土壌水分測定3

センサーの部分を試行錯誤していましたが、結局アクリルの厚板に1.5φの穴を開けた物を注文して、ハンズで買ってきた1.5φのピアノ線を突っ込んで、ピアノ線をスミチューブＣで被覆して、アクリル板とスミチューブの接合部分に接着剤を厚塗りして、目止めすることにしてみました（接着剤の選択がうまくなくーＰＥＴやＰＰは普通の接着剤じゃつかないー接着剤の処が汚いのは見逃してください）。　アクリルは透明なので、机の色が映っています。
また、出力電圧が0～1ボルト位になるように、差動アンプを入れてみました。　もう少し試行錯誤する必要はありますが、ドライ状態（空気中）で1V程度、水道水にセンサーの根元まで突っ込むと0.01V位まで変化しますので、基本的な考え方は間違っていないと思われます。　（ＬＥＤはロック状態を示す為につけています）。
現時点ではまだ２点ほど問題があります。
1) 電源を入れた時に発信していないことがあるのですが、スペックシート見ているとVcoが1Vを下回ったところの記載がないので、初動時に1V位にしておく必要があるのかもしれません（初期値が0.8V程度になっています）。　
2)初期値（空気中に晒しているときの値）が少し変動するので、これをどうするのかも今後の課題ー無視できる範囲、或いは一定の法則に従うのであればよいのですが、、、。

取りあえずは、過湿土壌、乾燥土壌、その間の見た目でちょうどよい土壌の３種類ほど用意して、更に実用性があるか検討してみることにします。

実用化には、実際に参照サンプルを作って校正する必要がありますが、土壌水分量って体積比％なので、参照サンプルを作るのは簡単ではないですね。　まず、完全乾燥土壌を作って、それに必要な体積の水を入れて作る事になりますが、水は蒸発するので、どうやって参照系を安定に維持するのか考えておかなければなりません。

TDR(Time Domain Reflectrometry) 方というのは、色々な測定に使われているようで、このような針を差し込んで土壌水分を測る装置もあるようです。　ＷＥＢで検索すると色々出てきます。　もっとも、ＴＤＲと検索すると東京ディズニーランドとその関連が出てきちゃうので鬱陶しいです。

簡易土壌水分測定 １

植物の世話は結構面倒ですが、中でも水やりは、小まめに見ていても失敗したりします。
「常に土壌水分量を教えてくれる自動ステーションが在ったらいいなー」ということでWEBで色々検索してみました。
まず、どうやって測定するのか？
　古いところでは；
　　採土法：
　　テンシオメーター法：
　　電気抵抗法：
　これらは、ちょっと連続的に自動で調査するのには適しません。　（電気抵抗法は可能性はありますが、水分量だけでなくて塩分量とかにも影響を受けるので、ちょっと信頼性に不安があります。 Groveで売っている水分センサーは電気抵抗を測っているみたいですが、耐候性はないようですし、今回の想定条件には適合しないようでしたので、対象から外しました）

　新しい方法として、TDR法とキャパシタンス法があるようで、何れも土壌の誘電率から水分量を求める方法のようです。　（水の誘電率が、土粒子、空気などに比べると数十倍大きいため、水分含量により誘電率が大きく変化するのが根拠のようです）

　TDR法で測定する装置は幾つか販売されていますが、一台数万円以上して、ちょっと庭の水やりに気軽に、とか圃場の複数地点に設置してモニタリング、といった用途には向いていないように思います。　この方法で気に入った製品は、鹿児島大学の特許を利用した （株）A.R.Pの水分センサーWD-3です。　U字の伝送路の一方から二つの周波数の信号を流し、もう一方で受けた信号との位相差から伝送路の周りの誘電率を計算させる、方法のようで、とってもスマートな方法だと思います。　製品も「カッコいい」、でも高い！
 　キャパシタンス法というのもありますね。　誘電率だから、当然土壌の容量（キャパシタンス）を測れば分かりますよね。　これだったら出来るかも？　で、またまたキャパシタンスを測る方法をググってみましたが、中々簡単に安くできる方法、というのは難しい。　　
　誘電率の絶対値が必要なわけではなく、相対的に乾燥状態、適切な水分状態、過剰な水分状態、過度の（根腐れしそうな）水分状態、あるいはもう少し細かい程度で分かればよい、というレベルで考えることにして、コストも考え、コンデンサに直流を流した時に充電に掛かる時間を測ってキャパシタンスを測る方法が利用できないか検討することにしました。 　これだと、Arduinoにプローブをつけて出来るかもしれません。

実験１）　Arduinoでコンデンサの容量を測ることはできるのか？

 ArduinoUnoに左のような配線をして、簡単なスケッチを書いて実験してみました。
　TRは被測定Cを放電させるためのスイッチ。　VccからのRは被測定Cの値によって数メガから十メガ位？　ベースにあるRは、1KΩにしていますが、UnoのHigh(５V)でコレクタ、エミッタが出来るだけショートされるように、、、。　
　取りあえず実験なので、手元のTR,R等で作ってますので値には何の根拠もありません。

結果：
　　Vcc+からの抵抗を10MΩにすると左のような結果が得られたので、大凡の容量は簡単に測定できる（数値化できる）事がわかりました。　１０μF以上の容量だと、測定に時間が掛かるのと、小容量は測れません。
　　また放電させる時間は数秒あった方がよさそうです。
  
ところで、土壌ってどの位の容量を持っているのでしょうか？　プローブの間隔とか形状でも違うでしょうが、Pocket L/C Meter Ver. 2で明日以降測ってみることにします。　　大きいのか、小さいのか？？？


=====スケッチ=====
long t0, start;
long v0;
boolean flag=true, display=true;
const int SW = 12;

void close1sec(){
  digitalWrite(SW, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(SW,LOW);
}
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(9600);
  pinMode(SW, OUTPUT);
  close1sec();
  analogReference(INTERNAL);

}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  v0 = analogRead(0);
  t0 = millis();
  //Serial.print(t0);
  //Serial.print(":");
  //Serial.println(v0);
  if (flag && (v0 >= 100 && v0 <= 150)) {
      Serial.print("Started at ");
      Serial.print( t0 );
      Serial.print(" milli sec " );
      Serial.println(v0);
    start = t0;
    flag = false;
  } else if (v0 >= 700 && !flag ){
    flag = true;
      Serial.print( "Ended at" );
      Serial.print(t0);
      Serial.print( "  ");
      Serial.print ("Value = ");
      Serial.print( t0 );
      Serial.print( "-");
      Serial.print(start);
      Serial.print("=");
      Serial.println(t0 - start);
      delay(30000);
      close1sec();
  }
}