollte ich erst einmal über Messreihen klären. Bin aber den ganzen Sommer über nicht dazu gekommen. Aber nun bekommt die ganze Geschichte ja wieder neuen Schwung.
Dateianhänge
Bildschirmfoto 2013-11-15 um 10.14.22.png
1 Woche mit Sprung vom Elektroden umsetzen
Bildschirmfoto 2013-11-15 um 09.44.34.png
5 Wochen
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Re: Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von funkleuchtturm » 15.11.2013, 13:38

Hallo Goglo,
mit großem Interesse habe ich Deine Messreihen angesehen. Der Feuchtigkeitssprung bei Bewässerung scheint mir etwas gering zu sein. Ich werde hierzu auch mal einige Tage das Signal aufzeichnen.
Goglo hat geschrieben:Ich messe schon seit längerer Zeit einfach mit Graphitelektroden um die Korrosion zu vermeiden
Hast Du selber Erfahrungen in Verbindung mit metallischen Elektroden und dem Temperatursensor gemacht oder ist die Verwendung der Graphitelektroden nur eine Vorsichtsmassnahme gewesen ?
Ich meine (hoffe), dass wir mit stabilen Edelstahlelektroden (Fahrradspeichen) in dieser Konstellation keine Korrosionsprobleme haben werden, weil die Zeitabschnitte, in denen Elektrolyse bzw. Korrosion auftreten kann, äußerst klein sind. Das ist ähnlich wie bei der Widerstandsmessung mit Wechselspannung. Elektrolyse braucht immer einige Zeit, bis die Prozesse angelaufen sind.

Aber das Thema optimale Elektrodenform ist sicher auch noch nicht gelöst.
Welcher Abstand ist optimal ?
Welche Eintauchtiefe sollte man nehmen?
Ist es besser, die Elektroden bis auf die eigentlichen Spitzen (ca. 10mm) zu isolieren, damit wirklich nur im Pflanzenballen gemessen wird (ähnlich Bratenthermometer)?
Darüberhinaus wirken natürlich noch andere Einflüsse wie beispielsweise Salzgehalt des Bodens, usw.

Sind die genannten Einflüsse für unsere einfachen qualitativen Aussagen überhaupt relevant? Denn interessant ist doch letztlich nicht der genaue physikalische Wert der Bodenfeuchte, sondern eigentlich nur die qualitative Aussage, ob der Rasen, der Garten, die Blumen gewässert werden müssen.

Vielleicht können wir das System durch praktische Versuche weiter verbessern.
Viele Gruesse
Eugen
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Re: Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von Goglo » 15.11.2013, 16:00

Die Graphitelektroden habe ich genommen, weil ich mich noch genau an die ursprünglich verchromten Achsen aus meinem Fischertechnik-Baukasten erinnern kann, die ich zu meinen ersten Bodenfeuchtemessungen im Blumentopf benutzt hatte: Die waren komplett korrodiert - es wird aber auch eine konstanter Strom geflossen sein.

Zum Abstand der Elektroden kann ich nur soviel sagen, dass die schwarzen 5cm und die grünen 3cm voneinander im Boden fast vollständig versenkt sind. Bei mir sind es auch nur Blumenkästen, weshalb ich auf ein tiefes verbuddeln und isolieren verzichten kann. Die beiden stehen auch nicht allzuweit voneinander entfernt und werden gleichzeitig bewässert. Wobei beim grünen Graphen die Elektroden ein paar cm näher an dem nächsten Tropfer sind als beim schwarzen. Aber sollte dieses bisschen Entfernung so viel in dem Ausschlag beim bewässern machen?

Ich hab' übrigens noch andere Auswertebeispiele, die schlüssiger oder auch unschlüssiger sind.
Dateianhänge
Bildschirmfoto 2013-11-15 um 15.59.00.png
Hier scheint jedes Bewässern beim einen zu Trockenheit und beim anderen zu Feuchtigkeit zu führen.
Bildschirmfoto 2013-11-15 um 15.54.42.png
Interessanter gegenläufiger Ausschlag. Beim einen wird's trockener, beim anderen feuchter.
Bildschirmfoto 2013-11-15 um 15.23.50.png
Hier hat es wohl geregnet und die nächtliche Bewässerung zeigt unmittelbare Auswirkung
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Re: Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von funkleuchtturm » 15.11.2013, 16:29

Hattest Du die Messungen mit dem Temperatursensor so wie ich durchgeführt oder waren es reine Gleichstrommessungen? Wenn es Gleichstrommessungen waren, dann könnten evtl. durch Salze im Erdmaterial elektrolytische Effekte entstehen, die vielleicht diese seltsamen Messergebnisse erklären könnten.
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Re: Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von Goglo » 16.11.2013, 10:50

Die Fischertechnikgeschichte liegt in meinen Jugendjahren und wurde mit dem "elektronik-Grundbaustein" oder so gebaut. Von daher weiss ich nicht so genau, wie genau die Schaltung war. Die aktuellen Graphen kommen alle von den HM-Thermometern, sind also wie du schreibst Kurzzeitmessungen. Ich habe die Sensoren jetzt mal an meine neue CCU angelernt und die Elektroden neu gesteckt. Mal schau'n wie's nun aussieht.
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Re: Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von funkleuchtturm » 16.01.2014, 21:07

Seit 2 Monaten hab ich nun den selbstgebauten Leitfähigkeitssensor mit Modifikation des Temperatursensors in Betrieb.
Die Änderungen der Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Bodenfeuchte sind zwar gering, aber m.E. ausreichend für die Feststellung, ob die Blumen gegossen werden müssen oder nicht.
Kritisch war für mich anfänglich die Frage, ob durch die verwendete Leitfähigkeitsmessung mit Gleichstrom eine Korrosion der von mir verwendeten Edelstahlsensoren (Fahrradspeichen) stattfindet. Dies ist aber nach jetzigem Augenschein nur äusserst gering der Fall; wahrscheinlich weil bei dem HM-Temperatursensor die eigentliche Messung nur während einiger Millisekunden alle paar Minuten stattfindet. Bei einem so kurzen Tastverhältnis kann eine Elektrolyse offensichtlich kaum stattfinden. Zumindest scheint die Elektrodenkorrosion kein Problem zu sein. Ich werde im Frühjahr meine Balkonblumen mit so einem Sensor ausstatten und die Bewässerungsanlage schalten. Schaun wir mal!
Viele Gruesse
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Re: Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von Wortmann30 » 05.10.2014, 20:08

Hallo zusammen,

habe mir auch so einen Sensor zusammengebaut das geht soweit aber ich habe mich gefragt ob es geht die Sprünge zwischen trocken und nass grösser zu machen? Das müsste doch über das Verhältnis der beiden Wiederstände 100k und 2k2 gehen...

Wie wurden denn das Verhältnis berechnet?
Grüsse


To be continued...

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Re: Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von funkleuchtturm » 05.10.2014, 20:17

... hier gibt´s ein Update! http://homematic-forum.de/forum/viewtop ... or#p136699
Sensor funktioniert bei mir prima seit Anfang des Jahres.
Viele Gruesse
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Re: Bodenfeuchte messen mit umgebautem Temperatursensor

Beitrag von Wortmann30 » 06.10.2014, 12:06

Hi

super danke!!!
Grüsse


To be continued...

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