APIS - Automatizált üzemi öntözőrendszer: 12 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

A TÖRTÉNET: (a rendszer következő fejlesztése itt érhető el)

A növényi öntözés témakörében jó néhány utasítás található, így alig találtam ki itt valami eredetit. E rendszer megkülönbözteti a programozás és testreszabás mennyiségét, amely lehetővé tette a jobb irányítást és a mindennapi életbe való integrációt.

Itt egy videó egy öntöző futásról: öntöző futás

Így jött létre az APIS:

Van két piros csípős chilipaprika növényünk, amelyek alig "túlélték" több nyaralásunkat, és ekkor már szinte családtagoknak számítottak. Nagy szárazságon és túlöntözésen mentek keresztül, de valahogy mindig felépültek.

Az Arduino-alapú növényi öntözés építésének ötlete szinte az első ötlet volt, hogyan lehetne az Arduino-t otthoni automatizálási projektként alkalmazni. Tehát egy egyszerű növényi öntözőrendszert építettek ki.

Az 1. verzió azonban semmilyen jelzést nem adott a talaj páratartalmára, és nem volt mód megmondani, hogy öntözni készül a növényeket, vagy az öntözés néhány nap múlva van.

A kíváncsiság, mint mindannyian tudjuk, megölte a macskát, és a 2. verziót egy 4 számjegyű, 7 szegmenses modullal építették fel, amely mindenkor megjeleníti az aktuális páratartalmat.

Ez nem volt elég. A következő kérdés az volt, hogy "mikor öntözte utoljára a növényeket"? (Mivel ritkán voltunk otthon, hogy tanúi legyünk). A 3. verzió a 7 szegmenses modult használta annak megjelenítésére is, hogy mióta történt az utolsó öntözés (futó szövegként).

Egy éjszaka hajnali 4 órakor kezdődött az öntözés, és mindenki felébredt. Frusztráló… Úgy találta, hogy túl sok munka van az APIS éjszakai kikapcsolásához, és nappal történő bekapcsolásához, hogy megakadályozza az éjszaka közepén történő öntözést, a 4. verzió részeként valós idejű órát adtak az eszköz éjszakai alváshoz.

Mivel a valós idejű óra időszakos beállításokat igényel (például a nyári időszámítás kapcsolóját), az 5. verzió három gombot tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a különböző növényi öntözési paraméterek beállítását.

Ezzel nem állt meg. Észrevettem, hogy a páratartalom -érzékelő hajlamos meglehetősen gyorsan erodálni, valószínűleg azért, mert (tervezés szerint) állandó feszültség alatt volt, és ezért állandó elektromos áram volt a szondák között (erodáló anód). A Kínából származó olcsó talajszonda körülbelül egy hetet élt túl. Még egy horganyzott szöget is "megett" egy hónap alatt. Egy rozsdamentes acél szonda jobban tartott, de észrevettem, hogy még ez is feladja. A 6. verzió óránként csak 1 percre kapcsolja be a szondát (és folyamatosan az öntözés alatt), így drámaian csökkenti az eróziót (~ 16 perc naponta, szemben a napi 24 órával).

Az ötlet:

Fejlesszen ki növényi öntözőrendszert a következő képességekkel:

1. Mérje meg a talaj nedvességtartalmát
2. Amikor eléri az előre meghatározott "alacsony" páratartalom jelzést, kapcsolja be a vízszivattyút és öntözze a növényeket, amíg el nem éri a "magas" páratartalom jelzést
3. Az öntözést több menetben kell elvégezni, tétlenségi periódusokkal elválasztva, hogy lehetővé váljon a víz telítettsége a talajban
4. A rendszernek éjszaka ki kell kapcsolnia magát az "alvás" és az "ébredés" között
5. Az "ébredés" idejét a hétvégére egy későbbi értékre kell állítani
6. A rendszernek vezetnie kell a szivattyúzási menetek naplóját
7. A rendszernek megjelenítenie kell a talajnedvesség aktuális értékét
8. A rendszernek meg kell jelenítenie a szivattyú utolsó futtatásának dátumát/idejét
9. Az öntözési paramétereket újra programozás nélkül állítani kell
10. Állítsa le a szivattyúzást és jelezze a hibaállapotot, ha a szivattyú futása nem vezet a páratartalom megváltozásához (vízhiány vagy érzékelői problémák), megakadályozva a berendezés elárasztását és a víz szivárgását
11. A rendszernek be kell kapcsolnia a páratartalom -érzékelőt, hogy elkerülje a fémek erózióját
12. A rendszernek le kell engednie a vizet a csövekből, hogy megakadályozza a penész kialakulását a belsejükben

A következő paramétereket gombokkal lehet konfigurálni:

1. Páratartalom "alacsony" jel %-ban a szivattyú működésének elindításához (alapértelmezett = 60 %)
2. Páratartalom "magas" jel %-ban a szivattyú működésének leállításához (alapértelmezett = 65 %)
3. Egyetlen öntözési időtartam, másodpercben (alapértelmezett = 60 másodperc)
4. A cél páratartalom eléréséhez szükséges újbóli próbálkozások száma (alapértelmezett = 4 futás)
5. Katonai idő az éjszakai kikapcsoláshoz, csak órák (alapértelmezett = 22 vagy 22 óra)
6. Katonai idő a reggeli aktiváláshoz, csak órákban (alapértelmezett = 07 vagy 7 óra)
7. Hétvégi korrekció a reggeli aktiváláshoz, delta órák (alapértelmezett = +2 óra)
8. Az aktuális dátum és idő

Az APIS beírja az utolsó öntözés 10 dátumát/idejét az EEPROM memóriába. A napló megjeleníthető a futások dátumával és idejével.

Az egyik dolog, amit az APIS -től tanultunk, az, hogy valójában nem kell minden nap öntözni a növényeket, ez volt a szokásunk, amíg a 7 szegmenses kijelzőn nem láttuk a talaj páratartalmát …

1. lépés: RÉSZEK ÉS SZERSZÁMOK

Az APIS felépítéséhez a következő alkatrészekre lesz szüksége:

VEZÉRLŐDOBOZ ÉS CSŐ:

1. Arduino Uno tábla: az Amazon.com oldalon
2. 12v perisztaltikus folyadékszivattyú szilikoncsővel: az Adafruit.com webhelyen
3. 4X numerikus LED kijelző digitális cső JY-MCU modul: a Fasttech.com webhelyen
4. DS1307 Valós idejű óra kitörő tábla készlet: az Adafruit.com webhelyen (opcionális)
5. Mikrotivitás IM206 6x6x6mm Tact Switch: az Amazon.com oldalon
6. Vero tábla: az Amazon.com oldalon
7. L293D motorvezérlő IC: a Fasttech.com webhelyen
8. 3 x 10 kOhm ellenállás
9. Az Arduino műanyag tokot vetít: az Amazon.com webhelyen
10. 12v AC/DC adapter 2,1 mm -es tápcsatlakozóval: az Amazon.com oldalon
11. Bambusz nyárs
12. Futófelület és egy kis felületi ragasztó
13. Szuper puha latex gumi cső 1/8 "ID, 3/16" OD, 1/32 "fal, félig tiszta borostyán, 10 láb. Hossz: a McMaster.com webhelyen
14. Strapabíró nylon szoros tömítésű szöges csőszerelvény, póló 1/8 "-os csőazonosítóhoz, fehér, 10 darabos csomagolásban: a McMaster.com webhelyen
15. Strapabíró nylon tömített szöges csőszerelvény, Wye 1/8 "-os csőazonosítóhoz, fehér, 10 darabos csomagolásban: a McMaster.com webhelyen
16. Szokás szerint vezetékek, forrasztószerszámok stb.

Páratartalom szonda:

1. Kis fadarab (1/4 "x 1/4" x 1 ")
2. 2 x rozsdamentes acél akne eltávolító tű: az Amazon.com webhelyen
3. Talajnedvesség -érzékelő modul: a Fasttech.com webhelyen

2. lépés: Talajnedvesség -érzékelő V1

A talaj páratartalmát a talajba (kb. 1 hüvelyk távolságra) elhelyezett két fém szonda közötti ellenállás alapján mérik. A vázlatok a képen láthatók.

Az első szonda, amelyet kipróbáltam, az volt, amelyet számos internetszolgáltatótól vásárolhat (például ezt).

Ezekkel az a probléma, hogy a fólia szintje viszonylag vékony, és gyorsan (egy-két hét alatt) erodálódik, ezért gyorsan felhagytam ezzel az előre gyártott, a horganyzott körmön alapuló szilárdabb érzékelővel (pl. Lásd a következő lépést)).

3. lépés: Talajnedvesség -érzékelő V2

A "következő generációs" szonda két horganyzott szögből, egy fából készült táblából és egy pár vezetékből készült.

Mivel már volt egy elhasználódott gyártott szondám, ezért újra használtam a csatlakozódarabot és az elektronikai modult, alapvetően csak a talajkomponenst cseréltem ki.

A horganyzott körmök meglepetésemre szintén erodálódtak (bár lassabban, mint a vékony fólia), de még mindig gyorsabban, mint szeretném.

Egy másik szondát terveztek, rozsdamentes acél akneeltávolító tűk alapján. (lásd a következő lépést).

4. lépés: Talajnedvesség -érzékelő V3 "Katana"

A rozsdamentes acél szonda (hasonlít a szamurájkardra, innen a név) a jelenleg használt.

Úgy gondolom, hogy a gyors erózió annak tudható be, hogy a szonda mindig elektromos feszültség alatt volt (24x7), függetlenül attól, hogy milyen gyakran történt a tényleges mérés.

Ennek enyhítésére módosítottam a mérési időközöket 1 óránként egyszer (elvégre ez NEM valós idejű rendszer), és a szondát az állandó digitális 5V helyett az egyik digitális csaphoz kötöttem. Jelenleg a szonda 24 óra helyett napi ~ 16 perc alatt működik, ami drámaian megnöveli az élettartamát.

5. lépés: ALAPFUNKCIÓS

Az APIS az Arduino UNO táblán alapul.

Az APIS óránként egyszer méri a talaj nedvességtartalmát, és ha az előre meghatározott küszöbérték alá esik, bekapcsolja a szivattyút egy előre meghatározott időtartamra, előre meghatározott számú alkalommal, amelyet "telítési" időközök választanak el.

Amint eléri a cél páratartalom küszöbértéket, a folyamat visszatér óránként egyszeri mérési módba.

Ha a cél páratartalom nem érhető el, de az alsó határértéket elérték, az is rendben van (legalább öntözés történt). Ennek oka lehet a szonda szerencsétlen elhelyezése, ahol túl messze van a nedves talajtól.

Ha azonban még az alsó páratartalom -határértéket sem sikerült elérni, hibaállapotot hirdetnek. (Valószínűleg szonda probléma, vagy a tápvödör kifogyott a vízből stb.). Hiba esetén a készülék 24 órát alszik, anélkül, hogy bármit is tenne, majd újra megpróbálja.

6. lépés: 7 SZEGMENT KIJELZŐ

TM1650 7 ALAPÚ SZEGMENT KIJELZŐ:

Eredetileg az APIS nem rendelkezett megjelenítési képességgel. Lehetetlen volt megmondani az aktuális talajnedvesség -szintet USB -csatlakozás nélkül.

Ennek javítása érdekében hozzáadtam egy 4 számjegyű, 7 szegmenses kijelzőt a rendszerhez: a Fasttech.com webhelyen

Sehol nem találtam könyvtárat, amellyel ezzel a modullal dolgozhatnék (adatlapot sem), ezért néhány óra I²C portszondázás és kísérletezés után úgy döntök, hogy magam is megírok egy illesztőprogram -könyvtárat.

Támogatja a legfeljebb 16 számjegyű megjelenítéseket (4 az alapértelmezett), képes megjeleníteni az alapvető ASCII karaktereket (kérjük, vegye figyelembe, hogy nem minden karaktert lehet 7 szegmensből felépíteni, így a betűk, mint a W, M stb. Nem valósulnak meg.) pontkijelző a modulon, karaktersorozat fut (több mint 4 betű megjelenítéséhez), és támogatja a 16 fényerőt.

A könyvtár itt található az arduino.cc játszótéren. TM1650 illesztőprogram -könyvtár

A minta videó itt érhető el

ÉLÉNKSÉG:

Egy kis 7 szegmenses animáció valósul meg a víz futása közben.

• Miközben a szivattyú be van kapcsolva, a kijelzőn lévő digitális pontok balról jobbra haladnak, ami a vízfolyást jelképezi: öntöző animációs videó
• A "telítettség" alatt a pontok a kijelző közepétől kifelé futnak, ami a telítettséget jelképezi: telítettség animációs videó

Felesleges, de kellemes tapintású.

7. lépés: SZIVATTYÚ és SZIVATTYÚ VEZÉRLÉS

SZIVATTYÚ

A növények öntözésére 12 V -os Perisztaltic folyadékszivattyút használtam (itt érhető el). A szivattyú körülbelül 100 ml/perc sebességet biztosít (ez körülbelül 1/2 pohár - jó megjegyezni, amikor beállítja a víz futási idejét, hogy elkerülje a túlcsordulást, és ez történt 8-))

Szivattyúvezérlés - L293D

A szivattyút az L293D motorvezérlő chip vezérli. Mivel a forgásirány előre be van állítva, igazából csak a chip engedélyező csapját kell használnia a vezérléshez. Az irányítócsapokat állandóan +5V -ra és GND -re lehet kötni.

Ha (mint én) nem volt biztos abban, hogy a szivattyú melyik irányba fog haladni, akkor is csatlakoztathatja mindhárom csapot az Arduino -hoz, és programozhatóan irányíthatja az irányt. Kevesebb újraforrasztás.

8. lépés: KONFIGURÁCIÓ és GOMBOK

GOMBOK:

Az APIS konfigurálásához és vezérléséhez három gombot használtam.

Az összes gombnyomás a pin megszakításai alapján kerül feldolgozásra (PinChangeInt könyvtár).

• A piros (a jobb szélső) a SELECT gomb. Az APIS konfigurációs módba lép, és megerősíti az értékeket.
• A bal szélső és középső fekete gombok (PLUSZ és MINUS) a konfigurálható értékek növelésére/csökkentésére szolgálnak (konfigurációs módban), vagy az aktuális dátum/idő és az utolsó öntözési információ megjelenítésére (normál módban).

Mivel a kijelző legtöbbször ki van kapcsolva, az összes gomb először "felébreszti" az APIS -t, és csak ezután, egy második megnyomásra, elvégzi funkcióját.

A kijelző kikapcsol 30 másodperc tétlenség után (kivéve, ha öntözés van folyamatban).

Az APIS átfut a konfigurációs paramétereken indításkor felülvizsgálatra: videó

KONFIGURÁCIÓ:

Az APIS négy konfigurációs módot kínál:

1. Állítsa be az öntözési paramétereket
2. Valós idejű óra beállítása
3. "Force" öntöző futás
4. Tekintse át az öntözési naplót

VÍZZÉSI PARAMÉTEREK:

1. Alacsony talajnedvesség -küszöb (öntözés megkezdése)
2. Magas talajnedvesség -küszöb (hagyja abba az öntözést)
3. Egyetlen öntözési időtartam (másodpercben)
4. Az öntözési menetek száma egy adagban
5. A talaj telítettségének időtartama egy tételen belüli futtatások között (percben)
6. Éjszakai mód aktiválási ideje (katonai idő, csak óra)
7. Éjszakai mód befejezési ideje (katonai idő, csak óra)
8. Hétvégi beállítás az éjszakai üzemmód befejezési idejéhez (órában)

Valós idejű órabeállítás:

1. Század (azaz 20 2015 -re)
2. Év (azaz 15 2015 -ben)
3. Hónap
4. Nap
5. Óra
6. Perc

Az órát a másodpercek 00 -ra állítják a percek megerősítése után.

A beállítások időtartama 15 másodperc, majd minden módosítás törlődik.

Mentéskor a paraméterek az EEPROM memóriába kerülnek.

Öntözőfutás kényszerítése:

Még mindig nem tudom, miért valósítottam meg, de ott van. Aktiválás után az APIS öntözési módba lép. Az öntözési mód azonban továbbra is küszöbértéknek van kitéve. Ez azt jelenti, hogy ha erőltetett öntözést hajt végre, de a talaj páratartalma meghaladja a HIGH jelzést, akkor az öntözés azonnal véget ér. Ez alapvetően csak akkor működik, ha a talaj páratartalma alacsony és magas között van.

VÍZLAP -FELÜLVIZSGÁLAT:

Az APIS naplót vezet az EEPROM memóriában az utolsó 10 öntözési menetről, amelyet a felhasználó megtekinthet. Csak az öntözés dátuma/ideje kerül tárolásra. A küszöbértékek (abban az időben) és a HIGH küszöb eléréséhez szükséges futások száma nem kerül tárolásra (bár a következő verzióban ezek lehetnek).

9. lépés: RTC: VALÓDI IDŐ

ÉJSZAKAI MÓD

Miután az APIS éjszaka felébresztett, eszembe jutott egy "éjszakai üzemmód" megvalósításának ötlete.

Éjszakai mód az, amikor nem történik mérés, a kijelző ki van kapcsolva, és nem folyik öntözés.

Egy szokásos munkanapon az APIS "felébred" reggel 7 órakor (konfigurálható), és este 10 órakor lép éjszakai üzemmódba (konfigurálható). Hétvégén az APIS a "hétvégi beállítás" beállítást használja az ébredés késleltetésére (például 9 óráig), ha a hétvégi beállítás 2 óra).

RTC Breakout BOARD vs. "SOFTWARE" RTC:

A hardver RTC -t (itt érhető el) használtam a dátum/idő nyomon követésére és az éjszakai üzemmódok belépésére/kilépésére.

Választható a használata, mivel a vázlatokat össze lehet állítani az úgynevezett "szoftver" RTC használatára (az arduino millis () funkcionalitását használva).

Az RTC szoftver használatának hátránya, hogy minden alkalommal be kell állítania az időt, amikor az APIS bekapcsol.

Módosítottam a szabványos RTC könyvtárat, hogy pontosan illeszkedjen az API -hoz, és megkerüljem a millis millio problémát is. (A letöltéshez lásd a vázlatok lépését).

10. lépés: ÖSSZEHASZNÁLJA EGYÜTT

Az egész rendszer (a szonda kivételével), beleértve a szivattyút is, elfér egy kis dobozban az Arduino Uno számára.

1. A TM1650 kijelző TWI interfészt használ, így az SDA és az SDC vezetékek az Arduino A4 és A5 tűkhöz kerülnek. A másik két vezeték +5V és GND.
2. Az RTC kártya TWI interfészt használ, tehát ugyanazt, mint fent. (A TM1650 és az RTC különböző portokat használ, így békésen élnek együtt). Az RTC +5v tüske a 12 -es arduino csaphoz van csatlakoztatva (+5v helyett digitális tűn keresztül táplálva). Nem emlékszel, miért tettem, nem kell.
3. Az L293D csapok az alábbiak szerint vannak csatlakoztatva: engedélyezze (1. tüske) a D5 -re, a 2. és 7. irányszabályozó csapokat pedig a D6 és D7 arduino csapokra.
4. A GOMBOK a D2, D8 és D9 csapokhoz vannak csatlakoztatva SELECT, PLUS és MINUS esetén. (A gombok lehúzható 10K ellenállásokkal vannak megvalósítva-"aktív-magas" konfigurációban).
5. A PROBE modul +5 V -os tápellátása az arduino 10 tűhöz van csatlakoztatva (az időszakos mérések engedélyezéséhez), a szonda pedig az analóg A1 tűhöz van csatlakoztatva.

MEGJEGYZÉS: A Fritzing sematikus fájl hozzáadásra került a github adattárhoz.

11. lépés: Vázlatok és egyebek

2015. márciusi frissítés:

1. Kiegészített funkcionalitás a csövek leeresztéséhez öntözés után, hogy megakadályozzák a penész kialakulását (fiú! Örülök, hogy nem kötöttem be a vezetékes szivattyú forgásirányát az L293D-n!)
2. A kiterjedtebb naplózás magában foglalja az öntözés kezdetének és végének dátumát/idejét, a páratartalom kezdetét és végét, valamint azt, hogy hányszor kapcsolta be a szivattyút az öntözés során
3. Hiba rutin frissítve: az eszköz a hibaállapotba való belépést követően 24 óra elteltével újraindul
4. Újra fordítva a TaskScheduler 2.1.0 -val
5. Különféle egyéb hibajavítások

2015. november 18 -tól az APIS a következő további funkciókkal bővült:

1. A DirectIO könyvtár használata a gombok gyorsabb és egyszerűbb cseréjéhez
2. Az időzóna könyvtár használata az EST és az EDT közötti helyes váltáshoz
3. Hozzáadott gomb-visszapattanó logika csak a TaskScheduler használatával
4. Hozzáadott gombismétlő funkció (értékek ciklus, ha a gombot lenyomva tartják, a ciklus sebessége 5 ciklus után nő)
5. Újra fordítva az IDE 1.6.6 AVR 1.6.9 -el a TaskScheduler 1.8.4 ellen
6. A Githubba költözött

KÖNYVTÁROK:

Az APIS a következő könyvtárakon alapul:

• EEPROM - az Arduino IDE része
• Vezeték - az Arduino IDE része
• EnableInterrupt - elérhető a Githubon
• Időzóna - elérhető a Githubon
• DirectIO - elérhető a Githubon

Általam módosított (villás):

• Idő - elérhető a Githubon
• RTClib - elérhető a Githubon

Én fejlesztettem:

• TM1650 - elérhető a Githubon
• TaskScheduler - elérhető a Githubon
• AvgFilter - elérhető a Githubon

VÁZLAT:

Az APIS -vázlat legújabb verziója, beleértve a fritzázási rajzfájlt is, elérhető a Githubon

ADATLAPOKAT:

• L293D: itt
• RTC kitörőtábla: itt

12. lépés: *** Nyertünk !!! ***

Ez a projekt második díjat nyert a Dexter Industries által támogatott Home Automation versenyen.

Nézd meg! JU HÚ!!!

Második díj az otthoni automatizálásban