Pflanzen-Trocken Alarm wartungsfrei

Version 3 im Einsatz

Probleme gab es immer wieder mit vertrockneten Pflanzen weil vergessen wurde sie zu gießen.
Mir bekannte elektronische Trocken-Warner hatten immer das Problem das man eine Batterie braucht (die man dann doch vergisst auszuwechseln wenn sie leer ist) oder das die Elektroden dauer- bestromt werden und sich recht schnell galvanisch zersetzen (fraglich ob die Zersetzungsprodukte gut für die Pflanzen sind). Dagegen hilft zwar eine Graphit-Elektrode (Bleistiftmiene) aber als wartungsfrei würde ich die Lösung wegen der Batterien nicht ansehen.
Ich hatte letztens eine schöne Idee im Netz gesehen wo über sekündliche Impulse der Erdwiderstand gemessen wird um die Elektroden zu schonen. Die Schaltung selber gefiel mir nicht da sie 9V benötigte und mit OPV's aufgebaut war. Ich hatte mir dann Gedanken gemacht wie ich das ganze mit einem 74HC14 umsetzen kann. Dabei sind 4 Varianten herausgekommen wobei ich kurz Version 3 mit Tonsignal und Version 4 mit Lichtsignal bei Trockenheit vorstellen will.


Version 3 mit Tonsignal bei Trockenheit

Prinzipiell sind beide Versionen gleich aufgebaut: ein Oszillator X5/X6 der alle 3 Sekunden kippt.
Die Flanken des Signals werden in Nadelimpulse gewandelt so das alle 6Sek. ein positiver Nadelimpuls am Eingang eines monostabilen Multivibrators (X9/X12) anliegt. Der negative wird durch D3 kurzgeschlossen und nicht beachtet. Ist der positive Impuls stark genug so wird der monostabile Multivibrator ausgelöst und es steht ein 50msek. langer Impuls am Ausgang von X12 an. X13 bildet einen Oszillator mit 4kHz (Resonanzfrequenz des Piezo-Resonators C14) und dieser wird nur während der 50ms vom monostabilen MV freigeschalten. X14 dient als Ausgangstreiber so das letztlich alle 6 Schmitt-Trigger des IC 74HC14 Verwendung finden.
Ob der Eingangsnadelimpuls am monostabilen MV stark genug war ihn auszulösen oder nicht hängt von der Erdfeuchte (Dämpfungswiderstand R17) ab. Je feuchter die Erde desto geringer der Widerstand R17 und desto stärker die Dämpfung der Nadelimpulse. R17 besteht also in Wirklichkeit aus 2 Erdelektroden (dünne feste Drähte) mit etwa 1cm Abstand und 8cm Länge. Durch die niedrige Betriebsspannung 0,8V-3V, die Kürze der Nadelimpulse und der Tatsache das alle 3 Sek. ein positiver und negativer Nadelimpuls abwechselnd anliegt, sollte sich die galvanische Zersetzung der Elektroden in Grenzen halten.
Mit X22 kann noch der pflanzenspezifische Trockenheitsgrad (Stärke der Nadelimpulse) festlegen werden. Also am besten die Pflanze mal trocken sein lassen und dann X22 so einstellen, dass der Alarm gerade losgeht.
Ergebnis bei Trockenheit ist also alle 6Sek. ein 50msek. langer Piep-Ton vom Piezoresonator C14 (gut eignen sich z.B. solche aus den musikmachenden Glückwunschkarten etc.). Das hört man sehr gut und die Schaltung funktioniert mit einem sehr geringen Betriebsstrom von etwa 5uA bei 1,5V und 20uA bei 2,5V im Leerlauf d.h. bei Erde "nass". Wenn es trocken ist steigt die Stromaufnahme etwas da der Ton erzeugt werden muss. Die Schaltung eignet sich bestens für Solarbetrieb da man so 2 Probleme löst:
1.) man braucht keine Batterie mehr  -->  wartungsfrei
2.) der Alarm kann in der Nacht beim schlafen nicht plötzlich losgehen und nerven.
Will man trotzdem Batterien verwenden muss man noch die Schaltung daneben (mit X15) als Zusatz bauen welche auch bei Nacht die Stromversorgung kappt. Beschreibung siehe Bild...
Als Solarzelle eignen sich hervorragend welche aus alten Solargartenlampen (die für 1-2Euro) welche eine Leerlaufspannung von mind. 2V erreichen sollten und 1-2mA abgeben. Dann muss man nur noch einen 100uF Elko/ Tantal-C zusätzlich (nicht im Schaltplan!) über die Betriebsspannung des IC legen als Puffer für die Solarspannung wenn es piepen sollte. Ohne diesen Puffer-Kondensator würde bei ungünstigen Lichtverhältnissen nicht genug Strom von der Solarzelle geliefert für ein lautes "Pieep".
Interessant ist das ein Relaxations-Oszillator mit einem Schmitt-Trigger deutlich mehr Stromverbrauch hat als ein Oszillator aufgebaut mit 2 Schmitt-Triggern.
Zusammengebaut habe ich das ganze in "direkter SMD-Technik" lol ... sieht zwar schei$&# aus geht aber schnell und funktioniert ganz zuverlässig. Wenn das kleine SMD-Poti nicht wäre sollte man das ganze in Heiß-Kleber eintunken... dann wäre es wasserbeständig wenn beim gießen mal nicht aufgepasst wird.



Version 3 mit Ton und Solarbetrieb

Version 4 ist fast gleich bloß dass sie kein Tonsignal abgibt (somit kann man sich den 4kHz Oszillator sparen) sondern einen LED-Blitz. Dafür dient eine Low-Power LED (die roten LED's aus optischen Mäusen sind bestens geeignet). Die sollte schon bei Ufluss < 1,8V und 2mA hell leuchten. Weiß oder Blau eignet sich nicht da diese LED die kleinstmögliche Betriebsspannung bestimmt. Diese Schaltung braucht also mindestens 1,8V damit die LED noch alle 6Sek. für 35msek. aufblitzen kann.

Version 4 mit Lichtsignal und Solar

Die LED verbraucht deutlich mehr Energie als der Piezo-Pieper. Deshalb wurde die Aufblitzzeit auf 35msek. verringert (C17) um dem geringen Energieaufkommen einer kleinen Solarzelle gerecht zu werden.
Rein optisch wird wohl ein kurzes Aufblitzen von mind. 30msek genauso hell wahrgenommen wie längere Blitze. Erst unter 30msek erscheinen die dann dunkler trotz gleicher Intensität.



Version 4 in "Direkt-SMD-Technik" aufgebaut :-)

Da das ganze ohne Batterie und nur mit Solar funktionieren soll wäre eine Funktion nur bei Tag recht fragwürdig. Also muss tagsüber die Energie in einem SuperCAP gespeichert werden und erst mit einsetzender Dunkelheit soll die Schaltung anfangen im 3 Sek. Rhythmus zu schwingen.
Das erreicht man indem ein Fototransistor/(Fotowiderstand) (R32) in den Oszillator aus X16/X17 eingefügt wird. Dieser stoppt den Oszillator wenn er kleiner als 1,1MOhm wird (bei Tag) und gibt den Oszillator wieder frei wenn er größer als 1,2MOhm ist (Nacht). D.h. Tagsüber schläft die Schaltung mit einem Ruhestrom von etwa 3uA bei 3V und die Solarzelle lädt nur den SuperCAP auf. Bei Dunkelheit dient die gespeicherte Energie des S.CAP zum Betrieb der Schaltung und da kann man dann auch die bei Trockenheit auftretenden roten Lichtblitze gut sehen.
Eine Einstellung des "Trocken-Faktors" ist auch hier ratsam mit Poti X21 wie bei Version 3 beschrieben.


Version 4 im Einsatz

Wenn man ein Solarzelle verwendet die bis 5V/2mA liefert und den S.CAP (0,22F) auf etwa 3V auflädt dann funktioniert die Schaltung nach einsetzen der Dunkelheit etwa 4 Stunden lang bei Trockenheit (d.h. mit Blinken).
Nicht vergessen sollte man eine Kleinsignal Schottky Diode (genauer Typ völlig unkritisch solange Ir <3uA und Ufluss nicht zu gross d.h. < 0,4V) zwischen Solarzelle und S.CAP damit sich bei Dunkelheit der S.CAP nicht über die Solarzelle entlädt.
Achtung: Solarzelle +Schottky Diode +S.CAP wurden im Schaltplan nicht dargestellt und da manche S.CAP's nicht so hohe Ströme für den LED-Blitz liefern können empfiehlt sich ein Puffer-C mit 100uF direkt über Ub des 74HC14.
Durch Vergrößern der Solarzelle und des S.CAP kann man natürlich auch länger Laufzeiten erreichen aber darauf achten, dass ein 74HC14 mit max. 6V betrieben werden sollte.



Version 4 es wurden 2 Solarzellen aus Taschenrechnern in Reihe geschalten um max. 5V zu erhalten,
gut zu erkennen der SuperCAP (0,22F/5,5V) welcher direkt an die Solarzellen montiert wurde.

Version 4 Gesamtaufbau