Διαχείριση ηλιακών εγκαταστάσεων με βάση το βάρος με ESP32: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Η καλλιέργεια φυτών είναι διασκεδαστική και το πότισμα και η φροντίδα τους δεν είναι πραγματικά ταλαιπωρία. Οι εφαρμογές μικροελεγκτών για την παρακολούθηση της υγείας τους βρίσκονται σε όλο το Διαδίκτυο και η έμπνευση για το σχεδιασμό τους προέρχεται από τη στατική φύση του φυτού και την ευκολία παρακολούθησης κάτι που δεν τρέχει και ιδρώνει. Είμαι σχετικά νέος στην ανάπτυξη των φυτών και οι οδηγοί στο διαδίκτυο φάνηκαν να έχουν γραφτεί από καλοπροαίρετους αλλά όχι μηχανικούς τύπους. Ένας φίλος που τον ρώτησα "πόσο τα ποτίζω …" απάντησε ότι ο μόνος τρόπος είναι να ζυμώσετε το φυτό και αν αισθάνεται ελαφρύ το ποτίζετε. Είναι πολύ καλός στο να «μεγαλώνει». Το να κολλήσετε το δάχτυλό σας στο χώμα δεν βοηθάει πολύ. Τα περισσότερα από τα Instructables χρησιμοποιούν έναν φθηνό καθετήρα υγρασίας του εδάφους, ο οποίος είναι επιρρεπής σε διάφορες βλάβες-οι πιο κραυγαλέες από τις οποίες είναι η ανακρίβεια και η διάβρωση.

Η ανασκόπηση της βιβλιογραφίας αποκαλύπτει ότι η βρωμιά μπορεί να είναι έως και 40% νερό και η μέτρηση αυτού απαιτεί αρκετά ακριβά όργανα. Οι φθηνότεροι ανιχνευτές βασίζονται στην αγωγιμότητα του νερού η οποία θα ποικίλει ανάλογα με τα διαλυμένα άλατα και άλλους παράγοντες. Πιο πάνω είναι ένα γράφημα που έκανα από ένα δοχείο βρωμιάς που ζύγιζε πάνω από 2 εβδομάδες, ακολουθούμενο από θέρμανση του φούρνου στους 300 για να απομακρυνθεί όλο το μη συνδεδεμένο νερό. Το σαράντα τοις εκατό του συνολικού εδάφους είναι νερό και πάνω από δέκα ζεστές μέρες με άμεσο ήλιο έχασε το 75% αυτού του νερού με σχετικά γραμμικό ρυθμό. Ποιο είναι λοιπόν το σωστό επίπεδο υγρασίας; Εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, αλλά κατά την κατασκευή αυτού του μηχανήματος μια καλή ιδέα είναι να ποτίζετε προσεκτικά το φυτό σας στο επίπεδο που νομίζετε ότι είναι σωστό και να το τοποθετείτε στο μηχάνημα που μετράει προσεκτικά το βάρος του και στη συνέχεια μέσα σε ένα καθορισμένο όριο προσθέτει νερό όταν χρειάζεται. Ο σχεδιασμός μπορεί να τροποποιηθεί για κρεμαστά καλάθια φυτών και συστήματα νερού υπό πίεση.

Το μηχάνημα έπρεπε να λειτουργεί με ηλιακή ενέργεια, να είναι αυτόνομο με τη δική του παροχή νερού, να παρακολουθεί την παροχή νερού μέσω ειδοποιήσεων στον ιστό, να κοιμάται όταν δεν χρησιμοποιείται για να ελαχιστοποιήσει την ισχύ και να θυμάται το βασικό βάρος και πόσα ποτίσματα και άλλα δεδομένα μεταξύ ύπνου κύκλους. Το νέο ESP32 φάνηκε ένας καλός υποψήφιος για τον εγκέφαλο.

Βήμα 1: Συγκεντρώστε τα αναλώσιμά σας

Το μηχάνημα είναι κατασκευασμένο από δύο κεραμικά πλακάκια καταστήματος BigBox 12 ιντσών σε πλαίσιο αλουμινίου με σάντουιτς σε δεξαμενή νερού. Τα ηλεκτρονικά είναι στερεωμένα σε πλαστικό ηλεκτρικό κουτί στο πίσω μέρος. Η δεξαμενή νερού έχει έναν εύκαμπτο σωλήνα εξόδου από μια κλειστή αντλία και μια μονάδα αισθητήρα κολλημένη στο κάτω μέρος της δεξαμενής που τροφοδοτεί το φυτό. Προβολείς κυψελών φορτίου από εγκάρσια δέσμη στο πάνω μέρος της μονάδας.

1. Arrow Home Products 00743 2 Gallon Slimline Beverage Container in Clear

2. uxcell 5Pcs 5.5V 60mA Poly Mini Solar Cell Panel Module DIY

3. Διακόπτες Gikfun Metal Ball Tilt Shaking Position για το Arduino

4. Ηλεκτρονική κυψέλη φορτίου κράματος αλουμινίου Uxcell a14071900ux0057 10Kg κράματος αλουμινίου

5. Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board

6. Μονάδα διαφήμισης αισθητήρων μονάδας μετατροπής βάρους ζύγισης φορτίου κυψελών μετατροπής HX711 για το Arduino

7. Adafruit Latching Mini Relay FeatherWing

8. Μονάδα φόρτισης κυψελών λιθίου TP4056 με προστασία μπαταρίας

9. ECEEN USB Pump Mini Submersible Water Pumping for Aquarium Hydroponic Powered Via USB DC 3.5-9V

10. Μπαταρία 18650 Lipo με υποδοχή μπαταρίας

Βήμα 2: Φτιάξτε το κουτί

Το πλαίσιο του κουτιού είναι κατασκευασμένο από γωνία αλουμινίου BigBox 1 ιντσών. Παίρνετε τη γενική ιδέα από τις εικόνες και δεν είναι πολύ δύσκολο να συναρμολογηθεί. Τα πλαίσια βασίζονται στα τετράγωνα πλακάκια που σχηματίζουν την μπροστινή και την πίσω πλευρά της μονάδας. Τα πλακίδια συγκρατούνται στις όψεις του πλαισίου αλουμινίου με κόλλα πυριτίου. Η διάσταση του κεντρικού τμήματος εξαρτάται από το μέγεθος της δεξαμενής νερού. Το άνοιγμα της δεξαμενής έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να μπορείτε εύκολα να το τραβήξετε έξω από τη μονάδα και να το ξαναγεμίσετε από την κορυφή. Τα καλώδια και οι σωλήνες που συνδέουν τη δεξαμενή πρέπει να είναι αρκετά μακριά και να κουλουριαστούν στο πίσω μέρος.

Η τοποθέτηση των ηλιακών συλλεκτών εξαρτάται από το σχεδιασμό. Θα χρησιμοποιούσα πολλαπλούς στρογγυλούς πίνακες για να του δώσω μια εμφάνιση «ζαριού», αλλά εγκαταστάθηκε στα τετράγωνα επειδή έδωσαν τον καλύτερο συνδυασμό τάσης και ρεύματος. Δεν πρόκειται να μπω σε λεπτομέρειες για τη σύνδεση πολλαπλών ηλιακών συλλεκτών, αλλά χρειάζεστε τουλάχιστον 5,5V για να λειτουργήσει το κύκλωμα του φορτιστή. Αυτά τα πάνελ ήταν όλα συνδεδεμένα παράλληλα για να αυξήσουν το ρεύμα. Οι τρύπες στο κεραμικό πλακίδιο ανοίγονται προσεκτικά με ένα διαμαντένιο κομμάτι-βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε νερό ως ψυκτικό για να το κάνετε αυτό, διαφορετικά θα καταστρέψετε το κομμάτι. Αυτές οι τρύπες πρέπει να διαρκέσουν μόνο δύο λεπτά η κάθε μία. Χρησιμοποιήστε φιλελεύθερες ποσότητες κόλλας πυριτίου για να συγκρατήσετε τα πάνελ και τα σύρματα στο εσωτερικό των πλακιδίων στη θέση τους.

Η κυψέλη φορτίου είναι πολύ λογική και διατίθεται σε διάφορα βάρη. Χρησιμοποίησα την ποικιλία των 10 κιλών, αλλά αν πρόκειται να κάνετε βαριά καλλιέργεια σχεδιάστε ανάλογα. Όπως και οι άλλες οδηγίες μου: https://www.instructables.com/id/Bike-Power-Pedal-IoT/ αυτές οι κυψέλες φορτίου πρέπει να προβάλλονται από την πλευρά στήριξής τους με τις οπές βίδας 4mm και 5mm. Σε αυτή την περίπτωση ένα εγκάρσιο τεμάχιο αλουμινίου μεταξύ των δύο στηριγμάτων κεραμικών πλακιδίων συγκρατεί το ένα άκρο της κυψέλης φορτίου. Το άλλο υποστηρίζει μια πλατφόρμα επίπεδης ράβδου αλουμινίου σιλικόνης κολλημένη στο κύπελλο αποστράγγισης του φυτού. Να είστε πολύ προσεκτικοί με τα καλώδια από αυτά τα παιδιά-είναι πολύ εύθραυστα και σχεδόν αδύνατο να επισκευαστούν εάν σπάσουν κοντά στην προέλευσή τους. Goop με πολύ ζεστή κόλλα ή πυρίτιο για να διατηρήσουν την ακεραιότητά τους.

Βήμα 3: Δημιουργήστε τη θήκη αντλίας/άδειου διακόπτη

Η αντλία τροφοδοτείται από ένα ρελέ από την μπαταρία Lipo και είναι εντάξει με την περιορισμένη τάση, αλλά δεν μπορείτε να ξεπεράσετε το ύψος των 2 ποδιών, εκτός εάν χρησιμοποιήσετε ενισχυτή ισχύος για να αυξήσετε την τάση. Η αντλία είναι στην πραγματικότητα ένα champ, δεν χρειάζεται ασταρώσιμο, αδιάβροχο και έχει ένα βύσμα USB στο ένα άκρο. Ωστόσο, δεν τα πάει καλά με το στέγνωμα. Ο διακόπτης γεμάτος/άδειος δεξαμενής είναι απλώς ένας διακόπτης κλίσης που τον έβαλα σε πυρίτιο για να είναι αδιάβροχος και στη συνέχεια συνδέθηκε με ένα στήριγμα ράβδων αλουμινίου για την αντλία και ένα πλωτό ελαστικό πάπια. Το ελαστικό πάπια πρέπει να συνδέεται απευθείας με τη ράβδο αλουμινίου για να απομακρύνει την πρόσφυση από τα καλώδια του διακόπτη κλίσης. Όταν η δεξαμενή έχει νερό μέσα, η πάπια επιπλέει και γέρνει το διακόπτη-βραχυκυκλώνει στη γείωση και επιτρέπει στις εντολές να τροφοδοτούν το ρελέ και την αντλία. Στέλνει επίσης αυτά τα δεδομένα στον ιστό και θα σας στείλει ένα tweet αν χρειάζεστε νερό. Η αντλία είναι κολλημένη με πυρίτιο σε αυτή τη δομή στήριξης και στη συνέχεια κολλημένη στο κάτω μέρος της δεξαμενής νερού.

Βήμα 4: Χτίζοντας τα ηλεκτρονικά

Το Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board είναι ένας σχετικά νέος μικροελεγκτής και λειτουργεί πολύ καλά σε αυτόν τον έξυπνο βοηθό φυτών. Το πλεονέκτημα αυτού του πίνακα έναντι του παλαιότερου 8266 είναι η καλύτερη ικανότητα ύπνου (δήθεν χρόνια αντί για μία ώρα περίπου …) η ικανότητά του να θυμάται τι έμαθε μεταξύ των υπνάκων (το παλιό μηδέν 8266 από το μηδέν …) και τη χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. ενώ κοιμάστε και περισσότερες καρφίτσες. Ο υπέροχος Youtuber Andreas Spiess περιγράφει λεπτομερώς τις αλλαγές στον κώδικα για να κάνει το ESP32 να κάνει τη σωστή δουλειά ζύγισης και θα πρέπει να παρακολουθήσετε το βίντεό του αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το πώς λειτουργούν οι λεπτομέρειες. Το παράδειγμα ύπνου από το Arduino IDE χρησιμοποιήθηκε επίσης και τροποποιήθηκε για αυτό το λογισμικό.

Το διάγραμμα Fritzing σας δείχνει προσεκτικά όλες τις συνδέσεις καλωδίωσης. Τα εξαρτήματα συναρμολογήθηκαν από σανίδες τέχνης και στη συνέχεια συνδέθηκαν μεταξύ τους. Η μπαταρία Lipo είναι η τυπική φθηνή 18650 με το δικό της έλκηθρο. Η πλακέτα φόρτισης είναι ένα TP4056 το οποίο ο Ανδρέας λέει ότι είναι πολύ αποτελεσματικό σε αυτόν τον ρόλο ηλιακής φόρτισης. Το κουμπί ενεργοποίησης/απενεργοποίησης με ενσωματωμένη λυχνία LED στέλνει ισχύ σε ολόκληρο το σύστημα καθώς και την κοινή σύνδεση ρελέ που τροφοδοτεί την αντλία. Ο πίνακας ρελέ είναι μια ωραία σανίδα φτερού μανδάλωσης Adafruit που λειτουργεί σε 3 V. Ο ενισχυτής HX711 τροφοδοτείται μέσω του Adafruit και συνδέεται έως και δύο ακίδες στην πλακέτα του.

Όλα τα εξαρτήματα στοιβάζονται σε ένα πλαστικό εξωτερικό ηλεκτρικό κουτί ανοιχτό στο κάτω τμήμα για να επιτρέπουν τη ροή του αέρα αλλά να εμποδίζουν τη βροχή. Τοποθετήστε το ESP32 στην κορυφή για να επιτρέψετε τον προγραμματισμό και τη σειριακή παρακολούθηση με το κάλυμμα κλειστό.

Βήμα 5: Λογισμικό

"φόρτωση =" τεμπέλης"

Η συσκευή είναι απλή στη χρήση. Όταν ενεργοποιηθεί η λυχνία LED στο διακόπτη λειτουργίας αναβοσβήνει μέχρι να τοποθετηθεί στην πλατφόρμα ένα φυτό που έχει ποτιστεί στο επίπεδο που θέλετε να διατηρήσετε. Μετά τη σταθεροποίηση του βάρους, ο υπολογιστής θυμάται αυτό το αρχικό βάρος και κάθε ώρα ή μεσοδιάστημα συγκρίνει το νέο βάρος των φυτών και είτε το διορθώνει με πρόσθετο αντλούμενο νερό είτε αναφέρει το νέο βάρος και όλες τις άλλες πληροφορίες στο Thingspeak και μετά κοιμάται. Τα παραπάνω γραφήματα αντικατοπτρίζουν την παραγωγή σε διάστημα τριών ημερών για ένα φυτό τομάτας που έχει ύψος περίπου 2 πόδια και αναπτύσσεται σε πλήρη ήλιο. Η ανάπτυξη του φυτού με την πάροδο του χρόνου θα επηρεάσει προφανώς το βάρος του δοχείου και θα πρέπει να αντισταθμιστεί με επαναφορά της αρχικοποίησης μετά από χρόνο που καθορίζεται από τη διόγκωση της ανάπτυξης του φυτού. Πρόσθετες προσαρμογές λογισμικού θα επιτρέψουν την αυτοματοποιημένη ανάλυση της μέγιστης και ελάχιστης ανοχής και απαιτήσεων του νερού των φυτών πλημμυρίζοντας το δοχείο έως ότου το βάρος δεν αλλάξει πλέον και στη συνέχεια μετρήσει την κλίση της απώλειας βάρους νερού με την πάροδο του χρόνου. Αυτό θα εξαρτηθεί από τον τύπο του εδάφους, τον καιρό και τη δομή του φυτού και της ρίζας. Στη συνέχεια θα μπορούσαν να προσαρμοστούν πρόσθετοι αλγόριθμοι ποτίσματος που βασίζονται σε αξιολογήσεις δεδομένων Thingspeak. Τα μειονεκτήματα του βάρους αντί της συντήρησης των αγώγιμων αισθητήρων είναι η ανάγκη για ζύγιση μιας περιορισμένης ποτισμένης περιοχής, αλλά έξυπνες καλλιέργειες όπως αυτή είναι φθηνές, εύκολα δικτυωμένες και ελεγχόμενες και με έναν περίεργο τρόπο OCD διασκεδαστικό να ακολουθείται στο Διαδίκτυο.

Βήμα 7: Επανάληψη

Ναι, καλά σχεδιασμένο το μηχάνημα λειτούργησε καλά για μια εβδομάδα περίπου και στη συνέχεια θα είχε την τάση το ESP32 να μπει σε έναν περίεργο βρόχο και να μην εκκινήσει σωστά και να αδειάσει την μπαταρία του για μια νύχτα. Καμία αλλαγή λογισμικού δεν θα μπορούσε να επηρεάσει αυτό, οπότε εγκατέλειψα και πρόσθεσα ένα Adafruit TPL5111 για να ελέγξω την ενεργειακή ποδηλασία του ESP, αλλά επειδή δεν μπορούσα πλέον να χρησιμοποιήσω τη μνήμη όπως πριν έγραφα για να χρησιμοποιήσω το EEPROM και άλλαξα από Thingspeak σε Blynk το οποίο βρείτε περισσότερη διασκέδαση στο τηλέφωνό σας και ένα πραγματικά καλό σύστημα. Η αλλαγή υλικού είναι απλώς θέμα σύνδεσης του TPL 5111 με την τροφοδοσία και τη γείωση, μια τελειωμένη καρφίτσα στο ESP και την ενεργοποίηση στον πείρο EN. Βεβαιωθείτε ότι έχετε τοποθετήσει έναν διακόπτη εναλλαγής μεταξύ του EN-out και του EN στον πίνακα, ώστε να μπορείτε να αλλάξετε προγράμματα και να ανεβάσετε. Ρυθμίζω τον κύκλο του ύπνου κάθε δύο ώρες. Για να καθαρίσετε το EEPROM και να επαναφέρετε τη μονάδα για μια νέα εγκατάσταση ή για επιπλέον βάρος, έβαλα ένα διακόπτη στο Blynk για να σβήσετε τη μνήμη και να επανεκκινήσετε τη διαδικασία βάρους. Το πρόγραμμα για το νέο λογισμικό περιλαμβάνεται παραπάνω και το πρόγραμμα στο Blynk είναι προφανές ότι έχει ρυθμιστεί. Αυτό το μηχάνημα λειτουργεί πραγματικά υπέροχα και παράγει μερικά υπέροχα προϊόντα. Είμαι πραγματικά εντυπωσιασμένος με το πόσο διασκεδαστικό ήταν το πράγμα-τα ηλιακά κύτταρα λειτουργούν εύκολα και δεν εξαντλούνται ποτέ.