Автополив для комнатных и уличных растений своими руками

Описание проекта

Многоканальный автополив
Особенности:

Arduino uno

Arduino взаимодействует через датчики с окружающей средой и обрабатывает поступившую информацию в соответствии с заложенной в неё программой. Подробнее с платой Ардуино Уно можно ознакомиться здесь.

Web приложение для управления поливом через интернет

Через веб-приложение пользователь:

• отслеживает текущее состояние системы: уровень воды в баке, температуру на улице, состояние линий полива(полив идёт/полив остановлен).
• управляет поливом (включает и выключает необходимые линии) в ручном режиме
• составляет расписание для полива в автоматическом режиме
• получает оповещение о важных событиях в системе (потеря связи, низкий уровень воды в баке и т.д.)
• анализирует график изменения температуры на улице за время работы системы
• просматиривает события, происходящие на объекте, пользуясь журналом событий

Автомат полива растений

Существует множество поливальных устройств, от примитивных, вроде марли, одним концом закопанной в горшок с растением, а другим погруженной в емкость с водой, до высокотехнологичных систем полива с электронным управлением. У первых качество и КПД полива невысокое, у вторых высока цена, а работают они по своему алгоритму, который менять нельзя.

Мы будем разрабатывать устройство универсальное, с возможностью функционального расширения, но при этом недорогое и эффективное.

Алгоритм работы автомата полива растений простой: высохла земля в горшке — поливаем, полили — ждем, пока высохнет. Вроде все просто на первый взгляд.

Составляем список необходимых компонентов: микроконтроллерная плата, насос, силовой ключ управления двигателем насоса, датчик влажности почвы, емкость с водой (на самом деле хорошо бы подключиться к водопроводу, но лучше не будем 🙂 Чтобы система была полностью автономной, необходимо ее оснастить устройством оповещения о расходе воды, например, зеленый светодиод — воды достаточно, красный — воды осталось мало, надо долить. Значит, нужен еще датчик уровня воды.

Автоматический полив растений

Опубликовано 13.10.2021 19:19:00

Вступление.

Пару лет назад увлёкся разведением разных экзотических растений. Благо, подоконники (почти полметра на полтора) позволяют поставить довольно много горшков. Но в прошлом году, как может помнят москивичи, жара была неслабая. Так как работаю я в офисе, то удавалось поливать только утром и вечером. И этого явно было маловато.

Плюс ещё отъезды на дачу на выходные… А один только полметровый куст эвкалипта способен за два дня и ночь испарить 2-3л воды и успеть завянуть.

Фитильная система не понравилась тем, что она нерегулируема и жрёт место на окне. Которого и так мало.

Лейки-пипетки типа plant genie не подошли по причине того, что даже познав дао втыкания их в горшок(не так воткнул — или не капает или вытекает за пару часов), их надо или так много, что не хватает площади горшка или горшок небольшой и просто переворачивается. Ну и на заявленные две недели этих 0.22л тоже не особо хватает.

Автополив на arduino |

Водяной насос

В проекте используем 12-и вольтовый погружной насос с 18-ваттным двигателем. Он может поднимать воду до 1,7 метра.

Этот насос можно эксплуатировать только тогда, когда он полностью погружен в воду. Это налагает некие обязательства по контролю уровня воды в ёмкости. Если водяной насос будет работать без воды, он просто-напросто сгорит.

Главный экран управления и мониторинга состояния системы

На главном экране веб-приложения отображаются текущие состояния всех узлов системы: показания датчиков уровня воды в резервуаре и датчика температуры (таблица слева), а также состояние электромагнитных клапанов всех контуров полива (таблица справа).

На этом же экране пользователь может вручную включить или выключить любую из линий полива.

В нижней части экрана отображаются последние события, произошедшие на станции.

График уличной температуры

На этом экране отображается график изменения температуры в течение заданного промежутка времени (10 мин., 30 мин., час, 12 часов, сутки, неделя, месяц).

Дальнейшее развитие системы

В дальнейшем планируется повысить информативность системы, дополнив её счётчиками воды. Показания счётчиков будут видны пользователю через веб приложение. На основании этих данных можно будет строить графики расхода воды за длительный период времени.

Кроме того, планируется оборудовать линии полива датчиками влажности почвы и управлять поливом, руководствуясь их показаниями. Это позволит создать ещё более комфортные условия для роста растений и повысить экономию воды.

Датчик влажности почвы

Измерение влажности почвы на базе Arduino производится с помощью датчика влажности. Датчик имеет два контакта. Через эти контакты при погружении их в грунт протекает ток. Величина тока зависит от сопротивления грунта. Поскольку вода является хорошим проводником тока, наличие влаги в почве сильно влияет на показатель сопротивления. Это значит, чем больше влажность почвы, тем меньше она оказывает сопротивление току.

Этот датчик может выполнять свою работу в цифровом и аналоговом режимах. В нашем проекте используется датчик в цифровом режиме.На модуле датчика есть потенциометр. С помощью этого потенциометра устанавливается пороговое значение. Также на модуле установлен компаратор.

Компаратор сравнивает данные выхода датчика с пороговым значением и после этого даёт нам выходной сигнал через цифровой вывод. Когда значение датчика больше чем пороговое, цифровой выход передаёт 5 вольт (HIGH), земля сухая. В противном случае, когда данные датчика будут меньше чем пороговые, на цифровой вывод передаётся 0 вольт (LOW), земля влажная.

Этим потенциометром необходимо отрегулировать степень сухости почвы, когда как вы считаете нужно начать полив.

Датчики

В виду того, что денег у нас немного и хочется дешёво, но достаточно хорошо, то делаем резистивные датчики влажности.

Используем просто полоску текстолита с двумя вытравленными и залуженными дорожками. Важно нарезать все датчики для одной схемы с одного листа, потому что иначе будет сильный разброс значений, что плохо. В моём варианте это полоска 10х35мм с двумя дорожками по ~3мм по краям и зазором в 4мм.

Сигнал с таких датчиков аналоговый, соответственно, будем использовать аналоговые входы atmega328. Схема подключения стандартный вариант с делителем напряжения, где в одном плече(что к земле) переменный резистор, а на втором( 5В) — наш датчик. С середины снимаем показания аналоговым входом. Чем суше грунт, тем меньше показания датчика.

При использовании подобных датчиков надо иметь в виду, что электролиз в мокром грунте играет против нас. Решение простое:  вешаем между питанием и датчиками ЭМ-реле, которое включаем за 1-2с до снятия замеров (время на стабилизацию, подобрано опытным путём) и выключаем сразу после снятия замеров.

Реле выбрано за то, что даёт физический разрыв цепи и  у нас датчики не будут постоянно “под фазой”. Да и растениям вряд ли полезен такой “электрический грунт”.

  Как показала практика,  за почти полгода работы из полусотни датчиков пришлось только два протереть от лишайника, который пошёл по горшку после пересадки в новый грунт. Остальные работают.

Делаем автополив комнатного цветка на arduino за 15 минут

После того как у меня сдох очередной цветок, я понял, что неплохо было бы как-то автоматизировать процесс полива.Не мудрствуя лукаво, я решил собрать конструкцию, которая бы поливала цветок вместо меня. В итоге у меня получился вот такой аппарат, который вполне справляется со своими обязанностями:

При помощи двух регуляторов можно настроить объём поливаемой за раз воды, а также период между поливами. Кому интересно — далее подробная инструкция, как сделать такое устройство.

Для сборки поливалки вам понадобится некоторое количество компонентов и не более чем 30 минут свободного времени.

Используемые компоненты:

• Arduino Mega (она просто была под рукой, но любая другая подойдёт)
• Насос и силиконовая трубка (подойдёт насос омывателя автомобильных стёкол — можно купить в любых автозапчастях или можно купить маленький погружной насос на ebay)
• Блок питания
• Два переменных резистора для регулировки (любые)
• Транзистор IRL3705N
• Два резистора (100 Ом и 100 кОм)
• Диод (любой)
• Резервуар для воды (в моем случае пластиковая коробочка из Ikea)
• Макетка

Собираем всё по такой схеме:

Или нагляднее:

Вот что получилось у меня:

Сначала протестим насос. Подадим на него 5В. Если он зажужжал, всё в порядке, двигаемся дальше.

Теперь подключим насос к Arduino. Сделаем для управления насоса с ардуино небольшую обвязку на макетке.

Попробуем поуправлять насосом с Ардуино. Зальём такой код

int pumpPin = 5; void setup() { pinMode(pumpPin, OUTPUT); digitalWrite(pumpPin, LOW); } void loop() { digitalWrite(pumpPin, HIGH); delay(1000); digitalWrite(pumpPin, LOW); delay(1000);}

Если он периодически жужжит, значит, снова всё в порядке.

Теперь нам осталось добавить два регулятора. Подцепим к нашему устройству переменные резисторы, и проверим их работоспособность.

Зальём такой код на Ардуино

int volumePin = A0; void setup() { pinMode(volumePin, INPUT); Serial.begin(9600);} void loop() { Serial.println(analogRead(volumePin)); delay(100); }

Зайдём в Serial Monitor и убедимся, что есть реакция на поворот регулятора. Он должен меняться примерно от 0 до 1024

Теперь осталось заставить заработать всё это вместе.

Вот непосредственно код поливалки:

// Первый регулятор управляет временем, которое будет литься вода (от 4 до 15 секунд)#define MAX_FLOWTIME 15 // seconds#define MIN_FLOWTIME 4 // seconds // Второй регулятор управляет частотой полива от раза в день до раза в неделю#define MAX_PERIOD 7 // days#define MIN_PERIOD 1 // days #define MAX 1015#define MIN 0 int volumePin = A0;

// Пин, к которому подцеплен регулятор, отвечающий за объём поливаемой водыint periodPin = A1; // Пин, к которому подцепелн регулятор, отвечающий за период между поливамиint pumpPin = 5; // Пин, к которому подсоединено управление насосом int volume;int period;

// Процедура, включающая насос на время, заданное в volumevoid water() { digitalWrite(pumpPin, HIGH); // включаем насос delay(volume); digitalWrite(pumpPin, LOW); // выключаем насос delay(period); } void setup() { pinMode(pumpPin, OUTPUT); digitalWrite(pumpPin, LOW); } void loop()

{ // Считываем значения регуляторов (переменных резисторов) и приводим их к заданным пределам volume = map(analogRead(volumePin), MIN, MAX, MIN_FLOWTIME, MAX_FLOWTIME) * 1000; period = map(analogRead(periodPin), MIN, MAX, MIN_PERIOD, MAX_PERIOD) * 1000 * 60 * 60 * 24; water();}

Вот так выглядит конечный результат в работе:

• youtu.be/qHmjWkZ_seM — цветок
• youtu.be/3VdgH9uwMCY — устройство

В ближайшем будущем думаю сюда добавить сенсор уровня воды в резервуаре и датчик влажности почвы.

Журнал событий

В журнал заносятся важные события на станции: включение/выключение линий полива, обрыв связи со станцией, восстановление связи со станцией, температура на улице ниже заданного уровня, резервуар пуст, резервуар почти пуст.

Код программы

// константы const int dw = 12; // датчик уровня воды на 12 пин const int dg = 11; // датчик влажности почвы на 11 пин const int nasos = 2; // управление насосом на 2 пин const int ledG = 3; // зеленый светодиод на 3 пин const int ledR = 4; // красный светодиод на 4 пин // переменные int dwS = 0; // состояние датчика уровня воды int dgS = 0; // состояние датчика уровня влажности почвы //установки void setup() { // объявляем пины светодиодов и насоса как выходы:

pinMode(nasos, OUTPUT); pinMode(ledG, OUTPUT); pinMode(ledR, OUTPUT); // объявляем пины датчиков и насоса как входы: pinMode(dw, INPUT); pinMode(dg, INPUT); } // рабочий цикл void 1оор(){ // считываем состояния датчика уровня жидкости dwS = digitalRead(dw); // если воды много — включаем зеленый, иначе красный if (dwS == LOW)

{ digitalWrite(ledG, HIGH); digitalWrite(ledR, LOW); } else { digitalWrite(ledG, LOW); digitalWrite(ledR, HIGH); } // считываем состояния датчика влажности почвы dgS = digitalRead(dg); // если почва сухая, включаем полив if (dgS == LOW) { digitalWrite(nasos, HIGH); delay(2000); digitalWrite(nasos, LOW); delay(30000); } else { digitalWrite(nasos, LOW); }

Относительно кода хочу сказать следующее. Для его упрощения я поставил команды delay, на которые сам же ругался. Из-за delay в один момент наше устройство застывает на 30 секунд (а может, придется поставить и больше).

Но в данном устройстве это не критично.

Если в итоге устройство будет поливать 10 растений и произойдет совпадение, что все надо полить одновременно, думаю, 300 секунд, которые придется ждать последнему растению, не так уж важны.

А вот для источника питания такое решение сыграет положительную роль: оно не позволит устройству включить 10 насосов одновременно.

Первый delay(2000) включает на 2 секунды насос, если у вас большое растение в большом горшке, то время надо увеличить, если насос очень производительный, то, наоборот, уменьшить.

Второй delay(30000) дает почве 30 секунд пропитаться водой, об этом я писал ранее. Возможно, это время тоже нужно регулировать.

Конструктивно устройство состоит из двух частей — электронной и механической. Электронную часть и элементы питания желательно поместить в корпус, чтобы случайные брызги не вывели электронику из строя. Можно задействовать не всю Arduino, а микроконтроллер, кварц с конденсаторами и стабилизатор питания на 5 В.

В этот же корпус помещаем микросхему uln2003, резисторы, выводим на лицевую панель светодиоды и устанавливаем разъем для подключения датчиков и насоса. Если насос мощный и uln греется, то в корпусе сверлим отверстия для вентиляции.

Дополнительный индикатор включения устройства устанавливать не нужно, один из светодиодов уровня воды включен всегда, он и выполнит эту функцию.

Корпус для электронной части можно изготовить из любого материала или подобрать готовый. Для емкости можно применить пластиковую бутылку или стеклянную банку подходящего размера, а можно склеить из пластика. Крепим датчик уровня жидкости и устанавливаем насос.

Если насос придется погружать на дно (а бывают и такие), то очень аккуратно изолируем все его токоведущие провода. От насоса до горшка с растением проводим трубку подходящего диаметра. Купить такую можно в магазине автозапчастей вместе с насосом или подобрать подходящую резиновую или силиконовую.

На ободе горшка придумываем крепление для трубки таким образом, чтобы при подаче воды не было брызг. Датчик влажности устанавливаем в непосредственной близости к трубке.

Чтобы стоящая рядом с растением стеклянная или пластиковая посудина не пугала окружающих своим видом, можно с помощью акриловых витражных красок придать ей авторский дизайнерский стиль.

Далее испытания. Не забывайте: от работы устройства зависит благополучие растения. Перед проведением практических испытаний проведите испытания стендовые, потестировав несколько дней устройство с горшком без растения. Земля в нем не должна быть залита или пересушена.

В случае необходимости датчик влажности углубите побольше или, наоборот, приподнимите повыше. Регулируйте в программе продолжительность работы насоса. Он не должен каждые пять минут выдавать по капле, но и не должен раз в неделю заливать землю.

По ходу эксперимента следите за температурой электронных компонентов.

Не допускайте перегрева!

Когда все отлажено, переходите к испытаниям практическим, взяв самое неприхотливое растение. Внимательно следите за состоянием растения, если что-то не так, останавливайте эксперимент до выяснения причин.

Если все нормально, подключайте к Arduino еще один датчик и насос, дописывайте код и автоматизируйте полив еще одного растения. Без дополнительного расширения портов Arduino справится с десятком растений.

Приложение.

Код без комментариев: const int dw = 12; const int dg = 11; const int nasos = 2; const int ledG = 3; const int ledR = 4; int dwS = 0; int dgS = 0; void setup() { pinMode(nasos, OUTPUT); pinMode(ledG, OUTPUT); pinMode(ledR, OUTPUT); pinMode(dw, INPUT); pinMode(dg, INPUT); } void loop(){ dwS = digitalRead(dw); if (dwS == LOW) { digitalWrite(ledG, HIGH); digitalWrite(ledR, LOW); } else { digitalWrite(ledG, LOW); digitalWrite(ledR, HIGH); } dgS = digitalRead(dg); if (dgS == LOW) { digitalWrite(nasos, HIGH); delay(2000); digitalWrite(nasos, LOW); delay(30000); }

else { digitalWrite(nasos, LOW); }}

Контроллер системы автоматического полива на arduino

 самодельный контроллер системы автополива.

Схем будет несколько, так как собирал я его по модульной системе. Это удобно тем, что если потом захочется что-то улучшить – не нужно переделывать всё.

Итак, из чего состоит контроллер? Для тех, кто не в курсе, Arduino – это такие небольшие платы с микроконтроллером, который можно запрограммировать для выполнения почти каких угодно задач. Для него разработан специальный значительно упрощённый язык программирования и куча обучающих материалов.

Начать работать с ним может человек, достаточно далёкий от программирования и электроники. Каким и я был в своё время. Сделал я её уже давненько, как эксперимент.

Макетная плата

Макетная плата представляет собой соединительную плату, используемую для создания прототипов проектов электроники, без пайки.

Насос для автомата  полива растений

Из вышеперечисленного все, кроме насоса, изготовим самостоятельно. Насос подойдет любой маломощный. Можно поискать в старых и сломанных струйных принтерах или купить в автозапчастях насос для стеклоомывателя, самый простой я нашел за 90 рублей.

Важно: прежде чем подключать насос к готовому устройству, проверьте его в работе. Автомобильный насос может выдать фонтан в несколько метров; дома такое «поливание» могут не понять и запретить на корню. Подберите опытным путем оптимальное напряжение.

Автонасос рассчитан на питание от бортовой сети 12 В, на моем экземпляре достаточный напор появляется уже при напряжении 8…9 В.

Насос от принтера напора в несколько метров не даст, но с ним другая проблема: в принтере он качал чернила, а они очень трудно отмываются, и такой насос аккуратнейшим образом необходимо будет промыть.

Настройки в коде

#define DRIVER_VERSION 0    // 0 - маркировка драйвера дисплея кончается на 4АТ, 1 - на 4Т
#define PUPM_AMOUNT 8       // количество помп, подключенных через реле/мосфет
#define START_PIN 3         // подключены начиная с пина
#define SWITCH_LEVEL 0      // реле: 1 - высокого уровня (или мосфет), 0 - низкого
#define PARALLEL 0          // 1 - параллельный полив, 0 - полив в порядке очереди
#define TIMER_START 0       // 1 - отсчёт периода с момента ВЫКЛЮЧЕНИЯ помпы, 0 - с момента ВКЛЮЧЕНИЯ помпы

#define PERIOD 0            // 1 - период в часах, 0 - в минутах
#define PUMPING 1           // 1 - время работы помпы в секундах, 0 - в минутах

#define DROP_ICON 1         // 1 - отображать капельку, 0 - будет буква "t" (time)

О датчиках

Датчик влажности почвы лучше всего сделать графитовым, металлический подвержен электролизу и коррозии, в связи с чем его свойства со временем ухудшаются. Хотя в нашей экспериментальной установке нормально работают датчики из гвоздей и медной проволоки.

Датчик из гвоздей — самая простая конструкция. Для его изготовления нужен кусок пластика или резины, два гвоздя, провода и кембрик (изолента).

Датчик уровня жидкости можно сделать так же, как и датчик влажности почвы, а можно придумать конструкцию поплавкового типа. Второй вариант предпочтительнее. На рисунке 3 вариант такого датчика, где 1 — емкость с водой для полива и отметкой минимума, 4 — трубка из любого материала и стержень 3, который свободно ходит в трубке.

Трубку и стержень можно взять от старой шариковой ручки. Внизу на стержень крепится поплавок 2 (кусок пенопласта). В верхней, надводной, части конструкции на трубке размещаем на пластиковой пластине контакты 5, это и будут контакты датчика. Сверху на стержень крепим токопроводящую пластину 6. Ход стержня в трубке 1…2 см.

К контактам 5 припаиваем провода для подключения к Arduino. Трубка 4 неподвижно крепится внутри емкости.

Принцип работы датчика следующий. Когда воды много, поплавок 2 выталкивает стержень 3 до упора вверх, при этом пластина 6 не касается контактов 5.

Когда уровень воды опускается ниже отметки МИН, поплавок опускается вместе с уровнем воды и опускает стержень с пластиной б, которая, в свою очередь, касается контактов 5 и замыкает их между собой. Контроллеру остается только считывать состояние контактов 5.

Если лень возиться, можно купить похожие в автозапчастях, они там продаются как датчики уровня охлаждающей жидкости, цена самых простых 100 — 150 рублей.

Общие штрихи

Итогом второй попытки стала вот такая разводная коробка 10х10х4см

В виду отсутствия в пределах досягаемости нормального лазерника и некоторой лени, всё сделано на макетной плате.

Я не сумел найти общий язык с DS1302 по поводу резервного питания (после сбоя основного питания микросхема упорно превращалась в утюг) и поэтому ограничился тем, что в линию питания вставил диод Шоттки и после него впаял ионистор на 0.1Ф.  Работает.

Чтобы можно было перенастраивать без перепрошивки, поставил bluetooth модуль и впилил в прошивку простенький интерпретатор команд и сохранение данных в eeprom. учитывая,что перешёл на программатор, в новом варианте конфиг буду писать во внешнюю микросхему eeprom. Заодно туда можно будет побольше данных сохранять.

Ещё обнаруженные проблемы:

• шланг со временем зарастает водорослями, которые забивают его полностью. Кажется, зелёный шланг такому не подвержден. Но он был дороже.
• на поверхности земли горшков, где требуется постоянная влажность, начинают расти водоросли. Лечится керамзитом или мелкими камушками.
• датчики жидкости издыхают. не все и не всегда, но из шести за полгода три уже заменены.

Оповещение пользователя

В настройках станции пользователь может назначить некоторые события как «предупредительные» или «аварийные». При возникновении этих событий сервер будет оповещать пользователя по электронной почте и (или) СМС. Это могут быть события обрыва связи со станцией, низкий уровень воды в резервуаре или низкая температура на улице.

Нижний предел температуры и время таймаута, после которого система регистрирует обрыв связи, —  задаются в настройках.

Папки

ВНИМАНИЕ! Если это твой первый опыт работы с Arduino, читай инструкцию

Перемычки

В данном проекте перемычки используются для соединения компонентов оборудования.

Плодим входы

Как было видно на слайде выше, у нас 17 стаканов-приёмников. Горшков на окне 16. А на atmega328 только шесть аналоговых входов. Решение простое: используем расширители аналоговых входов.

Из того, что достать просто есть два варианта: 8-ми канальные микросхемы HCF4051BE и 16-ти канальные CD4067BE. Первые мне попались в продаже сразу и вменяемые деньги в районе 20руб/шт. Зря я это сделал… Пожалел потом много раз.

Проблема проста: у HCF4051BE аналоговые входы разбросаны не по порядку ножек, а у CD4067BE — всё идёт подряд. Новую версию буду делать на них.

Программный код

#define WATERPUMP 13 // насос подключен к контакту 13
#define SENSOR 8 // цифровой контакт датчика влажности подключен к контакту 8
#define LDR A0// фоторезистор подключен к A0
#define PORTNUMBER 9600 // открываем последовательный порт, устанавливаем скорость передачи данных 9600 бит

void setup()
{
Serial.begin(PORTNUMBER);
pinMode(WATERPUMP,OUTPUT); // Определяем вывод 13 как вывод
pinMode(SENSOR,INPUT); // Определяем вывод 8 в качестве входного, чтобы получать данные от датчика влажности почвы.
pinMode(LDR,INPUT); // Определяем А0 как ввод
digitalWrite(WATERPUMP,LOW);// Насос выключен
}
void loop()
{
int val = digitalRead(SENSOR); // сохраняет значение, полученное от датчика влажности почвы, в переменной val
int LDRValue=analogRead(LDR);// сохраняет значение, полученное от фоторезистора, в переменной LDRValue
if(LDRValue<= 400)// Сравниваем данные фоторезистора с пороговым значением
{
// если неравенство выполняется, значит ночь, полив выключен
Serial.print("Ночь, полив не требуется");
Serial.println(LDRValue);//Выводим значение фоторезистора
digitalWrite(WATERPUMP, LOW);//Насос выключен
return;// Возвращаемся к началу кода
}
//Если неравенство не выполняется, значит день, необходима проверить влажность
if( val == HIGH)// Если влажность низкая
{

Serial.print("День, влажность низкая, необходим полив");
Serial.println(LDRValue);// Выводим значение фоторезистора
Serial.println(val);// Выводим значение влажности
digitalWrite(WATERPUMP,LOW); //Насос включен
}
else
{
Serial.print("День, влажность высокая, полива не требуется");
Serial.println(LDRValue);// Выводим значение фоторезистора
digitalWrite(WATERPUMP,HIGH);//Насос выключен
}
delay(400);
}

Релейный модуль

Реле представляет собой переключатель с электромеханическим или электрическим приводом.

Привод реле приводится в действие небольшим напряжением, например, 5 вольт от микроконтроллера, при этом замыкается или размыкается цепь высокого напряжения.

В этом проекте используется 12 вольтовый водяной насос. Arduino Uno не может управлять напрямую насосом, поскольку максимальное напряжение на выводах Ардуино 5 вольт. Здесь нам приходит на помощь релейный модуль.

Релейный модуль имеет два типа контактов: нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты. Нормально замкнутые без управляющего напряжения замкнуты, при подаче напряжения размыкаются. Соответственно нормально разомкнутые без напряжения разомкнуты, при подаче управляющего напряжения замыкаются. В проекте используются нормально разомкнутые контакты.

Решение задачи

Надо было определиться с:

1. чем качать воду
2. как считать объём воды, который ушёл на полив каждого горшка
3. как определить, что надо поливать.
4. как сделать индивидуальный полив. То есть каждый горшок сам по себе.
5. ночью хочется спать, а эта штука шумновата.

Мозгами этого всего будет ардуино, точнее, atmega328 в исполнении PDIP-28, ибо паяю я так себе.

Пятый пункт с “тихими часом” решается с помощью микросхемы часов. В моём случае DS1302.

Решение было найдено весной, когда мне попалась ссылка на российский инет-магазинчик, в котором оказались небольшие насосы-помпы на 6В и, самое главное, счётчики расхода жидкости:

Датчик(слева) — импульсного типа, повесим его выход на пин, который поддерживает прерывание. и будем по этим импульсам считать протёкший по шлангу объём жидкости.

Два пункта решены. То,что счётчик на шланг 6мм, а насос — на 3мм, было решено аквариумным шлангом на 4мм, который просто размачивался в кипятке и натягивался. Стоимость шланга — 11-20руб за метр.

Спасибо зоомагазину “Бетховен” на водном стадионе, где мне удалось купить 20метров за 11руб и потом ещё добрать 28метров за 17руб. Аквариумный шланг ещё удобен тем, что его отрезки можно соединять нарезанными по 1.

5-2см кусками стержня от гелевой ручки, что весьма бюджетно относительно покупки соединителей(10-30руб в зависимости от продавца).

Да, дальше нам потребуется много-много аквариумного шланга и много-много проводов(у меня на 4 окна ушло почти 100м шланга и метров 150 провода. Но делаем скидку на то, что из-за особенностей окон приходилось ставить на дальнюю от основной электроники половину окна).

Итак. Нам есть, чем качать, и есть, чем измерять сколько накачали. Теперь надо раздать воду на кучу горшков. Независимо раздать. Идея с кучей сервомашинок и краников отпала из-за стоимости. Зато поиск по интернету дал идею с сервомашинкой и кучей стаканчиков. Первая версия работала на пластиковых стаканах на 0.

25(которые из чуток хрупкого пластика, а не самые дешёвые). Хорошо, но мало. Достать пластиковые пробирки подходящего диаметра (пара сантиметров)  и ёмкости( 50 мл) оказалось жуткой проблемой в этом странном городе.  Для второй версии была растёрзана старая формочка для льда, попавшийся под руку флакон от чего-то и два стакана.

И это заработало!

“Кран” сделан из завалявшейся трубки для аквариумана 4мм(купил на “птичке” много лет назад), двух Г-образных переходников(источник тот же).

Так как сервомашинка слабовата и я забыл сделать отступ от стены побольше, когда вырезал основание(материал-пластик для откосов окон), то используется второй Г-образник для того, чтобы не было перегиба шланга. Сервомашинка — TowerPro SG-90.

Система автоматического полива. контроллер

Речь в статье пойдет о контроллере автоматического включения полива зеленых насаждений на моем приусадебном участке.

Эта статья является логическим продолжением темы о системе автоматического полива. Начало было положено в статье о форсунках. Трубы закопаны, распылители установлены, теперь надо сделать так, что бы не бегать постоянно к кранику и не крутить его туда, сюда. Речь пойдет только о контроллере, про исполнительные устройства будет написана еще одна статья.

Требования к контроллеру были установлены следующие: 1. Включать и выключать полив по заранее установленному времени; 2. Следить за наличием дождя за бортом, зачем поливать если идет дождь; 3. Следить за температурой воздуха;

4. На перспективу: контролировать уровень в бочке с водой.

Требования есть, надо делать. В качестве мозга выбран микроконтроллер ATmega328 распаянный  на платке Arduino Nano. Это удобно, так как на этой платке есть разъем мини usb, что позволяет менять прошивку в ходе отладки, не извлекая контроллер из платы.

Время будет отсчитывать микросхема часов реального времени DS3231, в ней встроен датчик температуры и с помощью него организована температурная корректировка показаний. DS3231 более точна в отличии от дешевой ds1307. Управление исполнительными механизмами будет организовано через реле. Для отображение информации я выбрал LCD экран на 20 знаков в 4 ряда.

Для навигации выбрал платку с распаянными кнопками. Температуру и влажность решил измерять датчиком DH22, в отличии от DH11 он более точный и позволяет измерять влажность до 100%. DH22 будет трудится в паре с аналоговым датчиком воды (для меня дождя). Контроллер и начинка будут запитаны через плату с регулятором напряжения LM2596.

 Питаться вся сборка будет от напряжения 12В, которое обеспечивает щит низковольтного питания. Для наглядности привожу картинки всех составляющих, которые были заказаны в китайском магазине.

DS3231

Arduino nano

Реле

LCD 2004

Кнопки

Датчик дождя

Датчик влажности и температуры

Модуль питания

Что бы эта вся требуха не болталась я разместил ее на кусочке фольгированного текстолита 10х15 см, который является как бы «материнской платой».

Рисуем печатную плату (она же материнская), параллельно чертим схему и пишем программный код.

Вроде все сверял и проверял, а все равно попутал порты контроллера (ардуино), поэтому  на фотографии готовой платы видно много перемычек, в архиве для скачивания и на скриншоте из Sprint-Layout уже все исправлено.

Схема и ее краткое описание. (схема кликабельная).

Схема не представляет собой чего то сложного, так как вся конструкция собрана из модулей, остается их только соединить между собой. Питание всей логики и исполнительных элементов осуществляется с помощью DC-DC преобразователя на микросхеме LM2596.

Эту сборку можно заменить простой LM7805, мне было удобней поставить сборку, что бы меньше паять. Далее по схеме индикаторный светодиод, который информирует о наличии напряжения после регулятора.

Модуль клавиатуры — это по сути делитель напряжения, он подключен к аналоговому входу ардуино на котором организовано АЦП, напряжение которое приходит на лапку контроллера определяет какая кнопка нажата. Значения делителя лучше измерять по факту, а то кто знает, что там китайци запаяют. Модуль часов реального времени сидит на шине I2C.

Можно заметить, что шина данных не подтянута к плюсу питания, так как подтяжка присутствует на самом модуле. Модули реле так же имеют на своей плате подтяжку к плюсу питания, это означает, что реле включается при низком логическом уровне (по уровню LOW).

На всей схеме мы видим всего лишь два транзистора, один для включения пищалки, которая сигнализирует своим писком о состоянии системы, ошибках и превышении каких то там пределов. Второй включает подсветку экрана, логика включения отработана на программном уровне.

Дисплей подключен к контроллеру по 4-х битному интерфейсу, хотя выгодней его подключить к шине I2C, тогда останется больше цифровых портов для подключения разных приблуд. На схеме все выводы подписаны, нужен только даташит к экрану. Резистор R2 предназначен для регулировки контрастности.

Датчик влажности и температуры выбран именно DH22 из за более точных показаний в отличии от DH11, о чем, в принципе, я уже говорил. Датчик дождя представляет из себя простую пластинку с дорожками и отдельную платку с которой организован выход двух сигналов — аналоговый и цифровой.

На схеме видно 3 выключателя и два квадратика с надписями «Расход» и «Давление». Это сделано на перспективу для контроля заполнения емкости запаса воды. Датчики соответственно для мониторинга давления и расхода в подающей магистрали. Датчики предполагаются только аналоговые. Можно применить датчики передающие информацию по протоколу I2C, но это уже совсем другая история.

А вот и печатная плата. Тут особо рассказывать нечего. Все найденные ошибки я, вроде, исправил. Тут видно маленькие платки для распайки клемм и выносных датчиков.

А вот фото собранного девайса. Куча перемычек — это мои ошибки. :)))

Назначение кнопок для дальнейшего понимания обозреваемого:

В итоге программный комплекс получился следующий.

В контроллере организовано две независимые ветки полива с тремя таймерами включения и выключения, которые выставляются независимо друг от друга. На картинке видно только первую линию, вторая аналогичная. Переключается индикация кнопками «вверх» и «вниз».

Запрет на полив организован по температуре: запрет на полив при высокой температуре, чтоб не сжечь растения летом, и при низкой, чтоб «не заморозить» :))). Диапазон рабочих температур можно выставить в меню.

Контроллер может работать с двумя системами подачи воды: от водопровода и от бочки с насосом. В схеме присутствует четыре реле, два из них управляют клапанами на линиях полива, одно включает насос и последнее включает подпитку бака. При превышении или понижении уровня высвечивается ошибка и пищит пищалка. По логике при низком уровне насос не включится, при переполнении — включается.

В верхней строке отображается текущее время, температура и влажность на улице. Видно информационные пиктограммки о том идет ли сейчас дождь, включился полив, включение подпитки бака с водой, переполнения бака, низкий уровень в баке.

В самой нижней строке экрана могут мигать ошибки: 1. Еrr 001 — нет связи с датчиком DH22 (эта ошибка высвечивается в верхнем тулбаре); 2. Еrr 002 — превышен уровень в баке;

3. Еrr 003 — слишком низкий уровень в баке.

Включить полив можно и в ручную, удерживая кнопку «Set»:

Для удобства пользования организовано меню. При нажатии на кнопку «влево» она же «menu» открывается первая страница где можно выбрать настройки первой, второй линии и настройки, собственно, системы. Пройдемся по порядку.

Настройки таймеров для линии 1. Здесь можно настроить три независимых таймера включения — выключения. Для линии 2 все точно так же.

Первые значения это время включения, второе время выключения, а ниже флажок включен таймер или нет. При нажатии на кнопку «Set» происходит сохранение заданных значений. При нажатии на кнопку «влево, menu» происходит возврат в предыдущее меню без сохранения значений. Навигация осуществляется кнопками «влево», «вправо». Настройка значений кнопками «вверх», «вниз».

Следующее подменю — подменю Setup. Здесь можно выбрать пункт настройки часов, температурного диапазона включения полива, а так же очистить энергонезависимую память, то есть сбросить все настройки таймеров.

Настройка часов аналогична настройке таймера полива.

Настройка температурного диапазона полива. Первое значение — это нижняя граница, второе — верхняя.

Меню очистки память. Здесь  кнопками «вверх», «вниз» требуется выбрать необходимое действие и подтвердить его нажатием кнопки «Set».

Система управления автоматическим поливом

На следующем рисунке приведена структурная схема комплексного решения для дистанционного управления и мониторинга системы полива.

Контроллер системы управления собирает данные с датчиков системы и с помощью GPRS-модема передаёт их на сервер. В ответ он получает от сервера команды для управления исполнительными устройствами системы (поливочными клапанами, насосом и клапаном блокировки долива воды в резервуар).

Пользователь имеет доступ на сервер через веб-приложение с ПК или мобильного устройства.

Система управления поливом на arduino

В предыдущей статье мы рассказали об организации автоматического полива на дачном участке с возможностью мониторинга состояния и управления системой через интернет. Вот так выглядит поливальная установка:

В этот раз мы более подробно рассмотрим устройство шкафа управления и интерфейс пользователя для управления системой через веб-приложение.

В основу системы управления легло комплексное решение для организации дистанционного мониторинга и управления удалёнными объектами «DUSPRO». О нём можно прочитать в разделе «Наши проекты».

Схема автополива растений на arduino

Данный проект подразумевает полив одного растения или одной группы одинаковых растений. Но Uno имеет 6 аналоговых выходов, следовательно возможно подключить 6 насосов. Так же можем добавить к каждому насосу свой датчик влажности. Так мы получим 6-ти канальную систему автополива. Причем каждый канал будет работать в не зависимости друг от друга.

Умный дом: автомат полива

Про умные дома вы, наверное, слышали. Многие идеи в этом направлении весьма футуристичны, но это не должно останавливать.

Некоторые казались фантастикой всего 20 — 25 лет назад, а сейчас применяются повсеместно. В ближайшее время все дома сильно «поумнеют» или хотя бы начнут «умнеть». Направление это не только перспективное, но и интересное, так что не стоит оставаться в стороне.

Вообще, умный дом — это очень сложная система датчиков, механических и электронных компонентов, управляемая по заложенной программе. Эта система следит за расходом (и утечкой) воды, газа, электричества. Управляет освещением.

Включает противопожарные элементы. Обеспечивает удаленное управление разными устройствами по телефону или СМС. Включает элементы защиты от краж и несанкционированного доступа.

Содержит устройства бесперебойного питания жизненно важных для всей системы блоков.

Основная задача таких систем — облегчить жизнь людям, переложив часть забот на автоматику. По этому принципу мы и будем работать, поручив часть домашней работы микроконтроллеру. Начнем, как всегда, с простого.

Фоторезистор

Фоторезистор (LDR) — это светочувствительное устройство, которое используются для определения интенсивности освещения. Значение сопротивления LDR зависит от освещённости. Чем больше света, тем меньше сопротивление. Совместно с резистором, фоторезистор образует делитель напряжения. Резистор в нашем случае взяли 10кОм.

Подключив выход делителя Uin к аналоговому входу Ардуино, мы сможем считывать напряжения на выходе делителя. Напряжение на выходе будет меняться в зависимости от сопротивления фоторезистора. Минимальное напряжение соответствует темноте, максимальное – максимальной освещённости.

В этом проекте полив начинается в соответствии с пороговым значением напряжения. В утренние часы, когда считается целесообразным начать полив, напряжение на выходе делителя равно 400. Примем это значение как пороговое. Так если напряжения на делителе меньше или равно 400, это означает, что сейчас ночь и насос должен быть выключен.Меняя пороговое значение можно настроить период работы автополива.

Шкаф управления системой

На следующем рисунке приведена структурно-функциональная схема шкафа управления.

Центром системы является контроллер Arduino Mega.

Контроллер управляет модемом SIM900 с помощью AT-команд, передаваемых через COM-порт.

Таким образом осуществляется обмен данными с сервером.

Возникают случаи, когда модем может попасть в «сложную ситуацию». Иногда для того, чтобы восстановить его нормальную работу требуется аппаратная перезагрузка. Для этого в систему добавлен модуль перезагрузки модема, представляющий собой электромагнитное реле, через которое скоммутировано питание модема.

Сигналы от датчиков уровня воды в резервуаре принимает модуль ввода дискретных сигналов. Датчики имеют выход типа «сухой контакт». Подробнее о них можно почитать тут.

Для того чтобы завести дискретные сигналы от датчиков в контроллер, пропитываем их напряжением 24 В от блока питания.

Модуль ввода представляет собой дискретные входы с опторазвязкой, преобразующие входной уровень напряжения в 24 В в уровень 5В, понятный контроллеру.

Для измерения температуры на улице к контроллеру подключен датчик DS18B20. Контроллер производит с ним обмен по интерфейсу OneWire.

В данной статье мы не будем приводить электрическую схему шкафа управления, код программы Arduino и подробно рассказывать о работе веб-сервера, т.к. это тема для отдельного разговора. Для тех, кто хочет углубиться в эту тему мы подготовили серию уроков.

Экран управления расписанием полива в автоматическом режиме

На данном экране пользователь может создать расписание для работы системы в автоматическом режиме, чтобы сервер включал и выключал полив на станции без участия пользователя.

Заключение

Для тех, кто хочет более подробно изучить технологию обмена данными с удалённым сервером с помощью Arduino и модема SIM900, мы подготовили серию уроков на эту тему. Вот первый из них.