APIS - automatizēta augu apūdeņošanas sistēma: 12 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

VĒSTURE: (nākamā šīs sistēmas attīstība ir pieejama šeit)

Par augu laistīšanas tēmu ir diezgan daudz pamācību, tāpēc es te knapi izdomāju kaut ko oriģinālu. Šo sistēmu padara atšķirīgu programmēšana un pielāgošana, kas tajā tika iekļauta, ļaujot labāk kontrolēt un integrēties ikdienas dzīvē.

Šeit ir laistīšanas skrējiena video: laistīšanas skrējiens

Tā radās APIS:

Mums ir divi sarkanie asie čili piparu augi, kas tik tikko "izdzīvoja" vairākus mūsu atvaļinājumus un šajā brīdī gandrīz uzskatīja par ģimenes locekļiem. Viņi ir piedzīvojuši ārkārtēju sausumu un pārmērīgu laistīšanu, bet vienmēr kaut kā atguvušies.

Ideja izveidot augu laistīšanu uz Arduino bāzes bija gandrīz pirmā ideja, kā Arduino varētu izmantot kā mājas automatizācijas projektu. Tātad tika uzbūvēta vienkārša augu laistīšanas sistēma.

Tomēr 1. versijā nebija nekādu norāžu par augsnes mitrumu, un nebija iespējams noteikt, vai tā gatavojas laistīt augus, vai laistīšana bija pēc dažām dienām.

Ziņkārība, kā mēs visi zinām, nogalināja kaķi, un 2. versija tika veidota ar četrciparu 7 segmentu moduli, lai vienmēr parādītu pašreizējo mitrumu.

Ar to bija par maz. Nākamais jautājums bija "kad pēdējo reizi tas laistīja augus"? (Tā kā mēs reti bijām mājās, lai to liecinātu). 3. versijā tika izmantots 7 segmentu modulis, lai parādītu arī to, cik sen bija pēdējais laistīšanas posms (kā tekoša teksta virkne).

Kādu nakti laistīšana sākās pulksten 4 no rīta, visus pamodinot. Apgrūtinoši… Tā kā bija pārāk daudz darba, lai izslēgtu APIS uz nakti un ieslēgtu dienu, lai novērstu apūdeņošanu nakts vidū, tika pievienots reāllaika pulkstenis, lai ierīci naktī iemigtu kā daļu no 4. versijas.

Tā kā reālā laika pulkstenim ir periodiski jāpielāgo (piemēram, vasaras laika slēdzis), 5. versijā ir trīs pogas, kas ļauj iestatīt dažādus augu laistīšanas parametrus.

Tas neapstājās. Es pamanīju, ka mitruma zondei ir tendence sabojāties diezgan ātri, iespējams, tāpēc, ka tā (pēc konstrukcijas) bija zem nemainīga sprieguma, un tāpēc starp zondēm bija pastāvīga elektriskā strāva (erozijas anods). Lētā augsnes zonde no Ķīnas izdzīvoja apmēram nedēļu. Pat cinkota nagla tika "apēsta" mēneša laikā. Nerūsējošā tērauda zonde turējās labāk, bet es pamanīju, ka pat tas padodas. 6. versija ieslēdz zondi tikai 1 minūti katru stundu (un visu laiku laistīšanas laikā), tādējādi ievērojami samazinot eroziju (~ 16 minūtes dienā pret 24 stundām dienā).

Ideja:

Izstrādāt augu laistīšanas sistēmu ar šādām iespējām:

1. Izmēriet augsnes mitrumu
2. Sasniedzot iepriekš noteiktu "zema" mitruma atzīmi, ieslēdziet ūdens sūkni un laistiet augus, līdz tiek sasniegta "augsta" mitruma atzīme
3. Laistīšana jāveic vairākos posmos, atdalot tos ar bezdarbības periodiem, lai ūdens piesātinātu augsni
4. Sistēmai vajadzētu deaktivizēties naktī starp "miega" un "pamošanās" laikiem
5. “Pamodināšanas” laiks nedēļas nogalēs jāpielāgo vēlākai vērtībai
6. Sistēmai vajadzētu saglabāt sūknēšanas darbu žurnālu
7. Sistēmai vajadzētu parādīt pašreizējo augsnes mitruma nolasījumu
8. Sistēmai jāparāda pēdējās sūkņa darbības datums/laiks
9. Laistīšanas parametriem jābūt regulējamiem bez pārprogrammēšanas
10. Pārtrauciet sūknēšanu un norādiet kļūdas stāvokli, ja sūkņa darbība neizmaina mitrumu (nav ūdens vai sensora problēmas), novēršot iekārtas applūšanu un ūdens noplūdi
11. Sistēmai jāieslēdz/jāizslēdz mitruma zonde, lai izvairītos no metāla erozijas
12. Sistēmai jāiztukšo ūdens no caurulēm, lai novērstu pelējuma veidošanos to iekšpusē

Tālāk norādītos parametrus vajadzētu konfigurēt, izmantojot pogas:

1. Mitruma atzīme "zems", %, lai sāktu sūkņa darbību (noklusējums = 60 %)
2. Mitruma atzīme "augsts", %, lai apturētu sūkņa darbību (noklusējums = 65 %)
3. Viena laistīšanas ilgums, sekundēs (noklusējums = 60 sekundes)
4. Mēģinājumu skaits, lai sasniegtu mērķa mitrumu (noklusējums = 4 skrējieni)
5. Militārais laiks deaktivizēšanai uz nakti, tikai stundas (noklusējums = 22 vai 22:00)
6. Militārais laiks, lai aktivizētos no rīta, tikai stundas (noklusējums = 07 vai 7:00)
7. Nedēļas nogales korekcija rīta aktivizēšanai, delta stundas (noklusējums = +2 stundas)
8. Pašreizējais datums un laiks

APIS EEPROM atmiņā ieraksta datumu/laiku, kad tika veikta 10 pēdējās laistīšanas reizes. Žurnālu varētu parādīt, parādot skrējienu datumu un laiku.

Viena no daudzajām lietām, ko mēs uzzinājām no APIS, ir tāda, ka jums faktiski nav nepieciešams katru dienu laistīt augus, kas bija mūsu ikdiena, līdz 7 segmentu displejā redzējām augsnes mitruma rādījumus …

1. darbība: DAĻAS UN RĪKI

Lai izveidotu APIS, jums būs nepieciešamas šādas detaļas:

KONTROLKASTE UN TŪVAS:

1. Arduino Uno dēlis: vietnē Amazon.com
2. 12v šķidruma sūknis ar peristaltiku ar silikona caurulēm: vietnē Adafruit.com
3. 4X ciparu LED displeja digitālās caurules JY-MCU modulis: vietnē Fasttech.com
4. DS1307 reālā laika pulksteņa sadalīšanas paneļa komplekts: vietnē Adafruit.com (pēc izvēles)
5. Microtivity IM206 6x6x6mm Tact Switch: vietnē Amazon.com
6. Vero dēlis: vietnē Amazon.com
7. L293D motora draivera IC: vietnē Fasttech.com
8. 3 x 10 kOhm rezistori
9. Arduino projektē plastmasas korpusu: vietnē Amazon.com
10. 12v maiņstrāvas/līdzstrāvas adapteris ar 2,1 mm barošanas ligzdu: vietnē Amazon.com
11. Bambusa iesmi
12. Protektors un mazliet supercement līme
13. Īpaši mīksta lateksa gumijas caurule 1/8 "ID, 3/16" OD, 1/32 "siena, daļēji dzidrs dzintars, 10 pēdas garums: vietnē McMaster.com
14. Izturīgs neilona cieši noslēgts dzeloņstieples cauruļu stiprinājums, tēja 1/8 "caurules ID, balta, iepakojumā pa 10: vietnē McMaster.com
15. Izturīgs neilona cieši noslēgts dzeloņstieņu cauruļu stiprinājums, Wye 1/8 "caurules ID, balts, iepakojumi pa 10: vietnē McMaster.com
16. Kā parasti, vadi, lodēšanas instrumenti utt.

Mitruma zonde:

1. Neliels koka gabals (1/4 "x 1/4" x 1 ")
2. 2 x nerūsējošā tērauda pūtītes ekstrakcijas adatas: vietnē Amazon.com
3. Augsnes mitruma noteikšanas sensora modulis: vietnē Fasttech.com

2. darbība: augsnes mitruma zonde V1

Augsnes mitrumu mēra, pamatojoties uz pretestību starp divām metāla zondēm, kas ievietotas zemē (apmēram 1 collas attālumā). Shēmas ir attēlotas attēlā.

Pirmo zondi, kuru izmēģināju, varēja iegādāties no vairākiem interneta pakalpojumu sniedzējiem (piemēram, šis).

Problēma ar tiem ir tāda, ka folijas līmenis ir salīdzinoši plāns un ātri (vienas vai divu nedēļu laikā) sagraujas, tāpēc es ātri atteicos no šī iepriekš izgatavotā, lai iegūtu izturīgāku sensoru, pamatojoties uz cinkotu naglu (pl. Sk. Nākamo soli)).

3. solis: augsnes mitruma zonde V2

"Nākamās paaudzes" zonde tika izgatavota mājās no divām cinkotām naglām, koka dēļa un pāris vadiem.

Tā kā man jau bija nolietota izgatavota zonde, es atkārtoti izmantoju savienojuma detaļu un elektronisko moduli no tā, būtībā tikai nomainot augsnes sastāvdaļu.

Cinkoti nagi, man par pārsteigumu, arī saruka (lai arī lēnāk nekā plāna folija), bet tomēr ātrāk, nekā gribētos.

Tika izstrādāta vēl viena zonde, kuras pamatā ir nerūsējošā tērauda pūtītes noņemšanas adatas. (skatiet nākamo soli).

4. darbība: augsnes mitruma zonde V3 "Katana"

Pašlaik tiek izmantota nerūsējošā tērauda zonde (kas atgādina samuraju zobenu, līdz ar to arī nosaukums).

Es uzskatu, ka ātro eroziju var saistīt ar faktu, ka zonde vienmēr bija zem elektriskā sprieguma (24x7) neatkarīgi no tā, cik bieži tika veikts faktiskais mērījums.

Lai to mazinātu, es mainīju mērījumu intervālus uz vienu reizi 1 stundā (galu galā tā NAV reālā laika sistēma) un savienoju zondi ar vienu no digitālajām tapām, nevis pastāvīgo 5V. Pašlaik zonde tiek darbināta tikai ~ 16 minūtes dienā, nevis 24 stundas, kam vajadzētu ievērojami palielināt tā kalpošanas laiku.

5. darbība: PAMATFUNKCIONALITĀTE

APIS pamatā ir Arduino UNO valde.

APIS mēra augsnes mitrumu reizi stundā, un, ja tas nokrītas zem iepriekš noteiktā sliekšņa, ieslēdz sūkni uz iepriekš noteiktu laika periodu iepriekš noteiktu reižu skaitu, kas atdalīts ar "piesātinājuma" intervāliem.

Kad ir sasniegts mitruma slieksnis, process atgriežas mērīšanas režīmā reizi stundā.

Ja mērķa mitrumu nevar sasniegt, bet tika sasniegta apakšējā robeža, tas arī ir labi (vismaz notika laistīšana). Iemesls varētu būt neveiksmīga zondes novietošana, ja tā atrodas pārāk tālu no mitras augsnes.

Tomēr, ja nevarēja sasniegt pat zemāko mitruma robežu, tiek paziņots par kļūdu. (Visticamāk, zondes problēma vai piegādes spainī beidzās ūdens utt.). Kļūdas gadījumā iekārta gulēs 24 stundas, neko nedarot, un pēc tam mēģinās vēlreiz.

6. darbība: 7 SEGMENTA RĀDĪŠANA

TM1650 PAMATOJUMS 7 SEGMENTA DISPLEJS:

Sākotnēji APIS nebija displeja iespēju. Bez USB savienojuma nebija iespējams noteikt pašreizējo augsnes mitruma līmeni.

Lai to novērstu, es pievienoju sistēmai 4 ciparu 7 segmentu displeju vietnē Fasttech.com

Es nekur nevarēju atrast bibliotēku darbam ar šo moduli (ne arī datu lapu tam), tāpēc pēc dažām stundām ilgas I²C porta pārbaudes un eksperimentēšanas es nolemju pats uzrakstīt draiveru bibliotēku.

Tas atbalsta displejus līdz 16 cipariem (4 ir noklusējums), var parādīt ASCII pamata rakstzīmes (lūdzu, ņemiet vērā, ka visas rakstzīmes nevar veidot ar 7 segmentiem, tāpēc burti, piemēram, W, M utt., Netiek ieviesti). punkta displejs modulī, kurā darbojas rakstzīmju virkne (lai parādītu vairāk nekā 4 burtus), un atbalsta 16 spilgtuma pakāpes.

Bibliotēka ir pieejama arduino.cc rotaļu laukumā šeit. TM1650 draiveru bibliotēka

Video paraugs ir pieejams šeit

ANIMĀCIJA:

Ūdens skrējiena laikā tiek īstenota nedaudz 7 segmentu animācija.

• Kamēr sūknis ir ieslēgts, displejā redzamie digitālie punkti darbojas pa kreisi uz labo, kas simbolizē ūdens plūsmu: video par laistīšanas animāciju
• "Piesātinājuma" periodā punkti tiek rādīti no displeja centra uz āru, simbolizējot piesātinājumu: piesātinājuma animācijas video

Nevajadzīgs, bet jauks pieskāriens.

7. solis: SŪKNIS un SŪKŅA KONTROLE

SŪKNIS

Augu laistīšanai es izmantoju 12V peristaltisko šķidruma sūkni (pieejams šeit). Sūknis nodrošina aptuveni 100 ml/min (kas ir apmēram 1/2 stikla - labi atcerēties, konfigurējot ūdens palaišanas laiku, lai izvairītos no pārplūdes, un tas notika 8-))

Sūkņa vadība - L293D

Sūkni kontrolē, izmantojot L293D motora vadītāja mikroshēmu. Tā kā rotācijas virziens ir iepriekš iestatīts, vadībai jums tiešām ir jāizmanto tikai mikroshēmas iespējošanas tapa. Virziena tapas var pastāvīgi pieslēgt pie +5 V un GND.

Ja jūs (tāpat kā es) neesat pārliecināts, kurā virzienā sūknis ies, jūs joprojām varat savienot visas trīs tapas ar Arduino un kontrolēt virzienu programmatiski. Mazāk atkārtota lodēšana.

8. darbība: KONFIGURĀCIJA un POGAS

POGAS:

Es izmantoju trīs pogas, lai konfigurētu un kontrolētu APIS.

Visi pogu spiedieni tiek apstrādāti, pamatojoties uz tapas pārtraukumiem (PinChangeInt bibliotēka).

• Sarkans (labajā pusē) ir poga SELECT. Tas liek APIS ievadīt konfigurācijas režīmu, kā arī apstiprina vērtības.
• Melnās kreisās un vidējās pogas (attiecīgi PLUS un MINUS) izmanto, lai palielinātu/samazinātu konfigurējamas vērtības (konfigurācijas režīmā) vai parādītu pašreizējo datumu/laiku un pēdējo laistīšanas informāciju (normālā režīmā).

Tā kā lielākoties displejs ir izslēgts, visas pogas vispirms “pamodinās” APIS un tikai pēc tam, otrreiz nospiežot, veiks savu funkciju.

Displejs izslēdzas pēc 30 sekunžu neaktivitātes (ja vien netiek veikta laistīšana).

APIS palaiž pārskatīšanai konfigurācijas parametrus: video

KONFIGURĀCIJA:

APIS ir četri konfigurācijas režīmi:

1. Konfigurējiet laistīšanas parametrus
2. Iestatiet reāllaika pulksteni
3. "Spēka" laistīšanas skrējiens
4. Pārskatiet laistīšanas žurnālu

ŪDENS PARAMETRI:

1. Zems augsnes mitruma slieksnis (sākt laistīšanu)
2. Augsts augsnes mitruma slieksnis (pārtrauciet laistīšanu)
3. Viena laistīšanas ilgums (sekundēs)
4. Laistīšanas reižu skaits vienā partijā
5. Augsnes piesātinājuma perioda ilgums starp braucieniem vienas partijas ietvaros (minūtēs)
6. Nakts režīma aktivizācijas laiks (tikai militārais laiks, tikai stundas)
7. Nakts režīma beigu laiks (militārais laiks, tikai stundas)
8. Nedēļas nogales pielāgošana nakts režīma beigu laikam (stundās)

REĀLAIS PULKSTENA IESTATĪJUMS:

1. Gadsimts (t. I., 2015. gads)
2. Gads (t.i., 2015. gadam - 15)
3. Mēnesis
4. Diena
5. Stunda
6. Minūte

Pulkstenis tiek noregulēts, nosakot sekundes uz 00, apstiprinot minūtes.

Iestatījumu taimauts ir 15 sekundes, pēc tam visas izmaiņas tiek atceltas.

Pēc saglabāšanas parametri tiek saglabāti EEPROM atmiņā.

ŪDENS KRĀJUMA UZSPIEŠANA:

Joprojām neesmu pārliecināts, kāpēc es to īstenoju, bet tas ir tur. Pēc aktivizēšanas APIS pāriet laistīšanas režīmā. Tomēr laistīšanas režīms joprojām ir pakļauts sliekšņiem. Tas nozīmē, ka, ja piespiedu kārtā laistīsit, bet augsnes mitrums būs augstāks par atzīmi HIGH, laistīšana nekavējoties beigsies. Būtībā tas darbojas tikai tad, ja augsnes mitrums ir starp LOW un HIGH sliekšņiem.

ŪDENS ŽURNA PĀRSKATS:

APIS EEPROM atmiņā saglabā pēdējo 10 laistīšanas reižu žurnālu, kuru lietotājs var pārskatīt. Tiek saglabāts tikai laistīšanas cikla datums/laiks. Sliekšņi (tajā laikā) un braucienu skaits, kas bija nepieciešami, lai sasniegtu HIGH slieksni, netiek saglabāti (lai gan nākamajā versijā tie varētu būt).

9. solis: RTC: REAL TIME CLOCK

NAKTS REŽĪMS

Reiz, kad APIS mani pamodināja naktī, ienāca prātā ideja ieviest "nakts režīmu".

Nakts režīms ir tad, kad netiek veikti mērījumi, displejs ir izslēgts un netiek laistīta.

Parastā darba dienā APIS "pamostas" pulksten 7:00 (konfigurējams) un nakts režīmā ieslēdzas pulksten 22:00 (konfigurējams). Nedēļas nogalē APIS izmanto iestatījumu "nedēļas nogales pielāgošana", lai aizkavētu pamošanos (piemēram, līdz 9:00), ja nedēļas nogales korekcija ir 2 stundas).

RTC PĀRTRAUKUMU VALDE pret “PROGRAMMATŪRAS” RTC:

Es izmantoju aparatūras RTC (pieejams šeit), lai izsekotu datumam/laikam un ieietu/izietu nakts režīmos.

To nav obligāti izmantot, jo skices var apkopot, lai izmantotu tā saukto "programmatūru" RTC (izmantojot arduino funkcionalitāti millis ()).

Programmatūras RTC izmantošanas trūkums ir tas, ka jums ir jāiestata laiks katru reizi, kad tiek ieslēgta APIS.

Es modificēju standarta RTC bibliotēku, lai tā precīzi atbilstu API, kā arī lai novērstu milis apgāšanās problēmu. (Lūdzu, skatiet skices soli, lai lejupielādētu).

10. solis: VISU SAVIENOT

Visa sistēma (izņemot zondi), ieskaitot sūkni, ietilpst nelielā kastē Arduino Uno.

1. TM1650 displejā tiek izmantots TWI interfeiss, tāpēc SDA un SDC vadi ir attiecīgi Arduino tapās A4 un A5. Pārējie divi vadi ir +5v un GND.
2. RTC plate izmanto TWI saskarni, tāpat kā iepriekš. (TM1650 un RTC izmanto dažādas ostas, tāpēc tās mierīgi pastāv līdzās). RTC +5v tapa ir pievienota arduino tapai 12 (tiek darbināta, izmantojot digitālo tapu, nevis +5v). Neatceros, kāpēc es to izdarīju, tev tas nav jādara.
3. L293D tapas ir savienotas šādi: iespējojiet (1. tapa) pie D5, un virziena vadības tapas 2 un 7 attiecīgi arduino tapām D6 un D7.
4. POGAS ir savienotas ar tapām D2, D8 un D9 attiecīgi SELECT, PLUS un MINUS. (Pogas tiek īstenotas ar nolaižamiem 10K rezistoriem-"aktīvā-augstā" konfigurācijā).
5. PROBE moduļa +5 V jauda ir pievienota arduino tapai 10 (lai varētu veikt periodiskus mērījumus), un zonde ir pievienota analogajai tapai A1.

PIEZĪME. Github repozitorijam ir pievienots Fritzing shematics fails.

11. darbība: SKITES un citi

2015. gada marta atjauninājums:

1. Pievienota funkcionalitāte cauruļu iztukšošanai pēc laistīšanas, lai novērstu pelējuma veidošanos (zēns! Es esmu laimīgs, ka L293D sūkņa griešanās virzienu nepārkāpu!)
2. Plašāka reģistrēšana ietver laistīšanas sākuma un beigu datumu/laiku, sākuma un beigu mitrumu un to, cik reizes sūknis tika ieslēgts laistīšanas laikā
3. Kļūdu kārtība atjaunināta: ierīce tiks atiestatīta pēc 24 stundām pēc kļūdas stāvokļa ievadīšanas
4. Pārkompilēts ar TaskScheduler 2.1.0
5. Dažādi citi kļūdu labojumi

Kopš 2015. gada 18. novembra APIS tika jaunināta ar šādām papildu funkcijām:

1. DirectIO bibliotēkas izmantošana, lai ātrāk un vienkāršāk nomainītu tapas
2. Laika joslas bibliotēkas izmantošana, lai pareizi pārslēgtos starp EST un EDT
3. Pievienota pogas atkāpšanās loģika, izmantojot tikai TaskScheduler
4. Pievienota pogu atkārtošanas funkcija (vērtības cikls, ja poga tiek nospiesta un turēta, cikla ātrums palielinās pēc 5 cikliem)
5. Pārkompilēts ar IDE 1.6.6 AVR 1.6.9 pret TaskScheduler 1.8.4
6. Pārvietots uz Github

BIBLIOTĒKAS:

APIS pamatā ir šādas bibliotēkas:

• EEPROM - daļa no Arduino IDE
• Vads - daļa no Arduino IDE
• EnableInterrupt - pieejams vietnē Github
• Laika josla - pieejama vietnē Github
• DirectIO - pieejams vietnē Github

Manis modificēts (dakšveida):

• Laiks - pieejams vietnē Github
• RTClib - pieejams vietnē Github

Es izstrādāju:

• TM1650 - pieejams vietnē Github
• TaskScheduler - pieejams vietnē Github
• AvgFilter - pieejams vietnē Github

SKICE:

Jaunākā APIS skices versija, ieskaitot fritzes shēmas failu, ir pieejama vietnē Github

DATU LAPAS:

• L293D: šeit
• RTC izlaušanās dēlis: šeit

12. solis: *** MĒS UZVARĒJĀM !!! ***

Šis projekts ieguva otro vietu konkursā Mājas automatizācija, ko sponsorēja Dexter Industries.

Pārbaudiet to! WOO-HOO !!!

Otrā balva mājas automatizācijā