- Делаем систему полива на ардуино
- Умная теплица — система автополива на arduino
- Шаг 1: дождевые баки
- Шаг 2: подпиточный бак
- Шаг 3: датчики влажности почвы в горшках
- Шаг 4: турбулентная стойка в горшке
- Шаг 5: вентилятор
- Шаг 6: датчики температуры
- Шаг 7: увлажнитель
- Шаг 8: система контроля arduino
- Шаг 9: интерфейс blynk
Делаем систему полива на ардуино
В предыдущих статьях по Умной теплтице (проект «Домашний цветок») «Умная теплица на Arduino- делаем первые шаги» и «Индикация показаний при проектировании Умной теплицы на Ардуино» мы реализовали функции мониторинга и вывода данных на дисплей и светодиоды. Сегодня мы добавим нашей Умной теплице функции управления. Нам необходимо организовать полив цветка, обдув, освещение. Выполнять данные операции будем по нажатии соответствующих кнопок.
Дополнительно к деталям, использовавшимся в предыдущих статьях ( нам понадобятся следующие:
- Relay shield на 4 реле – 1 шт;
- Вентилятор 12В – 1 шт;
- Мембранный насос 12В – 1 шт;
- Лампа освещения – 1 шт;
- Кнопка – 3 шт;
- Резистор 10 кОм – 3 шт.
Кнопки и резисторы имеются в каждом из наборов «Дерзай» («Базовый» и «Изучаем Arduino» ).
Мембранный вакуумный насос (рисунок 1) будем использовать для полива почвы. Он предназначен для всасывания воды из емкости. Рабочее напряжение 12В, потребляемый рабочий ток 0.5 – 0.7А, расход 1.5 л/мин.
Рисунок 1. Мембранный вакуумный насос
Необходимо поменять шланг требуемой длины (рисунок 2, 3).
Рисунок 2, 3. Замена шланга мембранного вакуумного насоса
При высоких температурах воздуха будем производить обдув цветка с помощью вентилятора. Вентилятор можно взять любой, я вытащил из старого системного блока, который работает от 12В (рисунок 4).
Рисунок 4. Вентилятор
Искусственный свет для эффективного выращивания растений должен излучать спектр электромагнитного излечения аналогичный тому, который получают растения в естественной среде. Если полной аналогии достичь сложно, то освещение должно удовлетворять хотя бы минимальные потребности. Для обеспечения наиболее комфортных условий для развития подбираются специальные лампы, имеющие различное влияние. Рекомендуется использовать следующие лампы:
- светодиодные фитолампы;
- энергосберегающие лампы дневного спектра;
- люминисцентные.
Насос, вентилятор, лампу подключать напрямую к Arduino нельзя! Будем управлять ими через реле. Будем использовать Relay shield (рисунок 5), который содержит 4 реле с необходимой обвязкой.
Рисунок 5. Relay shield
Теперь соберем на макетной плате схему, представленную на рисунке 6 (схема из предыдущей части с добавлением кнопок и реле).
Рисунок 6. Схема соединения для мониторинга параметров и ручного управления проекта «Домашний цветок»
Приступим к дописанию кода скетча. Создаем переменные типа Boolean (true – включено, false – выключено) для состояния трех реле:
status_pump – насос; status_lamp – лампа; status_fun – вентилятор.
В цикле loop() отслеживаем нажатие кнопок с проверяем на дребезг (процедура debounce()) и в случае нажатия кнопки изменяем статус соответствующей переменной и отправляем команду для изменения статуса соответствующего реле на противоположное:
включение/выключение насоса (полив почвы);
включение/выключение освещения;
включить/выключение вентилятора.
Создадим в Arduino IDE новый скетч, занесем в него код из листинга 1 и загрузим скетч на на плату Arduino. Напоминаем, что в настройках Arduino IDE необходимо выбрать тип платы (Arduino UNO) и порт подключения платы.
Листинг 1.
// подключение библиотек для nokia 5110
#include
#include
// подключение библиотеки DHT
#include "DHT.h"
// тип датчика DHT
#define DHTTYPE DHT11
// контакт подключения входа данных модуля DHT11
int pinDHT11=9;
// контакт подключения аналогового выхода модуля влажности почвы
int pinSoilMoisture=A0;
// контакт подключения аналогового выхода датчика температуры TMP36
int pinTMP36=A1;
// контакт подключения аналогового выхода фоторезистора
int pinPhotoresistor=A2;
// пины светодиодов индикации
#define LED_TEMP 5
#define LED_MOISTURE 6
#define LED_LIGHT 7
// значения для условий
#define TEMP_DETECT 30
#define MOISTURE_DETECT 500
#define LIGHT_DETECT 250
// кнопки
#define COUNT_BUTTONS 3
int pinButtons[]={A4,A5,A6};
int lastButtons[]={0,0,0,0};
int currentButtons[]={0,0,0,0};
// реле
int pinRelays[]={2,3,4};
// статусы полива, освещения, вентилятора
boolean statusRelays[]={false,false,false};
// создание экземпляра объекта DHT
DHT dht(pinDHT11, DHTTYPE);
// Nokia 5110
// pin 3 - Serial clock out (SCLK)
// pin 4 - Serial data out (DIN)
// pin 5 - Data/Command select (D/C)
// pin 6 - LCD chip select (CS)
// pin 7 - LCD reset (RST)
Adafruit_PCD8544 display = Adafruit_PCD8544(13, 12, 11, 10, 8);
unsigned long millisupdate=0;
void setup()
{
// запуск последовательного порта
Serial.begin(9600);
//
pinMode(LED_TEMP,OUTPUT);digitalWrite(LED_TEMP,LOW);
pinMode(LED_MOISTURE,OUTPUT);digitalWrite(LED_MOISTURE,LOW);
pinMode(LED_LIGHT,OUTPUT);digitalWrite(LED_LIGHT,LOW);
//
dht.begin();
// инициализация дисплея
display.begin();
// установить контраст фона экрана
display.setContrast(60);
display.clearDisplay(); // очистить экран
display.setTextSize(1); // размер шрифта
display.setTextColor(BLACK); // цвет
// заставка
display.setCursor(15,15);
display.print("Home Flower");
display.display();
delay(2000);
}
void loop()
{
// каждые 5 сек - получение показаний датчиков
// и вывод на дисплей
if(millis()-millisupdate>5000)
{
millisupdate=millis();
display.clearDisplay();
display.setCursor(5,0);
display.print("Home Flower");
// получение данных с DHT11
float h = dht.readHumidity();
display.setCursor(5,10);
if (isnan(h))
{
Serial.println("Failed to read from DHT");
display.print("airH= error");
}
else
{
Serial.print("HumidityDHT11= "); Serial.print(h);Serial.println(" %");
display.print("airH=");display.print(h);display.print("%");
}
// получение значения с аналогового вывода модуля влажности почвы
display.setCursor(5,20);
int val0=analogRead(pinSoilMoisture);
Serial.print("SoilMoisture= "); Serial.println(val0);
display.print("soilM=");display.print(val0);
// получение значения с аналогового вывода датчика температуры TMP36
display.setCursor(5,30);
int val1=analogRead(pinTMP36);
// перевод в мВ
int mV= val1*1000/1024;
// перевод в градусы цельсия
int t=(mV-500)/10 75;//t=23;
Serial.print("TempTMP36= "); Serial.print(t);Serial.println(" C");
display.print("airT=");display.print(t);display.print(" C");
// получение значения с аналогового вывода фоторезистора
display.setCursor(5,40);
int val2=analogRead(pinPhotoresistor);
Serial.print("Light= "); Serial.println(val2);
display.print("Light=");display.print(val2);
// обновить
display.display();
// вывод состояние полива, лампы, вентилятора
Serial.print("pump - "); Serial.println(statusRelays[2]);
Serial.print("fun - "); Serial.println(statusRelays[1]);
Serial.print("lamp - "); Serial.println(statusRelays[0]);
//// проверка условий
// увлажненность почвы
if(val0 > MOISTURE_DETECT)
digitalWrite(LED_MOISTURE,HIGH);
else
digitalWrite(LED_MOISTURE,LOW);
// температура воздуха
if(t > TEMP_DETECT)
digitalWrite(LED_TEMP,HIGH);
else
digitalWrite(LED_TEMP,LOW);
// освещенность
if(val2 < LIGHT_DETECT)
digitalWrite(LED_LIGHT,HIGH);
else
digitalWrite(LED_LIGHT,LOW);
// пауза 5 секунд
Serial.println();
}
// проверка нажатия кнопок выбора программ
for(int i=0;i<COUNT_BUTTONS;i )
{
currentButtons[i] = debounce(lastButtons[i],pinButtons[i]);
if (lastButtons[i] == 0 && currentButtons[i] == 1) // если нажатие...
{
doButtons(i);
}
lastButtons[i] = currentButtons[i];
}
}
// при нажатии кнопок
void doButtons(int but)
{
// изменить статус
statusRelays[but]=!statusRelays[but];
// изменить состояние реле
digitalWrite(pinRelays[but],statusRelays[but]);
}
/* Функция сглаживания дребезга
* Принимает в качестве аргумента предыдущее состояние кнопки,
* и выдает фактическое.
*/
int debounce(int last,int pin1)
{
int current = digitalRead(pin1); // Считать состояние кнопки
if (last != current) // если изменилось...
{
delay(5); // ждем 5мс
current = digitalRead(pin1); // считываем состояние кнопки
return current; // возвращаем состояние кнопки
}
}После загрузки скетча на плату мы можем управлять включением/выключением насоса, лампы, вентилятора с помощью кнопок. В последовательный порт выводим показания датчиков и состояние реле — полив, вентиляция, освещение, (рисунок 7), которое мы устанавливаем с помощью кнопок. На дисплее – показания датчиков.
Рисунок 7. Вывод данных в последовательный порт.
А вот и наш выращиваемый цветок (рисунок 8).
Рисунок 8, 9. Проект «Домашний цветок».
Далее модернизируем систему, в следующем уроке мы будем осуществлять функции мониторинга и управления с телефона или планшете с операционной системой Android.
Умная теплица — система автополива на arduino
Близится время отпуска и надо решать: или договариваться с соседями и доверить им ключи от квартиры, или по-быстрому придумать и сделать что-то похожее на «умный дом». Точнее, — на «умную теплицу», раз речь о растениях. Сразу скажу, что вариант с соседями меня не очень устраивает по ряду причин, а значит — займемся опять конструированием и моделированием. Как и прошлая самоделка, этот проект будет основан на дешевой плате Arduino, которую я запрограммирую и подключу к ней всякую периферию.
Покопавшись в Интернете, я довольно быстро нашел несколько различных схем автополива. Но, честно говоря, ни одна из них не понравилась. Как-то все не оптимально, на мой взгляд, — это если коротко и не вдаваясь в детальную критику. Поэтому решил не копировать известные решения, а поэкспериментировать, и набросал собственную концепцию. В целом она крайне проста: есть помпа, которая включается по таймеру и подает воду на разветвитель потока, а на каждой ветке есть собственный кран, которым можно регулировать потоки на отдельные растения или их группы. Вот и все, собственно. Готовые таймеры полива для установки на трубах стоят довольно весомых денег. Мой же вариант настраиваемого таймера на один канал обойдется примерно как обед в «Макдональдсе», а прошивка для микроконтроллера будет совсем элементарная. Правда, есть тут одна проблемка. Схема получается простая, конечно, но… мне она не интересна. Ни с творческой точки зрения, ни по функционалу. Гораздо любопытнее и практичнее будет организовать многоканальный полив. Представьте, например, что у вас на даче есть несколько парников под разные виды культур. Ну или одна большая теплица с несколькими грядками. На первой растут огурцы, на второй помидоры, на третьей — арбузы, клубника, киви или еще что-нибудь вкусное. И всем этим растениям требуются разные режимы полива. Следовательно, нам нужна оросительная система, обладающая возможностью масштабирования (от 1 до 15 помп, думаю, хватит) и имеющая удобную централизованную настройку каждого из этих каналов. Пожалуй, в таком виде многие найдут ей полезное применение на своем загородном участке.
Принципиальная схема многоканальной системы автополива, использующая помпы с питанием 5 В
Схема подключения к плате Arduino 14-ти реле, управляющих помпами
Сформулировав задачу, приступил к ее реализации. Для начала приобрел несколько самых дешевых помп, работающих от напряжения в 5 В. В управлении питанием разумно было бы применить полевые транзисторы, но пришлось бы паять из них целую батарею — кто работал с такими устройствами, тот в курсе. Я же в целях упрощения решил использовать реле. Реле хорошо тем, что через него можно запитать как самую маленькую помпу (или среднюю, в этом качестве, кстати, сгодится насос омывателя стеклоочистителя из магазина автозапчастей), так и большой насос, работающий от сети 220 В. Установить его, к примеру, в колодце или скважине, и качать воду в теплицу.
А для настройки системы я взял символьный дисплей и энкодер — электронномеханический элемент, который преобразовывает вращательное движение вала в пачки электрических импульсов, позволяющих определить направление и угол вращения вала. Самый распространенный пример использования энкодера в повседневной жизни — ручка регулировки громкости современной автомобильной магнитолы с цифровым управлением. Ну и, конечно, «мозгом» устройства будет плата Arduino. Все эти комплектующие можно недорого приобрести на «Алиэкспрессе». Совет: заказывайте у одного продавца -товары придут в одной посылке, плюс возможна скидка, что тоже неплохо.
КАК ЗАГРУЗИТЬ ПРОШИВКУ НА ПЛАТУ ARDUINO
1. Скачать архив с необходимыми материалами.
2. Установить библиотеки (папка Libraries) в C:ProgramFilesArduino LibrariesV.
3. Подключить Arduino к компьютеру с помощью Data-кабеля.
4. Открыть файл прошивки желаемой версии (файлы прошивок .іпо находятся в соответствующих папках архива).
5. Настроить Arduino IDE (указать COM-порт, куда подключена плата, и модель Arduino).
6. Внести по желанию дополнительные настройки в прошивку, и нажать «Загрузить».
ПРОЕКТ «АВТОПОЛИВ» НАСТРОЙКИ В ПРОШИВКЕ ARDUINO
#define DRIVERJVERSION 0 // 0 — маркировка драйвера дисплея кончается на 4АТ, 1 — на 4Т #definePUPM_AMOUNT8 //количество помп, подключенных через реле или мосфет
#define START_PIN 3 // подключены начиная с пина номер…
#define SWITCH_LEVEL 0 // реле:
1 — высокого уровня (или мосфет), О — низкого
#define PARALLEL 0 // 1 — параллельный полив, 0 — полив в порядке очереди
#defineTIMER_START 0 // 1 — отсчет периода с момента ВЫКЛЮЧЕНИЯ помпы, 0 — с момента ВКЛЮЧЕНИЯ помпы
#define PERIOD 0 // 1 — период в часах, О-в минутах
#define PUMPING 1 H1 — время работы помпы в секундах, О-в минутах #define DROPJCON 1 //1 — отображать капельку, 0 — будет буква «t» (time)
Перейдем к прошивке — в данном проекте она интересовала меня больше всего. Было технически интересно «завязать» работу нескольких независимых между собой таймеров и помп, а также иметь возможность при необходимости добавлять требуемое количество каналов. В результате код получился очень красивый: все параметры системы хранятся в массивах и прогоняются циклами, а настройки, которые мы меняем, записываются в энергонезависимую память и не сбрасываются при перезагрузке.
Теперь давайте соберем макет нашего устройства. Подключаем энкодер, как это показано на приведенных схемах, на шину і2с «вешаем» плату дисплея, а затем по порядку сигнальные провода на реле (как в моем случае) или транзисторы. Этот момент очень важен, так как в прошивке Arduino прописывается первый пин подключения помп, а остальные указываются автоматически по их количеству.
Загружаем прошивку на плату и проверяем, как будут щелкать контактные группы реле. А после установки библиотек открываем файл прошивки и смотрим настройки. Китайские производители, бывает, присылают дисплеи с разными драйверами, поэтому уточните какой у вас и отметьте это в настройках. Далее нужно указать, сколько реле у вас используется, и внести другие изменения в настройках «под себя». Важно: перед загрузкой прошивки отключите пины 0 и 1 от энкодера, или поверните его рукоятку в такое положение, при котором на плате не будут гореть два светодиода. В противном случае прошивка не загрузится, поскольку в процессе задействованы именно эти пины, а энкодер будет мешать.
После успешной загрузки прошивки система сразу готова к работе. Расскажу, как ею пользоваться. Поворачивая рукоятку энкодера, мы перемещаем стрелочку выбора по экрану. Обратите внимание, что настройка времени работы помпы находится правее «за экраном», и нужно «пролистать» стрелочку направо, чтобы ее активировать. Чтобы изменить выбранный параметр, нужно повернуть рукоятку энкодера, удерживая ее нажатой. Таким образом задается время периода работы помпы в формате часы:минуты:секунды.
Названия помп можно прописать вручную в коде прошивки и даже на русском языке, что очень удобно. То есть, мы имеем полностью настраиваемый контроллер полива для любой ситуации и любой теплицы. По умолчанию стоит 1 минута 1 секунда, помпы включаются по очереди на заданное время. За последовательность их работы отвечает настройка, которая позволяет избежать одновременного включения нескольких помп, чтобы не перегружать линию питания. Если не задействовать такой режим, то помпы будут включаться одновременно. Но имейте в виду, что одно реле потребляет 60 мА во включенном состоянии, а маленькая помпа может потребовать до 500 мА.
Еще один важный момент: как только вы переключаетесь на выбор помпы, все настройки записываются в энергонезависимую память. Соответственно, после перезагрузки или после отключения питания они сохранятся такими же, как и были ранее. Если возникнет необходимость их сбросить, это можно сделать, включив систему с нажатой кнопкой энкодера. Я предусмотрел такую возможность в программе на всякий случай, авось пригодится. Хорошо было бы еще записывать в память и текущие значения таймеров, но это уже другая история — займусь ею, пожалуй, в следующей версии контроллера, рассчитанного для большой теплицы.
Также в архиве есть вариант скетча auto-pumps_valve, который предназначен для схемы «одна помпа и несколько клапанов». В этом случае первое подключенное реле (пин D5 по схеме) управляет помпой, а все остальные — клапанами. Как только какой-либо клапан открывается по таймеру, начинает работать общая помпа.
Не знаю, существует ли в продаже что-то похожее, но даже если и есть, то стоит оно, скорее всего, запредельных денег А мой автополив укладывается в 1000 рублей или чуть больше, в зависимости от количества подключенных помп. В данном варианте возможно одновременное использование до 15 каналов. Устройство устанавливается на подоконнике, на балконе или в теплице и само поливает ваши растения. Будь то цветы, овощи или фрукты. Причем в любой момент можно, оценив состояние почвы, оперативно изменить режим полива по любому из каналов. А собрать и настроить такого «робота» по силам даже 13-летним школьникам — я таких знаю!
И еще. Предвидя многочисленные вопросы читателей — почему я не использовал в этой системе датчики влажности. Знаю об этом, так как спрашивает каждый третий, кто видел ее в работе. Отвечаю. Данный проект вовсе не о датчиках, а о таймере. К тому же, в устройстве с датчиками влажности микроконтроллер вообще не нужен -с ними было бы все по-другому. Тем не менее, если вдруг захотите ими все-таки когда-то воспользоваться — не обольщайтесь: они в большинстве китайские и сделаны не из золота, а потому очень быстро разъедаются почвой.
Александр МАЙОРОВ
Шаг 1: дождевые баки
У меня есть два бака для сбора дождевой воды, подсоединенные к водостоку. В баках установлена автоматическая защита от перелива, требующая выставления уровня наполненности. Баки соединены между собой шлангом, таким образом, между ними осуществляется сифонный водосброс, чтобы достичь одинакового уровня воды в обоих баках.
В баке, ближайшем к теплице, установлен погружной насос и ультразвуковой датчик, измеряющий расстояние до поверхности воды. Они соединены с модулем Arduino, находящимся в теплице, и отправляющим данные на мой телефон. Измерение расстояния до поверхности также не даст насос включиться, если уровень воды ниже водозаборника.
Шаг 2: подпиточный бак
Насос подает воду из дождевого бака в подпиточный, находящийся в теплице. В нем установлены семь насосов от дешевых стеклоомывателей. Ультразвуковой датчик контролирует уровень наполненности бака, я задал границы 50% и 75% для автоматического режима.
Насосы 1-4 соединены с группами из четырех горшков, насосы 5 и 6 запасные, а насос 7 соединяется с насадкой увлажнителя. Последнее я сделал в порядке эксперимента, преследуя следующие цели: первая — охлаждение воздуха, и вторая — повышение влажности, что очень нравится огурцам.
Шаг 3: датчики влажности почвы в горшках
Датчики влажности почвы собирают и отправляют данные каждые полчаса. Заданное значение и данные с датчиков отражаются на экране телефона, с телефона я также могу менять настройки.
Шаг 4: турбулентная стойка в горшке
Шланги идут от насоса к турбулентным стойкам в четырех горшках.
Шаг 5: вентилятор
Работа вентилятора зависит от заданной величины в телефоне и контролируется ШИМом (Широтно-Импульсным Модулятором), в зависимости от того, насколько выше актуальная температура, чем заданные значения.
Шаг 6: датчики температуры
Для измерения температуры я установил два однопроволочных датчика DS18B20, один наверху, другой внизу. Данные с них передаются каждые десять минут. В зависимости от показаний, я включаю вентилятор или обогреватель.
Шаг 7: увлажнитель
Распыляющая насадка для повышения влажности воздуха и охлаждения, если вентилятор не справляется.
Шаг 8: система контроля arduino
Сейчас я не буду давать управляющую программу для Arduino, пока прикладываю фото соединения платы с различными реле и иже с ними. Такая путаница в проводах вызвана изменениями, которые я вносил после каждого испытания.
Шаг 9: интерфейс blynk
Прилагаю картинки интерфейса для автоматизации теплицы. Он сделан с помощью приложения Blynk.
Первая картинка: показана индикация низкого уровня воды в баках или ошибка сигнала. В обоих случаях я останавливаю насосы. А также график истории данных об уровнях воды в обоих баках.
Вторая картинка: данные мониторинга температуры, также с графиком истории данных. Здесь видны заданные значения максимума и минимума температуры в теплицы. Показаны средние показатели температур вместе с процентами мощности работы вентилятора, когда температурные показатели превышают заданные значения. Также можно увидеть, работает ли обогреватель.
Третья картинка: данные датчиков влажности почвы и заданное значение начала полива. Отсчет времени до следующего измерения, интервал 30 мин. График истории измерений с полученными показаниями.Четвертая картинка: возможность управлять работой насосов напрямую с телефона, в основном, в целях отладки. Также здесь я могу переводить части системы в автоматический режим. И устанавливать длительность сеансов полива.
Pumps Auto: насос дождевого бака и насосы подпиточного бака переходят в автоматический режим, то есть вода наполняет подпиточный бак, растения поливаются.Watering 13:00 (полив 13:00): в автоматическом режиме растения поливаются раз в день, в 13:00.
Cooling Auto (автоматическое охлаждение): вентилятор находится в автоматическом режиме и начнет работать, когда температура поднимется выше заданного значения. Чем выше будет подниматься температура, тем выше мощность работы вентилятора.
Heater Auto (автоматический обогрев): обогреватель находится в автоматическом режиме и начнет работать, как только температура опустится ниже заданного значения. Гистерезис составляет 1°, то есть обогреватель отключится, как только температура превысит заданное значение на 1 градус.
