APIS - automatinė augalų drėkinimo sistema: 12 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

ISTORIJA: (kitą šios sistemos raidą rasite čia)

Augalų laistymo tema yra nemažai instrukcijų, todėl čia vos išradau kažką originalaus. Ši sistema skiriasi nuo programavimo ir pritaikymo, kuris leido geriau valdyti ir integruoti į kasdienį gyvenimą.

Čia yra laistymo bėgimo vaizdo įrašas: laistymo bėgimas

Taip atsirado APIS:

Turime du raudonųjų aitriųjų čili pipirų augalus, kurie vos „išgyveno“keletą mūsų atostogų ir šiuo metu beveik laikė šeimos nariais. Jie patyrė didžiulę sausrą ir per daug laistė, tačiau visada kažkaip atsigavo.

Idėja sukurti „Arduino“augalų laistymą buvo beveik pirmoji idėja, kaip „Arduino“būtų galima pritaikyti kaip namų automatizavimo projektą. Taigi buvo sukurta paprasta augalų laistymo sistema.

Tačiau 1 versijoje nebuvo jokių dirvožemio drėgmės požymių ir nebuvo galima pasakyti, ar ji ketina laistyti augalus, ar laistymas liko po kelių dienų.

Smalsumas, kaip mes visi žinome, nužudė katę, o 2 versija buvo sukurta naudojant 4 skaitmenų 7 segmentų modulį, kuris visada rodys dabartinę drėgmę.

To nepakako. Kitas klausimas buvo „kada paskutinį kartą laistėte augalus“? (Kadangi mes retai būdavome namuose tai liudyti). 3 versijoje buvo naudojamas 7 segmentų modulis, taip pat rodomas paskutinis laistymo laikas (kaip veikianti teksto eilutė).

Vieną naktį laistymas prasidėjo 4 val., Pažadindamas visus. Apmaudu … Kadangi buvo per daug darbo išjungti APIS nakčiai ir įjungti dieną, kad būtų išvengta laistymo vidury nakties, buvo pridėtas laikrodis realiuoju laiku, kad įrenginys užmigtų naktį kaip 4 versijos dalis.

Kadangi realaus laiko laikrodį reikia periodiškai koreguoti (pvz., Vasaros laiko jungiklį), 5 versijoje yra trys mygtukai, leidžiantys nustatyti įvairius augalų laistymo parametrus.

Tuo nesustojo. Pastebėjau, kad drėgmės zondas linkęs gana greitai gesti, greičiausiai dėl to, kad jis buvo (pagal konstrukciją) esant pastoviai įtampai, todėl tarp zondų buvo nuolatinė elektros srovė (ardantis anodas). Pigus dirvožemio zondas iš Kinijos išgyveno apie savaitę. Net cinkuota vinis per mėnesį buvo „suvalgyta“. Nerūdijančio plieno zondas laikėsi geriau, tačiau pastebėjau, kad net ir tai pasiduoda. 6 versijoje zondas įjungiamas tik 1 minutę kas valandą (ir visą laiką laistymo metu), taip smarkiai sumažinant eroziją (~ 16 minučių per dieną, palyginti su 24 valandomis per parą).

Idėja:

Sukurkite augalų laistymo sistemą su šiomis galimybėmis:

1. Išmatuokite dirvožemio drėgmę
2. Pasiekę iš anksto nustatytą „žemos“drėgmės ženklą, įjunkite vandens siurblį ir laistykite augalus, kol pasieks „didelės“drėgmės žymę
3. Laistymas turėtų būti atliekamas kelis kartus, atskirtus neveiklumo laikotarpiais, kad vanduo būtų prisotintas dirvožemyje
4. Sistema turėtų išsijungti naktį tarp „miego“ir „pabudimo“laikų
5. „Pabudimo“laikas savaitgaliais turėtų būti pritaikytas vėlesnei vertei
6. Sistema turėtų saugoti siurbimo eigos žurnalą
7. Sistema turėtų rodyti dabartinį dirvožemio drėgmės rodmenį
8. Sistema turėtų rodyti paskutinio siurblio veikimo datą/laiką
9. Laistymo parametrai turėtų būti reguliuojami neperprogramuojant
10. Sustabdykite siurbimą ir nurodykite klaidos būseną, jei siurblio veikimo metu nesikeičia drėgmė (trūksta vandens arba atsiranda jutiklio problemų), neleidžiančių užtvindyti įrenginio ir nutekėti vandens
11. Sistema turėtų įjungti/išjungti drėgmės zondą, kad būtų išvengta metalo erozijos
12. Sistema turėtų išleisti vandenį iš vamzdžių, kad jų viduje nesusidarytų pelėsiai

Mygtukais turi būti konfigūruojami šie parametrai:

1. Drėgmės „žemas“ženklas, %, norint pradėti siurblio darbą (numatytasis = 60 %)
2. Drėgmės ženklas „aukštas“, %, norint sustabdyti siurblio darbą (numatytasis = 65 %)
3. Vieno laistymo trukmė, sekundėmis (numatytoji = 60 sekundžių)
4. Pakartotinių bandymų pasiekti tikslinę drėgmę skaičius (numatytasis = 4 važiavimai)
5. Karinis laikas išjungti nakčiai, tik valandos (numatytasis = 22 arba 22 val.)
6. Karinis laikas aktyvuoti ryte, tik valandomis (numatytasis = 07 arba 7 val.)
7. Savaitgalio koregavimas ryto suaktyvinimui, delta valandos (numatytasis = +2 valandos)
8. Dabartinė data ir laikas

Į EEPROM atmintį APIS įrašo 10 paskutinio laistymo datų ir laiko. Gali būti rodomas žurnalas, kuriame rodoma bėgimų data ir laikas.

Vienas iš daugelio dalykų, kuriuos sužinojome iš APIS, yra tas, kad jums nereikia kasdien laistyti augalų, o tai buvo mūsų kasdienybė, kol 7 segmentų ekrane pamatėme dirvožemio drėgmės rodmenis …

1 žingsnis: DALYS ir ĮRANKIAI

Norėdami sukurti APIS, jums reikės šių dalių:

KONTROLĖS DĖŽĖ IR VAMZDŽIAI:

1. „Arduino Uno“lenta: „Amazon.com“
2. 12v peristaltinis skysčio siurblys su silikoniniais vamzdeliais: Adafruit.com
3. 4X skaitmeninis LED ekranas Skaitmeninis vamzdelis JY-MCU modulis: Fasttech.com
4. DS1307 „Real Time Clock Breakout Board“rinkinys: Adafruit.com (neprivaloma)
5. „Microtivity IM206 6x6x6mm Tact Switch“: „Amazon.com“
6. „Vero“lenta: „Amazon.com“
7. L293D variklio tvarkyklės IC: Fasttech.com
8. 3 x 10 kOhm rezistoriai
9. „Arduino“projektuoja plastikinį dėklą: „Amazon.com“
10. 12v AC/DC adapteris su 2,1 mm maitinimo lizdu: „Amazon.com“
11. Bambuko iešmai
12. Protektorius ir šiek tiek supercement klijų
13. Super minkštas latekso guminis vamzdelis 1/8 "ID, 3/16" OD, 1/32 "siena, pusiau skaidrus gintaras, 10 pėdų ilgis: svetainėje McMaster.com
14. Patvarus nailono sandarus sandarinimo spygliuotas vamzdžių tvirtinimas, 1/8 colio vamzdžio ID, balta, pakuotės po 10: „McMaster.com“
15. Patvarus nailono sandarus sandarinimo spygliuotas vamzdžių tvirtinimas, Wye 1/8 "vamzdžio ID, baltas, pakuotės po 10: McMaster.com
16. Kaip įprasta, laidai, litavimo įrankiai ir kt.

Drėgmės zondas:

1. Mažas medžio gabalas (1/4 "x 1/4" x 1 ")
2. 2 x nerūdijančio plieno spuogų šalinimo adatos: „Amazon.com“
3. Dirvožemio drėgmės aptikimo jutiklio modulis: Fasttech.com

2 žingsnis: DIRVOS DRĖGMĖS ZONAS V1

Dirvožemio drėgmė matuojama remiantis pasipriešinimu tarp dviejų metalinių zondų, įkištų į žemę (maždaug 1 colio atstumu). Schemos pavaizduotos paveikslėlyje.

Pirmą kartą bandžiau zondą, kurį galite nusipirkti iš daugelio interneto tiekėjų (kaip šis).

Problema yra ta, kad folijos lygis yra palyginti plonas ir greitai išnyksta (per vieną ar dvi savaites), todėl greitai atsisakiau šio iš anksto pagaminto tvirtesnio jutiklio, pagaminto iš cinkuoto vinio (pls. Žr. Kitą žingsnį).).

3 žingsnis: DIRVOS DRĖGMĖS ZONAS V2

„Naujos kartos“zondas buvo pagamintas namuose iš dviejų cinkuotų vinių, medinės lentos ir poros laidų.

Kadangi jau turėjau susidėvėjusį pagamintą zondą, pakartotinai panaudojau jungiamąjį elementą ir elektroninį modulį iš jo, iš esmės tik pakeisdamas dirvožemio komponentą.

Cinkuoti nagai, mano nuostabai, taip pat subyrėjo (nors ir lėčiau nei plona folija), bet vis tiek greičiau, nei norėčiau.

Kitas zondas buvo sukurtas remiantis nerūdijančio plieno spuogų šalinimo adatomis. (žr. kitą žingsnį).

4 žingsnis: DIRVOS DRĖGMĖS ZONAS V3 „Katana“

Šiuo metu naudojamas nerūdijančio plieno zondas (panašus į samurajų kardą, taigi ir pavadinimas).

Manau, greitą eroziją galima sieti su tuo, kad zondas visada buvo veikiamas elektros įtampos (24x7), nepriklausomai nuo to, kaip dažnai buvo atliekamas faktinis matavimas.

Norėdami tai sušvelninti, matavimo intervalus pakeičiau į vieną kartą per 1 valandą (juk tai NĖRA realaus laiko sistema), o zondą prijungiau prie vieno iš skaitmeninių kaiščių, o ne nuolatinių 5v. Šiuo metu zondas maitinamas tik ~ 16 minučių per dieną, o ne 24 valandas, o tai turėtų žymiai padidinti jo tarnavimo laiką.

5 žingsnis: PAGRINDINĖ FUNKCIONALUMAS

APIS yra pagrįstas „Arduino UNO“lenta.

APIS matuoja dirvožemio drėgmę kartą per valandą, o jei jis nukrenta žemiau iš anksto nustatytos ribos, siurblį įjungia iš anksto nustatytam laikotarpiui iš anksto nustatytą kartų skaičių, atskirtą „prisotinimo“intervalais.

Pasiekus tikslinę drėgmės ribą, procesas grįžta į kartą per valandą matavimo režimą.

Jei nepavyksta pasiekti norimos drėgmės, tačiau buvo pasiekta apatinė riba, tai taip pat gerai (bent šiek tiek laistyta). Priežastis gali būti netinkamas zondo įdėjimas, kai jis yra per toli nuo drėgno dirvožemio.

Tačiau, jei nepavyko pasiekti net apatinės drėgmės ribos, paskelbiama klaidos sąlyga. (Greičiausiai zondo problema, ar tiekimo kibiras baigėsi vandeniu ir pan.). Esant klaidai, įrenginys miegos 24 valandas nieko nedarydamas, o tada bandys dar kartą.

6 veiksmas: 7 SEGMENTO EKRANAS

TM1650 PAGRINDINIS 7 SEGMENTŲ EKRANAS:

Iš pradžių APIS neturėjo jokių rodymo galimybių. Neįmanoma nustatyti dabartinio dirvožemio drėgmės lygio neprisijungus per USB.

Norėdami tai išspręsti, prie sistemos pridėjau 4 skaitmenų 7 segmentų ekraną: „Fasttech.com“

Niekur neradau bibliotekos, kurioje būtų galima dirbti su šiuo moduliu (nei jo duomenų lapo), todėl po kelių valandų I²C prievado zondavimo ir eksperimentavimo nusprendžiu pats parašyti tvarkyklės biblioteką.

Jis palaiko iki 16 skaitmenų ekranus (4 yra numatytasis), gali rodyti pagrindinius ASCII simbolius (atkreipkite dėmesį, kad ne visi simboliai gali būti sudaryti iš 7 segmentų, todėl raidės, pvz., W, M ir tt neįgyvendinamos). taško rodymas modulyje, kuriame yra simbolių eilutė (rodyti daugiau nei 4 raides) ir palaiko 16 ryškumo laipsnių.

Biblioteką rasite arduino.cc žaidimų aikštelėje. TM1650 vairuotojų biblioteka

Vaizdo įrašo pavyzdį rasite čia

ANIMACIJA:

Vandens bėgimo metu įgyvendinama šiek tiek 7 segmentų animacija.

• Kai siurblys įjungtas, skaitmeniniai taškai ekrane rodomi iš kairės į dešinę, simbolizuojant vandens tekėjimą: laistymo animacijos vaizdo įrašas
• „Prisotinimo“laikotarpiu taškai eina nuo ekrano centro į išorę, simbolizuojant sodrumą: animacijos vaizdo įrašas

Nereikalingas, bet malonus prisilietimas.

7 žingsnis: Siurblys ir siurblio valdymas

SIURBLYS

Augalams laistyti naudojau 12v peristaltinį skysčio siurblį (galima rasti čia). Siurblys užtikrina apie 100 ml/min. (Tai yra maždaug 1/2 stiklinės - gerai prisiminti, kai sukonfigūruosite vandens tekėjimo laiką, kad išvengtumėte perpildymo, ir tai atsitiko 8))

Siurblio valdymas - L293D

Siurblys valdomas naudojant L293D variklio tvarkyklės mikroschemą. Kadangi sukimosi kryptis yra iš anksto nustatyta, valdymui iš tikrųjų reikia naudoti tik lusto įjungimo kaištį. Kryptiniai kaiščiai gali būti tiesiogiai prijungti prie +5v ir GND.

Jei jūs (kaip ir aš) nežinojote, kuria kryptimi siurblys eis, vis tiek galite prijungti visus tris kaiščius prie „Arduino“ir programiškai valdyti kryptį. Mažiau pakartotinio litavimo.

8 žingsnis: KONFIGŪRAVIMAS ir MYGTUKAI

MYGTUKAI:

APIS konfigūravimui ir valdymui naudojau tris mygtukus.

Visi mygtukų paspaudimai apdorojami pagal kaiščio pertraukas (PinChangeInt biblioteka).

• Raudona (dešinėje) yra mygtukas SELECT. Tai priverčia APIS įjungti konfigūracijos režimą, taip pat patvirtina reikšmes.
• Juodi kairieji ir viduriniai mygtukai (atitinkamai PLUS ir MINUS) naudojami konfigūruojamoms reikšmėms padidinti arba sumažinti (konfigūracijos režimu) arba rodyti dabartinę datą/laiką ir paskutinio laistymo informaciją (įprastu režimu).

Kadangi dažniausiai ekranas yra išjungtas, visi mygtukai pirmiausia „pažadins“APIS ir tik tada, antrą kartą paspaudę, atliks savo funkciją.

Ekranas išsijungia po 30 sekundžių neveikimo (nebent vyksta laistymas).

APIS paleidžia konfigūracijos parametrus, kai paleidžiama peržiūrėti: vaizdo įrašas

KONFIGŪRACIJA:

APIS turi keturis konfigūracijos režimus:

1. Konfigūruokite laistymo parametrus
2. Nustatykite laikrodį realiuoju laiku
3. „Priverstinis“laistymas
4. Peržiūrėkite laistymo žurnalą

VANDENS PARAMETRAI:

1. Žemas dirvožemio drėgmės slenkstis (pradėti laistyti)
2. Aukšta dirvožemio drėgmės riba (nustokite laistyti)
3. Vieno laistymo ciklo trukmė (sekundėmis)
4. Laistymo važiavimų skaičius vienoje partijoje
5. Dirvožemio prisotinimo laikotarpio trukmė tarp bandymų per vieną partiją (minutėmis)
6. Naktinio režimo įjungimo laikas (karinis laikas, tik valandos)
7. Naktinio režimo pabaigos laikas (tik karinis laikas, tik valandos)
8. Naktinio režimo pabaigos laiko koregavimas savaitgaliais (valandomis)

Tikrojo laiko laikrodžio nustatymas:

1. Šimtmetis (t. Y. 20 2015 m.)
2. Metai (t. Y. 15 2015 m.)
3. Mėnuo
4. Diena
5. Valanda
6. Minutė

Laikrodis nustatomas nustatant sekundes į 00, kai patvirtinamos minutės.

Nustatymo laikas turi būti 15 sekundžių, po kurio visi pakeitimai atšaukiami.

Išsaugojus parametrai išsaugomi EEPROM atmintyje.

VANDENS BĖGIMO priverstinis naudojimas:

Vis dar nežinau, kodėl tai įgyvendinau, bet yra. Įjungus APIS, įjungiamas laistymo režimas. Tačiau laistymo režimui vis dar taikomos ribos. Tai reiškia, kad jei priverstinai laistysite, bet dirvožemio drėgmė viršys HIGH ženklą, laistymas iškart baigsis. Iš esmės tai veikia tik tuo atveju, jei dirvožemio drėgmė yra tarp ŽEMOS ir AUKŠTOS ribų.

VANDENS ŽURNALO APŽVALGA:

APIS EEPROM atmintyje saugo paskutinių 10 laistymo eigų žurnalą, kurį vartotojas gali peržiūrėti. Išsaugoma tik laistymo ciklo data/laikas. Slenksčiai (tuo metu) ir važiavimų skaičius, kurių prireikė norint pasiekti aukštą slenkstį, nėra išsaugomi (nors kitoje versijoje jie gali būti).

9 veiksmas: RTC: REAL TIME CLOCK

NAKTIES RĖŽIMAS

Kai APIS mane pažadino naktį, kilo mintis įdiegti „naktinį režimą“.

Naktinis režimas yra tada, kai neatliekami jokie matavimai, ekranas yra išjungtas ir nėra laistymo.

Įprastą darbo dieną APIS „atsibunda“7 val., jei savaitgalio koregavimas yra 2 valandos).

„RTC Breakout Board“ir „PROGRAMINĖ ĮRANGA“RTC:

Aš naudoju aparatinę RTC (galima rasti čia), kad galėčiau sekti datą/laiką ir įvesti/išeiti naktinius režimus.

Tai neprivaloma naudoti, nes eskizai gali būti sudaryti naudojant vadinamąją „programinę įrangą“RTC (naudojant milis () arduino funkcionalumą).

Programinės įrangos RTC trūkumas yra tas, kad kiekvieną kartą, kai įjungiate APIS, turite nustatyti laiką.

Aš pakeičiau standartinę RTC biblioteką, kad ji tiksliai atitiktų API, ir taip pat išspręsiu milisų apvirtimo problemą. (Atsisiųskite eskizų žingsnį).

10 veiksmas: VISO SUDĖJIMAS KARTU

Visa sistema (išskyrus zondą), įskaitant siurblį, telpa į mažą „Arduino Uno“dėžutę.

1. TM1650 ekrane naudojama TWI sąsaja, todėl SDA ir SDC laidai eina atitinkamai į „Arduino“kaiščius A4 ir A5. Kiti du laidai yra +5v ir GND.
2. RTC plokštėje naudojama TWI sąsaja, tokia pati kaip aukščiau. (TM1650 ir RTC naudoja skirtingus prievadus, todėl jie taikiai sugyvena). RTC +5v kaištis prijungtas prie 12 arduino kaiščio (maitinamas naudojant skaitmeninį kaištį, o ne +5v). Nepamenu, kodėl aš tai padariau, tau nereikia.
3. L293D kaiščiai yra prijungti taip: įjunkite (1 kaištį) prie D5, o krypties valdymo kaiščius 2 ir 7 atitinkamai prie arduino kaiščių D6 ir D7.
4. MYGTUKAI yra prijungti prie kaiščių D2, D8 ir D9 atitinkamai SELECT, PLUS ir MINUS. (Mygtukai yra įdiegti su nuleidžiamais 10K rezistoriais-„aktyvaus aukšto“konfigūracijoje).
5. „PROBE“modulio +5 V maitinimas prijungtas prie „arduino“kaiščio 10 (kad būtų galima atlikti periodinius matavimus), o zondas - prie analoginio kištuko A1.

PASTABA: „Gritub“schemų failas buvo pridėtas prie „github“saugyklos.

11 veiksmas: eskizai ir dar daugiau

2015 m. Kovo mėn. Atnaujinimas:

1. Pridėta funkcija išleisti vamzdžius po laistymo, kad būtų išvengta pelėsių susidarymo (berniukas! Džiaugiuosi, kad L293D nesuklydau siurblio sukimosi kryptimi!)
2. Išsamesnis registravimas apima laistymo pradžios ir pabaigos datą/laiką, drėgmės pradžią ir pabaigą bei kiek kartų siurblys buvo įjungtas laistymo metu
3. Atnaujinta klaidų tvarka: įrenginys bus iš naujo nustatytas po 24 valandų nuo klaidos būsenos įvedimo
4. Pakartotinai sukurta naudojant „TaskScheduler 2.1.0“
5. Įvairūs kiti klaidų pataisymai

Nuo 2015 m. Lapkričio 18 d. APIS buvo atnaujinta naudojant šias papildomas funkcijas:

1. „DirectIO“bibliotekos naudojimas greitesniam ir paprastesniam kaiščių keitimui
2. Laiko juostos bibliotekos naudojimas norint teisingai perjungti EST ir EDT
3. Pridėta mygtuko atmetimo logika tik naudojant „TaskScheduler“
4. Pridėta mygtuko pakartojimo funkcija (vertės ciklas, jei mygtukas yra paspaustas ir laikomas, ciklo greitis padidėja po 5 ciklų)
5. Pakartotinai sudaryta su IDE 1.6.6 AVR 1.6.9 prieš TaskScheduler 1.8.4
6. Persikėlė į „Github“

BIBLIOTEKOS:

APIS yra pagrįstas šiomis bibliotekomis:

• EEPROM - „Arduino IDE“dalis
• Viela - „Arduino IDE“dalis
• EnableInterrupt - galima „Github“
• Laiko juosta - pasiekiama „Github“
• „DirectIO“- galima rasti „Github“

Mano modifikuotas (šakotas):

• Laikas - pasiekiamas „Github“
• RTClib - prieinama „Github“

Mano sukurta:

• TM1650 - galima rasti „Github“
• „TaskScheduler“- galima rasti „Github“
• „AvgFilter“- galima rasti „Github“

Eskizas:

Naujausią APIS eskizo versiją, įskaitant fritzavimo schemų failą, galima rasti „Github“

DUOMENŲ LAPAI:

• L293D: čia
• RTC atskyrimo lenta: čia

12 žingsnis: *** LAIMĖJAME !!! ***

Šis projektas laimėjo antrąją premiją konkurse „Home Automation“, kurį rėmė „Dexter Industries“.

Pasižiūrėk! WOO-HOO !!!

Antrasis namų automatikos prizas