De Programmeerbare Plantenkas: De temperatuur meten met een temperatuursensor

DE PROGRAMMEERBARE PLANTENKAS: DE TEMPERATUUR IN DE KAS METEN MET TEMPERATUURSENSOREN

Veel planten ontkiemen en groeien op hun best wanneer ze het warm genoeg hebben. Om een idee te krijgen van hoe warm of hoe koud je planten het hebben, kun je daarom een temperatuursensor in de Programmeerbare Plantenkas installeren. Van alle sensoren die je kunt vinden om op een microcontroller aan te sluiten, is de keuzen van temperatuursensoren waarschijnlijk het grootst. In dit artikel vertellen we welke eigenschappen bepalen of een temperatuursensor wel of niet geschikt is voor jouw project. Daarnaast hebben we een aantal temperatuursensoren getest, om een idee te krijgen welke temperatuursensoren goed werken.

Het kiezen van een temperatuursensor

Er zijn talloze temperatuursensoren te verkrijgen die op een Arduino microcontroller of vergelijkbare microcontroller aangesloten kunnen worden. Voor het kiezen van een geschikte temperatuursensor is het daarom belangrijk om te weten wat je gaat meten, waar je gaat meten, en waarvoor de metingen gebruikt gaan worden. Ook is het handig om een idee te hebben van welke onderdelen er nog meer op de microcontroller aangesloten worden, zodat je weet welk type aansluitingen je nog vrij hebt voor de temperatuursensor. Op basis van deze gegevens kun je een temperatuursensor kiezen waarvan het meetbereik, de precisie, de robuustheid en het type aansluiting bij jouw project past.

Meetbereik

Het bereik van een temperatuursensor bepaald tussen welke temperaturen de sensor een temperatuur kan meten. Sommige sensoren kunnen temperaturen van ver onder het vriespunt tot ver boven het kookpunt van water meten. In de Programmeerbare Plantenkas verwachten we geen temperaturen boven de 50 graden Celsius te meten, en al helemaal geen temperaturen boven de 100 graden Celsius te meten. Wanneer de maximumtemperatuur die een temperatuursensor kan meten rond de 50 graden Celsius ligt, dan is de sensor dus geschikt voor in de Programmeerbare Plantenkas.

Wanneer de kas het hele jaar door buiten staat, dan kan het zijn dat de sensor temperaturen onder het vriespunt meet. Afhankelijk van waar in Nederland of België de kas precies staat zou de sensor in uitzonderlijk koude jaren -15 graden Celsius kunnen meten. Staat de Programmeerbare Plantenkas in de winter binnen, dan zou een temperatuursensor die vanaf 0 graden Celsius kan meten voldoende. Zet je de kas het hele jaar buiten en wil je het zekere voor het onzekere nemen, dan kun je een sensor kiezen die vanaf -15 graden Celsius werkt.

Precisie

De precisie van de temperatuursensor bepaald in hoeverre de temperatuur die uiteindelijk het programma uit rolt gelijk is aan de werkelijke temperatuur. Stel dat een sensor een precisie van 1 graden Celsius heeft, en het programma geeft aan dat het 15 graden Celsius is, dan zal de werkelijke temperatuur tussen de 14 en 16 graden Celsius liggen.

Planten hebben vaak een behoorlijke tolerantie voor temperatuur. Ondanks dat elke plant een ideale temperatuur heeft om bij te ontkiemen of te groeien, is het meestal niet zo dat een zaadje of plant het helemaal niet meer doet als het enkele graden warmer of kouder is. Een temperatuursensor met een precisie van 2 graden Celsius is in de meeste gevallen dan ook precies genoeg. Dit te meer, omdat we in het programma van de microcontroller vaak nog extra trucjes kunnen toevoegen om de temperatuurmeting preciezer te maken.

Robuustheid

Het deel van een temperatuursensor dat de temperatuur bepaald is vaak best kwetsbaar. In eerste instantie kan een sensor dan ook slecht tegen vocht, trillingen en chemicaliën. Om een sensor bruikbaarder te maken, worden ze vaak in een omhulsel geplaatst. Dit kan bijvoorbeeld een klein plastic “doosje” zijn dat echt alleen om de sensor zit, maar ook een stevige, waterdichte cocon van metaal.

In de Programmeerbare Plantenkas wordt de temperatuursensor vaak blootgesteld aan vocht. De keuze voor een sensor die waterdicht is, of die je zelf waterdicht kan maken, is daarom een geen slecht idee. Wanneer je de temperatuursensor in de grond plaatst, om de temperatuur van de bodem te bepalen, is het verstandig om te kijken of sensor geschikt is voor de pH waarde van de grond en de samenstelling van de plantenvoeding die gegeven wordt. In principe kunnen waterdichte temperatuursensoren hier prima tegen, maar even dubbel checken kan geen kwaad.

Type aansluiting

Op een Arduino microcontroller of een vergelijkbare microcontroller kun je analoge, digitale en I2C sensoren aansluiten. Voor het resultaat van de temperatuurmeting maakt het vaak niet uit welke aansluiting een temperatuursensor gebruikt. Het meetbereik en de precisie van de sensor hangt immers vooral af van de kwaliteit van de onderdelen in de sensor en het programma dat de sensor bestuurd.

Wat in sommige gevallen wel belangrijk kan zijn, is hoeveel en welke andere onderdelen er op de microcontroller aangesloten worden. Een microcontroller heeft vaak maar een beperkt aantal analoge en digitale aansluitpinnen, waardoor er ook maar een beperkt aantal analoge en digitale modules op aangesloten worden. Meestal kunnen er wel grote aantallen I2C modules op een microcontroller aangesloten worden. Als je een groot project gaat maken, dan kun je daarom beter voor een temperatuursensor met een I2C aansluiting kiezen in plaats van een temperatuursensor met een analoge of digitale aansluiting. Op die manier hou je analoge en digitale pinnen over voor onderdelen die niet verkrijgbaar zijn met een I2C aansluiting.

Soorten temperatuursensoren

Er zijn ongelooflijk veel temperatuursensoren te vinden die aangesloten kunnen worden op een microcontroller. Het is daarom niet makkelijk om een goede sensor te vinden. Zoals hierboven uitgelegd heb je voor in de Programmeerbare Plantenkas geen temperatuursensor nodig die extreme temperaturen kan meten of die zeer precies is. Met behulp van een simpele, goedkope temperatuursensor krijg je voldoende inzicht in de temperatuur rondom de planten in de kas.

Hieronder hebben we een tabel gemaakt van temperatuursensoren die eenvoudig te verkrijgen zijn, die niet al te duur zijn, en die makkelijk aan te sluiten en te programmeren zijn. Veel van deze sensoren worden op verschillende manieren verkocht. Zo kun je veel van de temperatuursensoren als minuscuul kleine chip kopen, maar bijvoorbeeld ook kant-en-klaar op een breadboard een stekker die je alleen nog maar in je micro-controller hoeft te steken. Voor de meeste mensen is zo’n kant-en-klare temperatuursensor het fijnste om mee te werken, maar als je graag soldeert, dan kun je zeker experimenteren met de zeer goedkope losse chips.

SENSOR

 

MEETTECHNIEK

 

MEETBEREIK

(in ℃)

PRECISIE

(in ℃)

AANSLUITING

 

TUTORIAL

 

THERMOCOUPLE

K-TYPE

OP MCP9600

THERMOCOUPLE -200 tot +1260 I2C

 KLIK HIER

VOOR DE TUTORIAL

AHT20

? -40 tot +85 1 I2C

 KLIK HIER

VOOR DE TUTORIAL 

LM75

HALFGELEIDER -25 tot +125 2 I2C   KLIK HIER

VOOR DE TUTORIAL

TC74

HALFGELEIDER -40 tot 125 2 I2C   KLIK HIER

VOOR DE TUTORIAL

DS18B20

HALFGELEIDER -55 tot 125 0,5 DIGITAL   KLIK HIER

VOOR DE TUTORIAL

DHT11

NTC THERMISTOR 0 tot 50 2 DIGITAL   KLIK HIER

VOOR DE TUTORIAL

THERMISTOR 10K NTC

NTC THERMISTOR -55 tot 125 0,2 ANALOOG   KLIK HIER

VOOR DE TUTORIAL

TMP36

HALFGELEIDER -40 tot 150 2 ANALOOG   KLIK HIER

VOOR DE TUTORIAL

MCP9700

LINEAIRE THERMISTOR -40 tot 150 4 ANALOOG   KLIK HIER

VOOR DE TUTORIAL

* Populaire temperatuursensoren worden inmiddels door verschillende bedrijven gemaakt, van zeer betrouwbare zoals Texas Instruments tot kleine fabriekjes die populaire sensoren namaken. Vertrouw daarom nooit blindelings op onze tabel, maar kijk altijd even in de datasheet die volgens de verkoper bij de sensor hoort als je er zeker van wilt zijn dat het meetbereik en de precisie van de specifieke sensor die je koopt passen bij je project.

Onze temperatuursensoren test

temperatuursensoren experiment
De opstelling van ons huis-tuin-en-keukenexperiment om negen verschillende temperatuursensoren met elkaar te vergelijken.

Om een idee te krijgen van de werking van verschillende temperatuursensoren, hebben we een klein experiment gedaan. In ons experiment hebben we negen verschillende sensoren een aantal uur data laten verzamelen en de metingen van de sensoren met elkaar vergeleken. Uiteraard is dit een huis-tuin-en-keukenexperiment, en hebben we de sensoren vanwege ons beperkte budget niet kunnen vergelijken met een professionele temperatuursensor.

aht20, dht11, ds18b20, lm75, mcp9700, thermokoppel, tc74, thermistor, tmp36, temperatuursensoren test
Een overzicht van de metingen van de verschillende temperatuursensoren die we getest hebben. De zwarte lijn geeft de gemiddelde temperatuur van alle sensoren per tijdstip aan.

De metingen van de temperatuursensoren hebben we in een grafiek gezet en met elkaar gecorreleerd, om een idee te krijgen van wat ze gedaan hebben. Wanneer we naar de grafiek kijken waarin de metingen van alle sensoren zijn geplot vallen er drie dingen op: Allereerst zijn er vijf sensoren waarvan de temperatuur behoorlijk dicht bij elkaar ligt, namelijk de K-type thermokoppel op een MCP9600 versterker, de AHT20, de DHT11, de thermistor NTC 10K, en de DS18B20. Verder valt op dat de grafiek van de MCP9700 wel ongeveer dezelfde vorm heeft als de vorige vijf sensoren, maar vrijwel altijd 1,5 tot 2 graden Celsius meer meet. Als laatste valt op dat de TMP36, de TC74 en de LM75 niet alleen 1,5 tot 3 graden Celsius minder meten dan de vijf sensoren met vergelijkbare waardes, maar ook een afwijkende trend laten zien.

temperatuursensoren, sensoren correlatie
Zoals je kunt zien correleren de metingen van de K-type thermokoppel op een MCP9600 versterker, de AHT20, de DHT11, de thermistor NTC 10K, en de DS18B20 sterk met elkaar. Dit kan een aanwijzing zijn dat deze vijf sensoren het best werken van deze test.

Op basis van onze test, die uiteraard niet geverifieerd is met een “golden standard” professionele, gekalibreerde temperatuursensor, is de DHT11 temperatuursensor voor de meeste projecten de beste keuze. Van de vijf sensoren die vergelijkbare metingen deden is deze sensor ook nog eens goedkoop, makkelijk verkrijgbaar, en eenvoudig te installeren en programmeren. Mocht je een temperatuursensor willen gaan gebruiken in een zeer natte omgeving, dan is het aan te raden om de DS18B20 temperatuursensor te kiezen. Deze is iets moeilijker te programmeren en aan te sluiten, tenzij je een kant-en-klare sensor koopt, maar wel betaalbaar, waterdicht en makkelijk te verkrijgen.

Vragen en opmerkingen

We proberen de serie "De Programmeerbare Plantenkas" zo toegankelijk mogelijk te maken voor iedereen. Toch zijn sommige concepten best wel ingewikkeld, omdat er kennis van heel veel verschillende domeinen, zoals natuurkunde, elektrotechniek en computerwetenschappen, samen komen. Het kan daarom best zijn dat we iets niet goed uitgelegd hebben. Mocht er iets niet duidelijk zijn of iets niet zo werken zoals we het in deze tutorial uitgelegd hebben, stuur dan gerust een berichtje via de Disqus op deze pagina. Je kunt de Disqus vinden door naar beneden te scrollen, tot onder de advertenties.