APIS - Automaattinen kasvien kastelujärjestelmä: 12 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

HISTORIA: (tämän järjestelmän seuraava kehitys on saatavilla täältä)

Kasvien kasteluun liittyviä ohjeita on melko vähän, joten tuskin keksin täällä jotain alkuperäistä. Mikä tekee tästä järjestelmästä erilaisen, siinä on paljon ohjelmointia ja mukauttamista, mikä mahdollistaa paremman hallinnan ja integroinnin päivittäiseen elämään.

Tässä on video kastelukierroksesta: kastelukierros

Näin APIS syntyi:

Meillä on kaksi punaista kuumaa chilipippurikasveja, jotka ovat tuskin "selviytyneet" useista lomistamme ja ovat melkein pitäneet perheenjäseniä tässä vaiheessa. He ovat kokeneet äärimmäisen kuivuuden ja liiallisen kastelun, mutta toipuneet aina jotenkin.

Arduino-pohjaisen kasvien kastelun rakentaminen oli melkein ensimmäinen idea siitä, miten Arduinoa voitaisiin soveltaa kodin automaatiohankkeena. Joten rakennettiin yksinkertainen kasvien kastelujärjestelmä.

Versiossa 1 ei kuitenkaan ollut merkkejä maaperän kosteudesta, eikä ollut mitään keinoa kertoa, aikooko se kastaa kasveja vai kastelu oli muutaman päivän päässä.

Uteliaisuus, kuten me kaikki tiedämme, tappoi kissan, ja versio 2 rakennettiin nelinumeroisella 7 -segmenttimoduulilla näyttämään nykyinen kosteus aina.

Se ei riittänyt. Seuraava kysymys oli "milloin se viimeksi kasteli kasveja"? (Koska olimme harvoin kotona todistamassa sitä). Versio 3 käytti 7 -segmenttimoduulia myös näyttämään kuinka kauan sitten viimeinen kastelukerta tapahtui (juoksevana merkkijonona).

Eräänä iltana kastelu alkoi kello 4 aamulla herättäen kaikki. Turhauttavaa… APIS: n kytkeminen pois päältä yöksi ja päiväksi, jotta estetään keskellä yötä tapahtuva kastelu, on lisätty reaaliaikainen kello, joka laittoi laitteen nukkumaan yöllä osana versiota 4.

Koska reaaliaikainen kello vaatii säännöllisiä säätöjä (kuten esimerkiksi kesäajan kytkentä), versio 5 sisältää kolme painiketta, joiden avulla voidaan asettaa erilaisia kasvien kasteluparametreja.

Se ei pysähtynyt siihen. Huomasin, että kosteusanturilla on taipumus rappeutua melko nopeasti, mikä johtuu todennäköisesti siitä, että se oli (rakenteellisesti) vakiojännitteellä ja siksi mittapään välillä oli jatkuva sähkövirta (syövyttävä anodi). Halpa maaperäanturi Kiinasta kesti noin viikon. Jopa sinkitty naula "syötiin" kuukaudessa. Ruostumattomasta teräksestä valmistettu anturi piti paremmin, mutta huomasin, että sekin oli luovuttamassa. Versio 6 kytkee anturin päälle vain 1 minuutiksi joka tunti (ja koko ajan kastelun aikana), mikä vähentää merkittävästi eroosiota (~ 16 minuuttia päivässä vs. 24 tuntia vuorokaudessa).

Ajatus:

Kehitä kasvien kastelujärjestelmä, jolla on seuraavat ominaisuudet:

1. Mittaa maaperän kosteus
2. Kun olet saavuttanut ennalta määritetyn "alhaisen" kosteusmerkin, käynnistä vesipumppu ja kastele kasveja, kunnes "korkea" kosteusmerkki on saavutettu
3. Kastelu on suoritettava useina erinä, jotka on erotettu käyttämättömyysjaksoista, jotta vesi kyllästyy maaperän läpi
4. Järjestelmän tulisi deaktivoida itsensä yöllä "unen" ja "herätyksen" välillä
5. Herätysaika tulisi säätää viikonloppuisin myöhempään arvoon
6. Järjestelmän tulee pitää kirjaa pumppausajoista
7. Järjestelmän pitäisi näyttää maaperän kosteuden nykyinen lukema
8. Järjestelmän tulee näyttää viimeisen pumpun käyttöpäivän/kellonajan
9. Kasteluparametrien pitäisi olla säädettävissä ilman uudelleen ohjelmointia
10. Pysäytä pumppaus ja ilmoita vikatilanteesta, jos pumpun käynti ei muuta kosteutta (vesi tai anturiongelmat), mikä estää laitoksen tulvan ja vuotavan veden
11. Järjestelmän tulee kytkeä kosteusanturi päälle/pois metallien eroosion välttämiseksi
12. Järjestelmän tulee tyhjentää vesi putkista estääkseen homeen muodostumisen niiden sisään

Seuraavat parametrit on määritettävä painikkeilla:

1. Kosteus "matala" -merkki, %, pumpun käynnistämiseksi (oletus = 60 %)
2. Kosteus "korkea" -merkki, %, pumpun toiminnan pysäyttämiseksi (oletus = 65 %)
3. Yhden kastelukierroksen kesto sekunteina (oletus = 60 sekuntia)
4. Uudelleenyritysten määrä tavoitellun kosteuden saavuttamiseksi (oletus = 4 ajoa)
5. Sotilaallinen aika deaktivoida yöksi, vain tuntia (oletus = 22 tai 22)
6. Sotilaallinen aika aktivoitua aamulla, vain tuntia (oletus = 07 tai 7 am)
7. Viikonlopun säätö aamuaktivointia varten, delta -tuntia (oletus = +2 tuntia)
8. Nykyinen päivämäärä ja kellonaika

APIS kirjoittaa 10 viimeisen kastelukerran päivämäärän/kellonajan EEPROM -muistiin. Loki voitaisiin näyttää näyttäen ajon päivämäärä ja kellonaika.

Yksi monista asioista, jotka olemme oppineet APIS -järjestelmästä, on se, että sinun ei tarvitse kastaa kasveja joka päivä, mikä oli meidän rutiinimme, kunnes näimme maaperän kosteuslukemat 7 -segmenttisellä näytöllä …

Vaihe 1: OSAT JA TYÖKALUT

Tarvitset seuraavat osat APIS: n rakentamiseen:

OHJAUSLAATIKKO JA LETKUT:

1. Arduino Uno -levy: Amazon.com
2. 12v Peristaltic nestepumppu silikoniputkella: osoitteessa Adafruit.com
3. 4-kertainen numeerinen LED-näyttö Digitaaliputki JY-MCU-moduuli: Fasttech.comissa
4. DS1307 Real Time Clock Breakout Board Kit: osoitteessa Adafruit.com (valinnainen)
5. Microtivity IM206 6x6x6mm Tact Switch: Amazon.comissa
6. Verokortti: Amazon.com
7. L293D -moottorin ohjaimen IC: Fasttech.comissa
8. 3 x 10 kOhm vastukset
9. Arduino projisoi muovikotelon: Amazon.com
10. 12v AC/DC -sovitin 2,1 mm: n virtaliittimellä: Amazon.com
11. Bambu vartaat
12. Kulutuspinta ja hieman lisäliimaa
13. Erittäin pehmeä lateksikumiletku 1/8 "ID, 3/16" OD, 1/32 "Wall, Puolikirkas keltainen, 10 ft. Pituus: McMaster.com
14. Kestävä nylon tiukka tiivisteinen piikki putkiliitin, tee 1/8 "putken tunnisteelle, valkoinen, 10 kpl: n pakkauksissa: osoitteessa McMaster.com
15. Kestävä nylon-tiiviisti tiivistetty piikkiputki, Wye 1/8 "putkikoodille, valkoinen, 10 kpl: n pakkauksissa: osoitteessa McMaster.com
16. Kuten tavallista, johdot, juotosvälineet jne.

KOSTEUSANTURI:

1. Pieni puukappale (1/4 "x 1/4" x 1 ")
2. 2 x ruostumattomasta teräksestä valmistetut akneuuttaneulat: Amazon.com
3. Maaperän kosteuden tunnistusanturimoduuli: osoitteessa Fasttech.com

Vaihe 2: MAAN KOSTEUSANTURI V1

Maaperän kosteus mitataan kahden maahan sijoitetun (noin 1 tuuman etäisyydellä toisistaan) metallisen anturin välisen vastuksen perusteella. Kaaviot on esitetty kuvassa.

Ensimmäinen kokeiltu koetin oli se, jonka voit ostaa useilta Internet -palveluntarjoajilta (kuten tämä).

Niiden ongelma on se, että kalvotaso on suhteellisen ohut ja syöpyy nopeasti (yhden tai kahden viikon), joten luopuin nopeasti tästä esivalmistetusta kestävämmälle anturille, joka perustuu sinkittyyn naulaan (pls. Katso seuraava vaihe)).

Vaihe 3: MAAN KOSTEUSANTURI V2

"Seuraavan sukupolven" anturi valmistettiin kotona kahdesta galvanoidusta naulosta, puulevystä ja kahdesta langasta.

Koska minulla oli jo kulunut valmistettu anturi, käytin uudelleen liitäntäkappaletta ja sen elektroniikkamoduulia, periaatteessa vain korvaamalla maaperän komponentin.

Sinkityt kynnet, yllätyksekseni, myös rappeutuivat (tosin hitaammin kuin ohut kalvo), mutta silti nopeammin kuin haluaisin.

Suunniteltiin toinen koetin, joka perustui ruostumattomasta teräksestä valmistettuihin aknenpoiston neuloihin. (katso seuraava vaihe).

Vaihe 4: MAAN KOSTEUSANTURI V3 "Katana"

Ruostumattomasta teräksestä valmistettu anturi (muistuttaa samuraimiekkaa, tästä nimi) on tällä hetkellä käytössä.

Uskon, että nopea eroosio voi johtua siitä, että anturi oli aina sähköjännitteellä (24x7) riippumatta siitä, kuinka usein todellinen mittaus tapahtui.

Tämän lieventämiseksi muutin mittausvälit kerran tunnissa (loppujen lopuksi tämä EI ole reaaliaikainen järjestelmä) ja liitin anturin johonkin digitaalisista nastoista pysyvän 5 voltin sijasta. Tällä hetkellä mittapää saa virtaa vain ~ 16 minuuttia päivässä 24 tunnin sijaan, mikä pidentää sen käyttöikää dramaattisesti.

Vaihe 5: PERUSTOIMINTA

APIS perustuu Arduinon UNO -alukseen.

APIS mittaa maaperän kosteuden kerran tunnissa, ja jos se alittaa ennalta määritetyn kynnyksen, käynnistää pumpun ennalta määrätyn ajanjakson ennalta määritetyn määrän kertoja, jotka on erotettu "kyllästysväleillä".

Kun tavoiteltu kosteusraja on saavutettu, prosessi palaa kerran tunnin mittaustilaan.

Jos tavoitettua kosteutta ei voida saavuttaa, mutta alaraja saavutettiin, sekin on OK (ainakin kastelua tapahtui ainakin jonkin verran). Syynä voi olla epäonninen anturin sijoittaminen, jos se on liian kaukana kosteasta maaperästä.

Jos edes alempaa kosteusrajaa ei saavutettu, virheilmoitus julkaistaan. (Todennäköisesti luotainongelma tai syöttökauha loppui vedestä jne.). Virheolosuhteissa laite nukkuu 24 tuntia tekemättä mitään ja yrittää sitten uudelleen.

Vaihe 6: 7 SEGMENTIN NÄYTTÖ

TM1650 7 -OSAINEN NÄYTTÖ:

Alun perin APIS: llä ei ollut näyttöominaisuuksia. Oli mahdotonta kertoa maaperän nykyisestä kosteustasosta ilman USB -liitäntää.

Korjaan tämän lisäämällä järjestelmään 4 -numeroisen 7 -segmenttinäytön: osoitteessa Fasttech.com

En löytänyt kirjastoa, jossa voisin työskennellä tämän moduulin kanssa (enkä sen tietolomaketta), joten muutaman tunnin I²C -porttien koetuksen ja kokeilun jälkeen päätän kirjoittaa ohjainkirjaston itse.

Se tukee enintään 16 numeron näyttöjä (joista 4 on oletusarvo), voi näyttää ASCII -perusmerkkejä (huomaa, että kaikkia merkkejä ei voitu muodostaa 7 segmentillä, joten kirjaimia, kuten W, M jne. Ei toteuteta)., Tukee desimaalia pisteenäyttö moduulissa, merkkijono (yli 4 kirjaimen näyttämiseksi) ja tukee 16 kirkkausastetta.

Kirjasto on saatavilla arduino.cc -leikkikentällä täällä. TM1650 -ohjainkirjasto

Esimerkkivideo löytyy täältä

ANIMAATIO:

Hieman 7 segmentin animaatiota toteutetaan vesiajon aikana.

• Kun pumppu on kytkettynä, näytön digitaaliset pisteet kulkevat vasemmalta oikealle -kuviolla, mikä symboloi vesivirtausta: kastelu -animaatiovideo
• "Värikylläisyyden" aikana pisteet kulkevat näytön keskeltä ulospäin, mikä symboloi kylläisyyttä: kylläisyysanimaatiovideo

Turha, mutta mukava kosketus.

Vaihe 7: PUMPPU JA PUMPUN HALLINTA

PUMPPU

Käytin kasvien kasteluun 12 V: n Peristaltic -nestemäistä pumppua (saatavana täältä). Pumppu tuottaa noin 100 ml/min (mikä on noin 1/2 lasia - hyvä muistaa, kun määrität veden käyntiajan ylivuotojen välttämiseksi, ja se tapahtui 8-))

PUMPUN OHJAUS - L293D

Pumppua ohjataan L293D -moottorin ohjainsirulla. Koska pyörimissuunta on esiasetettu, sinun on todella käytettävä vain sirun käyttötappia ohjaukseen. Suuntatapit voidaan kytkeä suoraan +5v ja GND pysyvästi.

Jos sinä (kuten minä) et ollut varma kumpaan suuntaan pumppu menee, voit silti yhdistää kaikki kolme nastaa Arduinoon ja ohjata suuntaa ohjelmallisesti. Vähemmän juottamista.

Vaihe 8: MÄÄRITTELY ja PAINIKKEET

PAINIKKEET:

Käytin kolmea painiketta APIS: n määrittämiseen ja hallintaan.

Kaikki painallukset käsitellään nastan keskeytysten perusteella (PinChangeInt -kirjasto).

• Punainen (oikealla) on SELECT -painike. Se saa APIS: n siirtymään määritystilaan ja vahvistaa myös arvot.
• Mustia vasemmanpuoleisia ja keskimmäisiä painikkeita (PLUS ja MIINUS) käytetään lisäämään/vähentämään konfiguroitavia arvoja (kokoonpanotilassa) tai näyttämään nykyisen päivämäärän/kellonajan ja viimeisen kastelutiedon tiedot (normaalitilassa).

Koska suurimman osan ajasta näyttö on sammutettu, kaikki painikkeet "herättävät" ensin APIS: n ja vasta sitten toisella painalluksella suorittavat tehtävänsä.

Näyttö sammuu 30 sekunnin käyttämättömyyden jälkeen (ellei kastelu ole käynnissä).

APIS kulkee kokoonpanoparametrien läpi käynnistettäessä tarkastettavaksi: video

MÄÄRITTELY:

APIS -järjestelmässä on neljä määritystilaa:

1. Määritä kasteluparametrit
2. Aseta reaaliaikainen kello
3. "Pakota" kastelukierros
4. Tarkista kasteluloki

VESI PARAMETRIT:

1. Alhainen kosteusraja (aloita kastelu)
2. Korkea maaperän kosteusraja (lopeta kastelu)
3. Yhden kastelukierroksen kesto (sekunneissa)
4. Kastelukertojen määrä yhdessä erässä
5. Maaperän kyllästymisajan kesto yhden erän sisällä (minuutteina)
6. Yötilan aktivointiaika (vain armeijan aika, vain tuntia)
7. Yötilan päättymisaika (vain armeijan aika, vain tuntia)
8. Viikonlopun säätö yötilan päättymisajalle (tunteina)

REAL TIME KELLON ASETUS:

1. Century (eli 20 vuodelle 2015)
2. Vuosi (eli 15 vuonna 2015)
3. Kuukausi
4. Päivä
5. Tunnin
6. Minuutti

Kello säädetään sekunneiksi 00, kun minuutit on vahvistettu.

Asetusten aikakatkaisuaika on 15 sekuntia, jonka jälkeen kaikki muutokset peruutetaan.

Tallennettaessa parametrit tallennetaan EEPROM -muistiin.

Kasteluveden pakottaminen:

En ole vielä varma, miksi otin sen käyttöön, mutta se on siellä. Aktivoinnin jälkeen APIS siirtyy kastelutilaan. Kastelutilaan sovelletaan kuitenkin edelleen kynnysarvoja. Tämä tarkoittaa sitä, että jos pakotat kastelukierron, mutta maaperän kosteus on KORKEA -merkin yläpuolella, kasteluvaihe päättyy välittömästi. Periaatteessa tämä toimii vain, jos maaperän kosteus on matalan ja korkean kynnyksen välillä.

VESILOKIN KATSAUS:

APIS pitää EEPROM -muistissa lokin viimeisistä 10 kastelukerrasta, jotka käyttäjä voi tarkastella. Vain kasteluajan päivämäärä/kellonaika tallennetaan. Kynnyksiä (tuolloin) ja HIGH -kynnyksen saavuttamiseen tarvittavien ajojen määrää ei tallenneta (vaikka seuraavassa versiossa ne saattavat olla).

Vaihe 9: RTC: REAL TIME CLOCK

YÖTILA

Kun APIS herätti minut yöllä, tuli mieleen idea toteuttaa "yötila".

Yötila on silloin, kun mittauksia ei suoriteta, näyttö on pois päältä eikä kastelua suoriteta.

Tavanomaisena arkipäivänä APIS "herää" klo 7 (konfiguroitavissa) ja siirtyy yötilaan klo 22 (konfiguroitavissa). Viikonloppuna APIS käyttää "viikonlopun säätö" -asetusta herätyksen viivästymiseen (esimerkiksi klo 9.00), jos viikonlopun säätö on 2 tuntia).

RTC: N PAKKAUSTAULUKKO vs. "OHJELMISTO" RTC:

Käytin laitteiston RTC: tä (saatavana täältä) seurataksesi päivämäärää/kellonaikaa ja siirtyäksesi/poistuaksesi yötiloista.

Se on valinnainen käyttää, koska luonnokset voitaisiin koota käyttämään niin sanottua "ohjelmistoa" RTC: tä (käyttäen millis () arduino -toimintoa).

Ohjelmiston RTC käytön haittana on, että sinun on asetettava aika aina, kun APIS käynnistyy.

Muokkasin vakio -RTC -kirjastoa vastaamaan sovellusliittymää tarkasti ja kiertämään myös millisekoituksen. (Katso lataukset luonnosvaiheesta).

Vaihe 10: ASETA KAIKKI YHDESSÄ

Koko järjestelmä (lukuun ottamatta anturia), pumppu mukaan lukien, mahtuu pieneen laatikkoon Arduino Unolle.

1. TM1650 -näyttö käyttää TWI -liitäntää, joten SDA- ja SDC -johdot menevät Arduino -nastoihin A4 ja A5. Muut kaksi johtoa ovat +5v ja GND.
2. RTC -kortti käyttää TWI -liitäntää, joten sama kuin yllä. (TM1650 ja RTC käyttävät eri portteja, joten ne elävät rauhanomaisesti rinnakkain). RTC +5v -nasta on kytketty arduino -nastaan 12 (virtalähde on digitaalinen nasta +5v: n sijasta). Älä muista miksi tein sen, sinun ei tarvitse.
3. L293D -nastat on kytketty seuraavasti: ota käyttöön (nasta 1) kohtaan D5 ja suunnanohjaustapit 2 ja 7 arduino -nastoihin D6 ja D7.
4. PAINIKKEET on kytketty nastoihin D2, D8 ja D9 SELECT, PLUS ja MINUS vastaavasti. (Painikkeet on toteutettu alasvedettävillä 10K-vastuksilla-"aktiivinen-korkea" -konfiguraatiossa).
5. PROBE -moduulin +5 voltin virta on kytketty arduino -nastaan 10 (jaksollisten mittausten mahdollistamiseksi) ja anturi analogiseen nastaan A1.

HUOMAUTUS: Fritzing -kaaviotiedosto on lisätty github -arkistoon.

Vaihe 11: luonnoksia ja muuta

Maaliskuun 2015 päivitys:

1. Lisätty toimintoja putkien tyhjentämiseen kastelukierroksen jälkeen, jotta estetään homeen muodostuminen (poika! Olen iloinen, etten liittänyt kiinteästi pumpun pyörimissuuntaa L293D: llä!)
2. Laajempi lokitiedosto sisältää kastelukierroksen alkamis- ja päättymispäivän/-ajan, kosteuden alun ja lopun sekä kuinka monta kertaa pumppu on kytketty kastelukierroksen aikana
3. Virherutiini päivitetty: laite nollataan 24 tunnin kuluttua virhetilanteen siirtymisestä
4. Uudelleen käännetty TaskScheduler 2.1.0: n avulla
5. Erilaisia muita virheenkorjauksia

18. marraskuuta 2015 APIS päivitettiin seuraavilla lisäominaisuuksilla:

1. DirectIO -kirjaston käyttö nopeampaan ja helpompaan nastan vaihtoon
2. Aikavyöhykekirjaston käyttö EST: n ja EDT: n välillä vaihtamiseen oikein
3. Lisätty painikkeiden poistumislogiikka vain TaskSchedulerilla
4. Lisätty painiketoistotoiminto (arvot kiertävät, jos painiketta pidetään painettuna ja syklin nopeus kasvaa 5 syklin jälkeen)
5. Uudelleen käännetty IDE 1.6.6 AVR 1.6.9: llä TaskScheduler 1.8.4: ää vastaan
6. Siirretty Githubiin

KIRJASTOT:

APIS perustuu seuraaviin kirjastoihin:

• EEPROM - osa Arduino IDE: tä
• Lanka - osa Arduino IDE: tä
• EnableInterrupt - saatavilla Githubissa
• Aikavyöhyke - saatavana Githubista
• DirectIO - saatavana Githubista

Muokannut (haarautunut):

• Aika - saatavana Githubista
• RTClib - saatavana Githubista

Minun kehittämäni:

• TM1650 - saatavana Githubista
• TaskScheduler - saatavana Githubista
• AvgFilter - saatavana Githubista

LUONNOS:

APIS -luonnoksen uusin versio, mukaan lukien fritzing -kaaviotiedosto, on saatavana Githubista

TUOTESELOSTEET:

• L293D: täällä
• RTC -katkaisulauta: täällä

Vaihe 12: *** VOITIME !!! ***

Tämä projekti voitti toisen palkinnon Home Automation -kilpailussa, jota sponsoroi Dexter Industries.

Tarkista se! WOO-HOO !!!

Koti -automaation toinen palkinto