Bodemvocht Prototypes en Experimenten
Hier zullen we de ontwikkeling van prototypes documenteren.
De laatste versie van de PCB en arduino firmware zijn te vinden op https://github.com/meetjestad/mjs_soil_moisture
Een To Do lijst met ideeën voor verbeteringen en experimenten is te lezen én aan te vullen: http://kladblok.planb.coop/p/meetjestadwater
Proefopstelling (8-11-2020)
Om de werking van de bodemvochtsensoren beter te kunnen testen is tijdens de bouw/experimenteer sessies het idee ontstaan om een speciale proefopstelling te bouwen.
De proefopstelling bestaat uit een kleine versie bodemvocht prototype met 1 electrode. De sensor wordt geplaatst in een PVC cilinder waar aan de onderkant een gaas is bevestigd met daarop filter papier. De PVC cilinder wordt rond de sensor gevuld met aarde. De PVC cilinder wordt vervolgens in een bak geplaatst die voorzien is van een aftapkraantje, zodat water uit de PVC cilinder weg kan lopen. De gehele opstelling is geplaatst op een load cell die verbonden is aan een ADS1115 ADC. Het signaal van de load cell wordt gemeten als het verschil tussen kanaal 0 en 1 van de ADC, met een gain van 16.
Als eerste experiment is de opstelling gevuld met een mix van droge aarde uit de wijk Schothorst afskomstig van 10-40cm diepte. Daarna is er vanaf boden water aan de aarde toegevoegd totdat het water er aan de onderkant van de cilinder weer uit stroomde. Er wordt aangenomen dat de bodem op dit punt verzadigd is. Daarna laten we de bodem uitdrogen, terwijl elke 15 minuten zowel het signaal van de bodemvochtsensor wordt gemeten als het signaal van de load cell. De verwachting is dat we zo een plot kunnen maken van de output van de bodemvocht-sensor ten opzichte van het bodemvochtgehalte.
De data van deze proefopstelling wordt verzonden naar de Meet Je Stad database. Meetkast 417, stuurt het signaal van de bodemvochtsensor door en door meetkast 203 wordt het signaal van de load cell doorgestuurd.
Prototypes sensoren voor pilot
Voor de pilot met bodemvocht sensoren in de gemeente Amersfoort is ten opzichte van eerdere prototypes gekozen om de sensoren dicht te maken van onderen, zodat er geen water (of aarde) in de binnenbuis kan lopen. Dit is gedaan om de interpretatie van de data en de kalibratie makkelijker te maken omdat er geen rekening hoeft worden gehouden met bijdrage van water / aarde in de buis.
Het plaatsen van de sensoren is daarom met de grondboor gedaan en dit is een flinke klus, zeker wanneer
- De bodem erg droog is, dan blijft de aarde nauwelijks in de kamer van de grondboor zitten
- Er wortels in de bodem zitten
- Er een bodemlaag met kiezels zit
Wanneer we de kalibratie van de data met deze 'simpele' gesloten sensor onder de knie hebben willen de optie van een open binnenbuis en plaatsen van de sensor met waterdruk weer verder gaan verkennen.
In een aantal bouw-sessies met deelnemers van Meet Je Stad zijn 10 van deze bodemvocht sensoren gemaakt. Op bovenstaande figuur is de binnenbuis van de sensor te zien met daarop de electroden /koperstrips op 10,40,80 en 120cm vanaf het maaiveld. De koperstrips zijn 10cm lang, 2.7 cm breed en tussen de koperstrips zit 1 cm ruimte. Aan de achterkan van de buis zitten tussen de electroden kleine temperatuur-sensoren (NTCs). De PCB is ten opzichte van eerdere ontwerpen aangepast zodat deze in een 40mm buis past en alle electronica dus in de buitenbuis zit. Vanaf de PCB lopen er 16 kabels de buis in naar 4 paar electroden en 4 NTCs. Aan de bovenkant van de PCB zit een kabel met 6 kernen. 4 voor de I2C verbinding en 2 om indien nodig de microcontroller op de PCB te kunnen herprogrammeren zonder de sensor te hoeven openmaken.
De buitenbuis is aan de bovenkant afgesloten met een afsluitdop, voorzien van een wartel waar de kabel naar buiten komt. Op de meetse locaties is direct naast de sensor een paaltje geplaatst met een Meet Je Stad meetkastje. Op de PCB in het meetkastje is een extra pin header gesoldeerd waarde kabel van de sensor op kan worden aangesloten.
De grootste uitdaging in het bouwen van de sensor is het leggen van de kabels van de PCB naar de electroden en de NTCs. Dit neemt verreweg het meeste tijd in beslag en vereist het nodige geduld en nauwkeurigheid. Om te komen tot een DIY sensor die eenvoudig in elkaar te zetten is, zal dit deel van het assembleren nog verbeterd moeten worden. Tijdens de bouw-sessies is al geexperimenteerd met het gebruik van flat cable in plaats van losse draden. Om plek te maken voor de dikkere flat cable is de binnenbuis aan 1 kant afgeschaafd. Het leggen van de draden wordt hierdoor een stuk makkelijker, alleen het solderen van de draden aan de PCB nam weer meer tijd in beslag.
Uit de bouw-sessies zijn een aantal vervolgstappen en ideeen gekomen om verder mee aan de slag te gaan:
- Flat cable connector op PCB plaatsen zodat flat cable eenvoudig gekoppeld kan worden
- Een flex PCB ontwerpen die op de binnenbuis geplakt kan worden en er dus geen draden meer hoeven te worden gedrukt
- Binnenbuis helemaal voorzien van kopertape en hierin banen snijden met bijv. de vinylsnijder
- Een proefopstelling bouwen om de sensoren te testen in verschillende soorten bodem met een gecontroleerd vochtgehlate.