APIS - automatizovaný zavlažovací systém závodu: 12 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

HISTÓRIA: (ďalší vývoj tohto systému je k dispozícii tu)

Návodov na polievanie rastlín je pomerne málo, takže som tu ledva vymyslel niečo originálne. To, čo robí tento systém odlišným, je množstvo programovania a prispôsobenia, ktoré bol do neho vložený, čo umožňuje lepšiu kontrolu a integráciu do každodenného života.

Tu je video z polievania: zalévania

Takto vznikol APIS:

Máme dve rastliny pálivej čili papričky, ktoré sotva „prežili“niekoľko našich prázdnin, a v tomto bode takmer uvažovali o rodinných príslušníkoch. Prešli extrémnym suchom a premokrením, ale vždy sa nejako zotavili.

Myšlienka vybudovať závlahu rastlín na báze Arduina bola takmer prvou myšlienkou, ako by bolo možné Arduino uplatniť ako projekt domácej automatizácie. Bol teda vybudovaný jednoduchý systém zavlažovania rastlín.

Verzia 1 však nenaznačovala vlhkosť pôdy a neexistoval spôsob, ako zistiť, či sa chystá zalievať rastliny, alebo má zalievanie trvať niekoľko dní.

Kuriozita, ako všetci vieme, zabila mačku a verzia 2 bola postavená so 4 -miestnym 7 -segmentovým modulom, ktorý neustále zobrazuje aktuálnu vlhkosť.

To nestačilo. Ďalšou otázkou bolo „kedy naposledy polieval rastliny“? (Pretože sme boli len zriedka doma, aby sme tomu boli svedkami). Verzia 3 používala 7 -segmentový modul aj na zobrazenie toho, ako dávno k poslednému zavlažovaniu došlo (ako bežiaci textový reťazec).

Jednej noci zalievanie začalo o 4:00 ráno, čím všetkých zobudilo. Frustrujúce… Keďže vypínanie APIS na noc a zapínanie dňa na zabránenie zalievania uprostred noci bolo príliš náročné, pridali sa hodiny reálneho času, ktoré v rámci verzie 4 zariadenie v noci uspia.

Pretože hodiny v reálnom čase vyžadujú pravidelné úpravy (napríklad prepínanie letného času), verzia 5 obsahuje tri tlačidlá, ktoré umožňujú nastaviť rôzne parametre zavlažovania rastlín.

Nezostalo to len pri tom. Všimol som si, že vlhkostná sonda má tendenciu erodovať pomerne rýchlo, dosť pravdepodobne kvôli tomu, že bola (podľa konštrukcie) pod konštantným napätím, a preto bol medzi sondami (erodujúca anóda) konštantný elektrický prúd. Lacná pôdna sonda z Číny prežila asi týždeň. Dokonca aj pozinkovaný klinec bol za mesiac „zjedený“. Sonda z nehrdzavejúcej ocele držala lepšie, ale všimol som si, že aj to sa vzdáva. Verzia 6 zapína sondu iba na 1 minútu každú hodinu (a stále počas zavlažovania), čím dramaticky znižuje eróziu (~ 16 minút denne oproti 24 hodinám denne).

Nápad:

Vyvinúť systém zavlažovania rastlín s nasledujúcimi schopnosťami:

1. Zmerajte vlhkosť pôdy
2. Keď dosiahnete preddefinovanú značku „nízkej“vlhkosti, zapnite vodné čerpadlo a polievajte rastliny, kým nedosiahnete značku „vysokej“vlhkosti
3. Zalievanie by sa malo vykonávať v niekoľkých cykloch oddelených periódami nečinnosti, aby sa umožnilo nasýtenie vody pôdou
4. Systém by sa mal deaktivovať v noci medzi časmi „spánku“a „prebudenia“
5. Čas „prebúdzania“by sa mal víkendom upraviť na neskoršiu hodnotu
6. Systém by mal uchovávať denník čerpacích chodov
7. Systém by mal zobrazovať aktuálne hodnoty pôdnej vlhkosti
8. Systém by mal zobrazovať dátum/čas posledného spustenia pumpy
9. Parametre zavlažovania by mali byť nastaviteľné bez preprogramovania
10. Zastavte čerpanie a uveďte chybový stav, ak chod čerpadla nevedie k zmene vlhkosti (nedostatok vody alebo problémy so snímačmi), čím sa zabráni zaplaveniu zariadenia a úniku vody
11. Systém by mal zapnúť/vypnúť vlhkostnú sondu, aby sa zabránilo erózii kovov
12. Systém by mal vypúšťať vodu z rúrok, aby sa zabránilo tvorbe plesní v ich vnútri

Nasledujúce parametre by mali byť konfigurovateľné pomocou tlačidiel:

1. Značka „nízka“vlhkosti v %na spustenie chodu čerpadla (predvolené = 60 %)
2. Značka „vysoká“vlhkosť v %na zastavenie chodu čerpadla (predvolené = 65 %)
3. Trvanie jedného zavlažovania v sekundách (predvolené = 60 sekúnd)
4. Počet opakovaní na dosiahnutie cieľovej vlhkosti (predvolené = 4 cykly)
5. Vojenský čas na deaktiváciu na noc, iba hodiny (predvolené = 22 alebo 22:00)
6. Vojenský čas na aktiváciu ráno, iba hodiny (predvolené = 07 alebo 7:00)
7. Úprava cez víkend pre rannú aktiváciu, delta hodiny (predvolené = +2 hodiny)
8. Aktuálny dátum a čas

APIS zapíše dátum/čas 10 posledných zalievaní do pamäte EEPROM. Je možné zobraziť denník s dátumom a časom spustení.

Jedna z mnohých vecí, ktoré sme sa od APIS dozvedeli, je, že v skutočnosti nepotrebujete polievať rastliny každý deň, čo bola naša rutina, kým sme nevideli hodnoty pôdnej vlhkosti na 7 -segmentovom displeji …

Krok 1: ČASTI a NÁSTROJE

Na stavbu APIS budete potrebovať nasledujúce diely:

OVLÁDACÍ BOX A TRUBKY:

1. Doska Arduino Uno: na Amazon.com
2. 12v peristaltická kvapalinová pumpa so silikónovým potrubím: na Adafruit.com
3. Modul 4-násobného digitálneho LED tubusu JY-MCU s numerickým displejom: na Fasttech.com
4. Odblokovacia doska hodín v reálnom čase DS1307: na Adafruit.com (voliteľné)
5. Taktový spínač Microtivity IM206 6x6x6mm: na Amazon.com
6. Doska Vero: na Amazon.com
7. IC ovládača motora L293D: na Fasttech.com
8. Rezistory 3 x 10 kOhm
9. Arduino projektuje plastové puzdro: na Amazon.com
10. 12V adaptér AC/DC s 2,1 mm napájacím konektorom: na Amazon.com
11. Bambusové špajle
12. Dezén a trochu lepidla na nabrúsenie
13. Super mäkké latexové gumové hadičky 1/8 "ID, 3/16" OD, 1/32 "stena, polojasná jantárová, dĺžka 10 stôp: na McMaster.com
14. Odolné nylonové tesniace tvarovky s tesniacim tesnením, T-kus pre ID rúrky 1/8 ", biele, balenia po 10: na McMaster.com
15. Odolné nylonové tesniace tvarovky s tesniacim tesnením, oko pre 1/8 "ID skúmavky, biele, balenia po 10: na McMaster.com
16. Ako obvykle, drôty, spájkovacie nástroje atď.

SNÍMAČ VLHKOSTI:

1. Malý kus dreva (1/4 "x 1/4" x 1 ")
2. 2 x ihly na extrakciu akné z nehrdzavejúcej ocele: na Amazon.com
3. Modul senzora detekcie vlhkosti pôdy: na Fasttech.com

Krok 2: SONDA VLHKOSTI PÔDY V1

Vlhkosť pôdy sa meria na základe odporu medzi dvoma kovovými sondami vloženými do zeme (asi 1 palec od seba). Schémy sú znázornené na obrázku.

Prvá sonda, ktorú som vyskúšal, bola tá, ktorú si môžete kúpiť od niekoľkých internetových poskytovateľov (napríklad táto).

Problém s tými je, že úroveň fólie je relatívne tenká a rýchlo sa eroduje (záležitosť jedného alebo dvoch týždňov), takže som tento vopred vyrobený výrobok pre robustnejší senzor rýchlo založil na základe pozinkovaného klinca (pls. See next step).

Krok 3: SONDA VLHKOSTI PÔDY V2

Sonda „ďalšej generácie“bola vyrobená doma z dvoch pozinkovaných klincov, drevenej dosky a niekoľkých drôtov.

Keďže som už mal opotrebovanú vyrobenú sondu, znova som použil spojovací kus a modul elektroniky z neho, v podstate som len vymenil pôdny komponent.

Pozinkované klince sa na moje prekvapenie tiež nahlodali (síce pomalšie ako tenká fólia), ale stále rýchlejšie, ako by som chcel.

Bola navrhnutá ďalšia sonda na báze ihiel na odstraňovanie akné z nehrdzavejúcej ocele. (pozri ďalší krok).

Krok 4: SONDA VLHKOSTI PÔDY V3 „Katana“

V súčasnosti sa používa sonda z nehrdzavejúcej ocele (pripomínajúca samurajský meč, odtiaľ pochádza aj názov).

Verím, že rýchlu eróziu možno pripísať skutočnosti, že sonda bola vždy pod elektrickým napätím (24x7) bez ohľadu na to, ako často skutočné meranie prebiehalo.

Aby som to zmiernil, zmenil som intervaly merania tak, aby boli raz za 1 hodinu (koniec koncov, toto NIE je systém v reálnom čase) a sondu som pripojil k jednému z digitálnych pinov namiesto trvalého 5v. V súčasnej dobe je sonda napájaná iba ~ 16 minút denne namiesto 24 hodín, čo by malo dramaticky predĺžiť jej životnosť.

Krok 5: ZÁKLADNÁ FUNKČNOSŤ

APIS je založený na doske Arduino UNO.

APIS meria vlhkosť pôdy raz za hodinu, a ak klesne pod vopred definovanú prahovú hodnotu, zapne čerpadlo na vopred definovaný časový úsek vopred definovaný počet krát oddelených intervalmi „nasýtenia“.

Akonáhle je dosiahnutý prah cieľovej vlhkosti, proces sa vráti do režimu merania raz za hodinu.

Ak nie je možné dosiahnuť cieľovú vlhkosť, ale bola dosiahnutá dolná hranica, je to tiež v poriadku (došlo aspoň k nejakému zavlažovaniu). Dôvodom mohlo byť nešťastné umiestnenie sondy, kde je príliš ďaleko od vlhkej pôdy.

Ak sa však nedá dosiahnuť ani dolná hranica vlhkosti, je vyhlásený chybový stav. (Pravdepodobne je problém v sonde alebo vo vedre došla voda atď.). V chybovom stave jednotka spí 24 hodín bez toho, aby robila čokoľvek, a potom to skúsi znova.

Krok 6: 7 SEGMENTOVÝ DISPLEJ

TM1650 ZOBRAZENÝ 7 SEGMENTOVÝ DISPLEJ:

Pôvodne APIS nemal žiadnu zobrazovaciu schopnosť. Bez pripojenia cez USB nebolo možné zistiť aktuálnu úroveň pôdnej vlhkosti.

Aby som to napravil, pridal som do systému 4 -miestny 7 -segmentový displej: na Fasttech.com

Nikde som nenašiel knižnicu, ktorá by s týmto modulom pracovala (ani údajový list), takže po niekoľkých hodinách skúmania a experimentovania s portom I²C som sa rozhodol napísať knižnicu ovládačov sám.

Podporuje zobrazenie až 16 číslic (pričom 4 sú predvolené), môže zobrazovať základné znaky ASCII (upozorňujeme, že nie všetky znaky môžu byť zostavené zo 7 segmentov, takže písmená ako W, M atď. Nie sú implementované)., Podporuje desatinné čísla bodové zobrazenie na module, bežiaci reťazec znakov (na zobrazenie viac ako 4 písmen) a podporuje 16 stupňov jasu.

Knižnica je k dispozícii na detskom ihrisku arduino.cc tu. Knižnica ovládačov TM1650

Ukážkové video je k dispozícii tu

ANIMÁCIA:

Počas vodného toku je implementovaná trocha 7 -segmentová animácia.

• Keď je čerpadlo zapojené, digitálne body na displeji bežia zľava doprava, čo symbolizuje vodný tok: zalievanie animované video
• V období „sýtosti“bodky prebiehajú od stredu displeja smerom von, čo symbolizuje sýtosť: animácia videa sýtenosti

Zbytočné, ale príjemný dotyk.

Krok 7: ČERPADLO a RIADENIE ČERPADLA

ČERPADLO

Na zavlažovanie rastlín som použil 12v peristaltické kvapalinové čerpadlo (dostupné tu). Čerpadlo poskytuje asi 100 ml/min (čo je asi 1/2 pohára - na to je dobré pamätať pri konfigurácii doby chodu vody, aby sa zabránilo pretečeniu, a stalo sa to 8-))

RIADENIE ČERPADLA - L293D

Čerpadlo je ovládané čipom vodiča motora L293D. Pretože smer otáčania je prednastavený, na ovládanie skutočne potrebujete použiť iba kolík na povolenie čipu. Smerové kolíky je možné trvale pripojiť priamo na +5 V a GND.

Ak ste si (ako ja) neboli istí, ktorým smerom sa čerpadlo bude uberať, stále môžete pripojiť všetky tri piny k Arduinu a ovládať smer programovo. Menej opätovného spájkovania.

Krok 8: KONFIGURÁCIA a TLAČIDLÁ

TLAČIDLÁ:

Na konfiguráciu a ovládanie APIS som použil tri tlačidlá.

Všetky stlačenia tlačidiel sú spracované na základe prerušenia pinov (knižnica PinChangeInt).

• Červené (úplne vpravo) je tlačidlo VYBRAŤ. APIS vstúpi do konfiguračného režimu a tiež potvrdí hodnoty.
• Čierne tlačidlá úplne vľavo a v strede (PLUS respektíve MINUS) slúžia na zvýšenie/zníženie konfigurovateľných hodnôt (v konfiguračnom režime) alebo na zobrazenie aktuálneho dátumu/času a informácií o poslednom zalievaní (v normálnom režime).

Pretože je väčšinu času displej vypnutý, všetky tlačidlá najskôr „prebudia“APIS a až potom, po druhom stlačení, vykonajú svoju funkciu.

Displej sa vypne po 30 sekundách nečinnosti (pokiaľ neprebieha zavlažovanie).

APIS pri spustení prechádza konfiguračnými parametrami na kontrolu: video

KONFIGURÁCIA:

APIS má štyri režimy konfigurácie:

1. Nakonfigurujte parametre zavlažovania
2. Nastavte hodiny v reálnom čase
3. „Sila“zalievania
4. Skontrolujte denník zalievania

VODNÉ PARAMETRE:

1. Nízky prah vlhkosti pôdy (začnite zalievať)
2. Vysoký prah vlhkosti pôdy (zastavte zalievanie)
3. Trvanie jedného zavlažovania (v sekundách)
4. Počet zavlažovacích cyklov v jednej dávke
5. Trvanie obdobia nasýtenia pôdy medzi cyklami v rámci jednej dávky (v minútach)
6. Čas aktivácie nočného režimu (vojenský čas, iba hodiny)
7. Čas ukončenia nočného režimu (vojenský čas, iba hodiny)
8. Víkendová úprava času ukončenia nočného režimu (v hodinách)

NASTAVENIE SKUTOČNÝCH HODÍN:

1. Storočie (t. J. 20 pre rok 2015)
2. Rok (t. J. 15 pre rok 2015)
3. Mesiac
4. Deň
5. Hodina
6. Minúta

Po potvrdení minút sa hodiny nastavia tak, aby boli sekundy nastavené na 00.

Nastavenie má časový limit 15 sekúnd, po ktorom sa všetky zmeny zrušia.

Po uložení sa parametre uložia do pamäte EEPROM.

NÚTENIE ZÁLOHOVACIEHO behu:

Stále si nie som istý, prečo som to implementoval, ale je to tam. Po aktivácii APIS prejde do režimu zavlažovania. Režim zavlažovania však stále podlieha prahovým hodnotám. To znamená, že ak vynútite zavlažovanie, ale vlhkosť pôdy je nad značkou HIGH, zavlažovanie sa okamžite skončí. V zásade to funguje iba vtedy, ak je vlhkosť pôdy medzi NÍZKYMI a VYSOKÝMI prahovými hodnotami.

RECENZIA ZÁVODNÉHO ZÁZNAMU:

APIS uchováva v pamäti EEPROM záznam o posledných 10 zavlažovacích cykloch, ktoré si môže užívateľ prezrieť. Je uložený iba dátum/čas zavlažovania. Prahové hodnoty (v tom čase) a počet spustení potrebných na dosiahnutie prahovej hodnoty HIGH nie sú uložené (aj keď v ďalšej verzii môžu byť).

Krok 9: RTC: SKUTOČNÉ ČASOVÉ HODINY

NOČNÝ MÓD

Keď ma v noci APIS zobudil, prišiel mi nápad implementovať „nočný režim“.

Nočný režim je, keď sa neuskutočňujú žiadne merania, je vypnutý displej a neprechádza zavlažovaním.

V obvyklý pracovný deň sa APIS „prebúdza“o 7:00 (konfigurovateľné) a do nočného režimu prejde o 22:00 (konfigurovateľné). Cez víkend APIS používa nastavenie „víkendové prispôsobenie“na oddialenie prebúdzania (napríklad na 9:00)., ak je víkendová úprava 2 hodiny).

RTC VÝNIMKA RTC vs. RTC „SOFTVÉRU“:

Na sledovanie dátumu/času a vstupu/výstupu do nočných režimov som použil hardvérový RTC (dostupný tu).

Použitie je voliteľné, pretože náčrty je možné zostaviť tak, aby používali takzvaný „softvérový“RTC (pomocou milis () funkčnosti arduina).

Nevýhodou používania softvéru RTC je, že musíte nastaviť čas pri každom zapnutí APIS.

Upravil som štandardnú knižnicu RTC tak, aby presne zodpovedala rozhraniu API a tiež aby som vyriešil problém s prechodom cez millis. (Možnosti sťahovania nájdete v kroku náčrtov).

Krok 10: SPOJENIE VŠETKÉHO SPOLU

Celý systém (okrem sondy) vrátane čerpadla sa zmestí do malého boxu pre Arduino Uno.

1. Displej TM1650 používa rozhranie TWI, takže vodiče SDA a SDC smerujú na piny Arduino A4 a A5. Ďalšie dva vodiče sú +5 V a GND.
2. Doska RTC používa rozhranie TWI, rovnaké ako vyššie. (TM1650 a RTC používajú rôzne porty, takže existujú mierumilovne). Kolík RTC +5v je pripojený k arduino pinu 12 (napájaný digitálnym pinom namiesto +5v). Nepamätám si, prečo som to urobil, nemusíš.
3. Kolíky L293D sú pripojené nasledovne: aktivujte (kolík 1) k D5 a kolíky ovládajúce smer 2 a 7 k arduino kolíkom D6 a D7.
4. TLAČIDLÁ sú spojené s kolíkmi D2, D8 a D9 pre SELECT, PLUS a MINUS. (Tlačidlá sú implementované so sťahovacími 10K odpormi-v konfigurácii „aktívny-vysoký“).
5. Napájanie +5 V modulu PROBE je pripojené k arduino pinu 10 (aby bolo možné vykonávať pravidelné merania) a sonda je pripojená k analógovému pinu A1.

POZNÁMKA: Do archívu github bol pridaný schematický súbor s fritzingom.

Krok 11: Náčrtky a ďalšie

Aktualizácia z marca 2015:

1. Pridaná funkcia na vypúšťanie rúrok po zalievaní, aby sa zabránilo tvorbe plesní (chlapec! Som šťastný, že som na L293D nenamontoval pevne zapojený smer otáčania čerpadla!)
2. Rozsiahlejšia protokolovanie zahŕňa dátum/čas začiatku a konca zavlažovania, počiatočnú a koncovú vlhkosť a koľkokrát bolo čerpadlo zapojené počas zavlažovania.
3. Aktualizovaná chybová rutina: zariadenie sa tvrdo resetuje po 24 hodinách od zadania chybového stavu
4. Prekompilované s TaskScheduler 2.1.0
5. Rôzne ďalšie opravy chýb

18. novembra 2015 bol APIS aktualizovaný o nasledujúce ďalšie funkcie:

1. Použitie knižnice DirectIO na rýchlejšie a jednoduchšie zmeny pinov
2. Použitie knižnice časových pásiem na správne prepínanie medzi EST a EDT
3. Bola pridaná logika odstraňovania odrazov od tlačidiel iba pomocou TaskScheduler
4. Pridaná funkcia opakovania tlačidiel (hodnoty sa cyklia, ak je tlačidlo stlačené a podržané, pričom rýchlosť cyklu sa zvyšuje po 5 cykloch)
5. Prekompilované s IDE 1.6.6 AVR 1.6.9 proti TaskScheduler 1.8.4
6. Presunuté do Githubu

KNIŽNICE:

APIS je založený na nasledujúcich knižniciach:

• EEPROM - súčasť Arduino IDE
• Drôt - súčasť Arduino IDE
• EnableInterrupt - k dispozícii na Github
• Časové pásmo - k dispozícii na Github
• DirectIO - k dispozícii na Github

Upravené (rozdvojené) mnou:

• Čas - k dispozícii na Github
• RTClib - k dispozícii na Github

Vyvinuté mnou:

• TM1650 - k dispozícii na Github
• TaskScheduler - k dispozícii na Github
• AvgFilter - k dispozícii na Github

SKICA:

Najnovšia verzia skici APIS, vrátane súboru schematických schém, je k dispozícii na Github

ÚDAJE:

• L293D: tu
• Breakout board RTC: tu

Krok 12: *** VYHrali sme !!! ***

Tento projekt získal druhú cenu v súťaži Automatizácia domov sponzorovanej spoločnosťou Dexter Industries.

Skontrolovať to! WOO-HOO !!!

Druhá cena za domácu automatizáciu