Trådløs jordfuktighetssensor fra sensor til skjerm
Et internt FoU-prosjekt der vi bygget hele kjeden selv – ingen ferdigmoduler. Fra den analoge sensorkretsen og PCB-design, via embedded firmware, til programvaren som visualiserer målingene i sanntid.
Type
Internt FoU-prosjekt
Disipliner
Elektronikk · Embedded · Software
Status
Under utvikling
// bakgrunn
Hvordan måler man fuktigheten i jorda presist, sender dataene trådløst, og presenterer dem på en måte som faktisk er nyttig?
Det var spørsmålet vi ville svare på. I stedet for å sette sammen ferdige moduler valgte vi å designe hele systemet fra bunnen av, slik at hver del er optimalisert for nøyaktighet og strømforbruk.
Måling av jordfuktighet er viktig fordi det gir verdifull informasjon for landbruk, gartnere og vitenskapelige studier av økosystemer. Kunnskap om fuktighetsnivået gjør det mulig å planlegge vanning mer presist, sikre optimale vekstforhold og spare vann ved å unngå overvanning.
Prosjektet er delt inn i fire tydelige faser: sensordesign, senderkrets, mottak via mikrokontroller, og programvaren som binder alt sammen. Innsikten og metodene vi utvikler her tar vi med inn i kundeprosjekter innen landbruk, miljøovervåking og IoT.
Teknologi i prosjektet
// systemoversikt
Fra jord til skjerm i fire steg
Hele signalkjeden, fra den fysiske målingen i jorda til dataene vises for brukeren.
// målestrategi
Ett stort areal, mange små segmenter
Vi sammenligner arealet med en kube: det deles inn i mange små segmenter – omtrent som blokkene på en Rubiks kube.
Metoden vår for å måle jordfuktighet – ved å observere endringer i elektrisk motstand og kondensatorens ladeprosess – analyserer mange små segmenter av et område. Ved å se for oss at hvert segment er en blokk på kuben, oppnår vi en mer detaljert og nøyaktig måling.
Utfordringen
Med en enkel oppstilling måler vi i praksis et gjennomsnitt av alle småområdene mellom elektrodene. Det skjuler spesifikke fuktige eller tørre soner. Derfor deler vi opp arealet og plasserer én selvstendig sensor i hvert segment – uten behov for ledningsnett.
// slik bygde vi det
De fire fasene i detalj
Hver fase løser sin del av problemet og krever sin egen kompetanse.
FASE 01 · HARDWARE
Design av sensoren
Først måtte vi lage selve føleren – den delen som faktisk merker hvor fuktig jorda er.
Vi designet en sensor som omdanner fuktigheten i jorda til et målbart elektrisk signal. Her er nøyaktighet og stabilitet avgjørende. En god sensor må gi samme verdi for samme fuktighet, uavhengig av temperatur, jordtype og tid.
Vi måler jordens fuktighetsnivå ved å observere hvordan fuktigheten påvirker den elektriske motstanden, som igjen endrer hvor raskt en kondensator i en RC-krets lades opp og utlades. Ved å måle denne ladetiden kan fuktighetsnivået beregnes presist.
→Måleprinsipp
Fuktigheten påvirker jordens elektriske motstand, som endrer lade- og utladetiden til kondensatoren i RC-kretsen. Denne tiden gir oss fuktighetsnivået.
→Kalibrering
Sensoren kalibreres mot kjente fuktighetsnivåer slik at verdiene er til å stole på.
Måleprinsipp: Vi valgte en resistiv tilnærming basert på en RC-krets – ladetiden til kondensatoren gir et presist mål på fuktigheten.
FASE 02 · ELEKTRONIKK
Kretsen som sender verdiene
Når sensoren gir oss en verdi, må den sendes videre – trådløst og strømgjerrig.
Vi designet et kretskort som leser av sensorverdien, behandler signalet og sender det via radio. Siden en slik enhet ofte står ute i felten på batteri, er lavt strømforbruk en sentral del av designet.
→Signalbehandling
Råsignalet fra sensoren forsterkes og filtreres for å fjerne støy før det sendes.
→Trådløs sending
Vi vurderer radioløsninger som gir god rekkevidde med minimalt strømforbruk.
→Strømstyring
Kretsen sover mellom målingene og våkner kun når den skal måle og sende.
→PCB-design
Et kompakt kretskort designet for å være enkelt å produsere og robust i bruk.
FASE 03 · EMBEDDED
Mottak via mikrokontroller
Dataene må fanges opp et sted og gjøres klare for visning.
På mottakssiden bygde vi en enhet med en mottaker koblet til en mikrokontroller. Mikrokontrolleren tar imot de trådløse signalene, tolker dem og gjør dataene tilgjengelige for programvaren. Dette er broen mellom den fysiske verden og det digitale.
→Mottaker
Fanger opp de trådløse signalene fra senderen og videresender dem til mikrokontrolleren.
→Firmware
Embedded programvare som tolker datapakkene, sjekker for feil og strukturerer informasjonen.
FASE 04 · SOFTWARE
Programvaren som viser og styrer
Til slutt gjør vi dataene forståelige – og gir brukeren kontroll.
Vi utviklet programvaren som tar imot dataene fra mikrokontrolleren og presenterer dem på en oversiktlig måte. Brukeren kan følge fuktighetsnivået over tid og styre systemet – for eksempel hvor ofte det skal måle. Dette er der all den underliggende teknologien blir til noe folk faktisk kan bruke.
→Visualisering
Fuktighetsdata vises i sanntid med grafer og tydelige verdier.
→Styring
Brukeren kan konfigurere mikrokontrolleren direkte fra grensesnittet.
→Historikk
Måledata lagres slik at man kan se trender og endringer over tid.
→Varsler
Systemet varsler når fuktigheten blir for lav eller for høy.
// resultat
Et komplett IoT-system som viser hva vi er i stand til å bygge
Prosjektet demonstrerer Valadia sin kjernekompetanse: vi behersker hele kjeden fra analog elektronikk og embedded C, til trådløs kommunikasjon og programvare. Metodene og innsikten vi utvikler her tar vi direkte med inn i kundeprosjekter innen landbruk, miljøovervåking og IoT.
La oss koble
fremtiden sammen.
Send en transmisjon. Vi dekoder ideen, scanner muligheter og svarer innen 24 timer.
- E-postpost@valadia.no
- BaseFredrikstad · Norge