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Zuverlässig smart bewässern – Qualitätsvergleich der Bodenfeuchte-Sensoren Truebner SMT50 vs. Vegetronix VH400

Ein Vergleich: TRUEBNER SMT50 vs. Vegetronix VH400

Bodenfeuchtesensoren gibt es viele auf dem Markt. Für die zuverlässige Steuerung einer Bewässerungsanlage in Abhängigkeit von der Bodenfeuchte sollte man keine Kompromisse bei der Qualität der Sensoren machen – Sicherheit und Zuverlässigkeit stehen im Vordergrund:

  • Haltbarkeit:
    Der Sensor ist vergraben – eine einwandfreie Funktion ist über viele Jahre hinweg zu erwarten.
  • Sicherheit:
    Der Sensor ist der Taktgeber der Bewässerung – das muss
    funktionieren – die Ausfallraten sollten gegen Null tendieren.
  • Genauigkeit:
    Je besser die Elektronik und Elektroden-Geometrie des Sensors
    und je besser die Kalibrierung, desto besser und genauer ist das Mess-Ergebnis.

Kapazitive Bodenfeuchtesensoren eignen sich sehr gut für die Verwendung in smarten Bewässerungs-Projekten. Sie sind sind robust, haben keine leitenden Elemente im Erd- bzw. Wasserkontakt und liefern zuverlässig Werte zur Bestimmung der prozentualen Bodenfeuchte (% Wassergehalt im Bodenvolumen).

Beim Frequency Domain Response-Prinzip (FDR) erzeugen die Sensoren ein elektrisches Wechselfeld um ihre Elektroden. Je höher der Wassergehalt, desto höher ist dessen Dielektrizitätszahl und damit die resultierende Gesamtkapazität zwischen den Elektroden.

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Was soll eine automatische Bewässerung können? Gießen, wenn es trocken ist!

Besitzer eines SmartHomes können über analoge Eingänge Sensordaten einlesen. In Foren und Blogs gibt es zu Systemen wie KNX, Loxone, Homematic viele Anregungen. DVS Beregnung bietet gerade für diese Anwendungen die passenden Bodenfeuchte-Sensoren sowie vormontierten Ventilboxen, die direkt an die 12V DC oder 24V DC Aktoren von Smart-Home Systemen angeschlossen werden können. Insbesondere der Beitrag von Michael Schlenstedt im loxwiki, dem Wiki von Loxone zeigt einen gut durchdachten Ansatz zur Steuerung der Bewässerungsanlage per Bodenfeuchtigkeitssensor.

Maker-Projekte auf der Arduino-Plattform und Bodenfeuchte-Sensoren können per WLAN oder per Kabel angeschlossen werden.

Wir stellen hier zwei Bodenfeuchtesensoren vor, die sich für den Einsatz zur Bewässerungssteuerung eignen. Der Vegetronix VH400 ist schon einige Jahre auf dem Markt erhältlich, der SMT50 ist die neueste Entwicklung des deutschen Sensor-Spezialisten TRUEBNER GmbH.

Die technischen Spezifikationen: SMT50 vs. VH400

Vegetronix VH400: Die Elektronik des Vegetronix VH400 kann nur mit max. 20V DC versorgt werden ( bevorzugt mit 12V DC). Die Standard-Kabellänge des VH-400 beträgt 2m, die Varianten mit 5m bzw. 10m Kabellänge sind gegen Aufpreis erhältlich. Dabei ist zu beachten, dass Vegetronix ein geschirmtes Spezialkabel verwendet. Bei der Verlängerung des Kabels ist die Schirmung obligatorisch, da sonst Messfehler auftreten.

TRUEBNER SMT50: Der TRUEBNER SMT50 kann sowohl mit der typischen 3,3V Microcontroller-Spannung als auch mit bis zu 30 VDC (9V DC, 12V DC oder 24V DC) versorgt werden. Die standardmäßige Kabellänge des TRUEBNER-Sensors beträgt 10m. Der SMT50 verfügt darüber hinaus über eine vierte Ader im Kabel, über das die Temperatur als Analogwert übertragen wird. Dies macht insbesondere dann Sinn, wenn für das Gewächshaus, die Balkonkübel oder für den sonnigen Rasen temperaturabhängige Variablen für die Bewässerung programmiert werden sollen.  Varianten hierfür wären z.B.

  • wenn die Boden-Temperatur über 20° C liegt, dann verlängert sich die Bewässerungszeit um 20% zum Ausgleich der hohen Verdunstung.
  • wenn die Temperatur in den Pflanzkübeln auf der Dachterrasse über 23° C steigt, dann alle 2 Stunden 5 Minuten bewässern zur Kühlung.

Die Anschlussbelegung:

Die Sensoren werden per 4-adrigem bzw. 3-adrigem Kabel angeschlossen. Die Spannungsversorgung erfolgt bei dem SMT50 über den braunen Leiter, beim VH400 über den roten. Die Masse liegt auf dem weißen Leiter (SMT50) bzw. der Abschirmung (bare; VH400). Das analoge Signal für die Bodenfeuchte liegt auf dem gelben (SMT50) bzw. schwarzen (VH400) Leiter. Zusätzlich verfügt der SMT50 über den grünen Leiter mit dem Analog-Signal für die Temperaturmessung.

Die analogen Signale: Messung und Kalibrierung STM50 vs. VH400

Die Messung der prozentualen Bodenfeuchte unterliegt einer Kennline. Beim SMT50 ist diese Kennlinie linear (VWC = 16,6667 *Sensor Voltage; Volumetrischer Wasser) und kann so durch einen festen Faktor berechnet werden. Beim Vegetronix VH400 benötigt man eine segmentierte Formel für die Berechnung der Bodenfeuchte:

if(sensorVoltage <= 1.1) {
VWC = 10*sensorVoltage-1;
} else if(sensorVoltage > 1.1 && sensorVoltage <= 1.3) {
VWC = 25*sensorVoltage-17.5;
} else if(sensorVoltage > 1.3 && sensorVoltage <= 1.82) {
VWC = 48.08*sensorVoltage-47.5;
} else if(sensorVoltage > 1.82) {
VWC = 26.32*sensorVoltage-7.89;

Die geringe Steigung der Signalkurve ab 10% Bodenfeuchte zeigt, dass der VH400 eine geringere Messpräzision aufweist als der SMT50. 

Wireless- und Low-Energy-Anwendungen: Der Stromverbrauch entscheidet über den Batteriewechsel

Gerade bei den immer gängiger werdenden Funk-Möglichkeiten BLE, WLAN, Sigfox, LORA etc. entscheiden zwei Dinge über die Lebensdauer der eingesetzten Batterie:

  • der Energieverbrauch des Sensors während der Messung.
  • die Zeit, bis ein stabiles Mess-Signal zur Verfügung steht.                                                                                                                                                                                                                                             Der SMT50 hat weniger als ein Viertel des Stromverbrauchs des VH400. Das spart erheblich Batteriekapazität.

Empfindlichkeit und Messvolumen sind abhängig von der Elektrodengeometrie

Noch ein paar Worte zum kapazitiven Messprinzip, das beide Sensoren verwenden.
Zwei Elektroden bilden einen Kondensator. Ein Teil des elektrischen Felds dringt in den umgebenden Boden ein. Die Gesamtkapazität zwischen den Elektroden hängt vom Wassergehalt des Bodens ab. Die im Sensor-Kopf verbaute elektronische Schaltung misst die Kapazität und berechnet daraus den Wassergehalt.

Die Empfindlichkeit eines Sensors und das Messvolumen hängen wesentlich von der Elektrodengeometrie ab. Der SMT50 hat deutlich größere Elektroden und Elektrodenabstände. Dies erhöht im Vergleich zum VH400 das Messvolumen deutlich. Aus diesem Grund misst der SMT50 in einem größeren Erdvolumen, was zu einem realistischeren Messergebnis führt. Wassergehaltsänderungen im Boden werden präzise wiedergegeben. Der VH400 hat kleinere und eng beieinanderliegende Elektroden. Der Großteil des elektrischen Streufelds ist deshalb innerhalb der Leiterplatte und der Messeffekt bezüglich Bodenfeuchte geringer. Nur das Wasser nahe der Oberfläche des VH400 kann gemessen werden. Insbesondere in grobkörnigen Böden mit vielen Luftporen ist dieser Sensor nur eingeschränkt verwendbar.

Beide Sensoren wurden im Detail analysiert. Das berechnete elektrische Feld ist unterhalb der Modelle zu erkennen. Das größere Messvolumen des SMT50 führt zu einem besseren Mittelwert über inhomogene Böden.

Die Abhängigkeit der Temperatur – Der Nutzen eines Temperatursensors:

Alle elektronischen Schaltungen unterliegen einer Temperaturdrift. Aus diesem Grund sollten elektronische Schaltungen mit einer Temperaturkompensation versehen werden.

Der Mikrocontroller im SMT50 erfasst die Umgebungstemperatur und verwendet einen speziellen Kompensationsalgorithmus, der die Temperaturdrift im Ausgangssignal stark minimiert.
Der VH400 hat keinen Temperatursensor und kann folglich auch keine Temperaturkompensation vornehmen. Dies führt zu einer erheblichen Störung des Messsignals in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Beide Sensoren wurden in einem Klimaschrank mit Temperaturzyklen zwischen 20°C und 70°C untersucht.

FAZIT: Beide Sensoren eignen sich für den Einsatz im Smart Garden, unsere Empfehlung aufgrund der Qualität und Zuverlässigkeit ist der TRUEBNER SMT50.

 

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