DIY - Αυτοματοποιημένη άρδευση κήπου - (Arduino / IOT): 9 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Αυτό το έργο θα σας δείξει πώς να φτιάξετε έναν ελεγκτή άρδευσης για έναν κήπο στο σπίτι. Δυνατότητα μέτρησης των ενδείξεων υγρασίας του εδάφους και ενεργοποίησης της άρδευσης από βρύση κήπου εάν το χώμα στεγνώσει πολύ. Ο ελεγκτής περιλαμβάνει επίσης αισθητήρα θερμοκρασίας και υγρασίας. Ο ελεγκτής δεν θα ενεργοποιήσει τη βρύση κήπου εάν η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή. Αναγνώσεις αισθητήρων και στατιστικά στοιχεία σχετικά με τη χρήση / τους χρόνους λειτουργίας του νερού καταγράφονται στο ThingsBoard IOT για οπτικοποίηση και αναλύσεις. Ειδοποιήσεις και μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου ενεργοποιούνται εάν ο ελεγκτής άρδευσης σταματήσει να μεταδίδει δεδομένα, το έδαφος γίνεται πολύ ξηρό ή πολύ κορεσμένο.

Προαπαιτούμενα

• Γνώση Arduino που περιλαμβάνει τουλάχιστον βασική κωδικοποίηση για Arduino και συγκόλληση.
• 1x βρύση κήπου υπό πίεση

Bill Of Materials

• Πολυ σωλήνες άρδευσης κήπου, πίδακες, σταλάκτες κ.λπ.
• Ηλεκτρονικό χρονόμετρο δύο κλήσεων (π.χ.: Aqua Systems Electronic Digital Tap Timer)
• Πατήστε μειωτήρα πίεσης 300kpa
• Arduino Uno
• Lora Arduino Shield
• Lora Gateway (Δεν απαιτείται εάν έχετε μια τοπική πύλη Things Network εντός εμβέλειας)
• Αισθητήρας υγρασίας θερμοκρασίας DHT11
• 5v ρελέ
• Καλώδιο τηλεφώνου
• Δεσμοί καλωδίων
• Αυτοκίνητο Split κυματοειδές σωλήνα
• Λωρίδες σύνδεσης τερματικού αυτοκινήτου
• 2x γαλβανισμένα καρφιά
• 1x Αντίσταση
• Πυρίτιο / Caulk
• Τσιμέντο PVC
• PVC Primer
• Σωλήνας PVC 32mm πλάτος x 60mm μήκος
• Σωλήνας PVC 90mm πλάτος x 30cm μήκος
• 3x PVC Push End Caps 90mm
• 1x PVC Βιδωτό πώμα 90mm
• 1x PVC με σπείρωμα ένθετο τοποθέτησης 90mm
• 1x PVC Push End Caps 32mm
• 1x πηγή τροφοδοσίας 3,2V (χρονόμετρο βρύσης) [μπαταρίες, προσαρμογέας πολλαπλών τάσεων AC]
• 1x πηγή ισχύος 6-12V (arduino) [μπαταρίες, USB, προσαρμογέας USB σε AC]
• ταινία σφράγισης νήματος
• ηλεκτρική ταινία

Βήμα 1: Εγκαταστήστε την άρδευση κήπου

Διάταξη πολυ σωλήνων, ταιριάζουν πίδακες, γραμμές στάγδην και στάγδην. Ο ελεγκτής άρδευσης θα λειτουργήσει με οποιαδήποτε άρδευση ταιριάζει. Στον πυρήνα του μετρά τις ενδείξεις υγρασίας του εδάφους και ενεργοποιεί το χρονόμετρο βρύσης εάν και όταν το χώμα είναι πολύ στεγνό. Ο ελεγκτής μπορεί να βαθμονομηθεί για να ορίσει το χαμηλό σημείο κορεσμού, για πόσο χρονικό διάστημα πρέπει να ενεργοποιηθεί ο χρονοδιακόπτης βρύσης και πόσο συχνά ο ελεγκτής πρέπει να ελέγχει τον κορεσμό.

Αυτές οι ρυθμίσεις μπορούν να αλλάξουν στο arduino και να αποθηκευτούν στη μνήμη EPROM. Οι ρυθμίσεις μπορούν επίσης να ενημερωθούν με την ενσωμάτωση IOT. Αυτό το έργο θα λειτουργεί τον ελεγκτή κάθε τέσσερις ώρες και θα ανοίγει τη βρύση για 3 λεπτά εάν το χώμα είναι πολύ στεγνό. Μπορεί να τρέξει μερικές φορές στη σειρά εάν είναι ξηρό/ζεστό ή μία φορά την ημέρα διαφορετικά.

Βήμα 2: Προσαρμογή χρονομέτρου πατήματος

Προσαρμόστε το χρονόμετρο βρύσης και πειραματιστείτε με τους ρυθμιζόμενους επιλογείς για να επιτύχετε μια πρόχειρη συχνότητα και χρόνο εκτέλεσης που λειτουργεί καλύτερα για την εγκατάσταση άρδευσης. Θα αφαιρέσουμε το χρονόμετρο και θα το τροποποιήσουμε ώστε να λειτουργεί με ένα Arduino.

Βήμα 3: Arduino Build

Χρησιμοποιήστε το διάγραμμα καλωδίωσης ως οδηγό για την κατασκευή. Στις φωτογραφίες έχει χρησιμοποιηθεί καλωδίωση τηλεφωνικού καλωδίου και βιδώστε λωρίδες ακροδεκτών για σημεία σύνδεσης. Απαιτείται κάποια συγκόλληση.

Πατήστε Τροποποίηση χρονοδιακόπτη

Αφαιρέστε προσεκτικά το χρονόμετρο βρύσης. Θα συνδέσουμε σκληρά τα δύο ρυθμιζόμενα καντράν, ώστε να μπορούν να ελέγχονται από το arduino αντί για τα χειροκίνητα καντράν. Ο αριστερός επιλογέας συχνότητας θα συνδεθεί σκληρά στη θέση επαναφοράς, έτσι ώστε ο δεξιός επιλογέας να μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ της θέσης ενεργοποίησης/απενεργοποίησης. Ο σωστός επιλογέας θα έχει ένα καλώδιο που προέρχεται από την κεντροδεξιά επαφή και την εξωτερική δεξιά επαφή, όπως φαίνεται. Από προεπιλογή, ο χρονοδιακόπτης θα είναι εκτός λειτουργίας. Εάν τα δύο καλώδια έρθουν σε επαφή, ο χρονοδιακόπτης θα ενεργοποιηθεί. Με τα δύο καλώδια συνδεδεμένα σε ένα ρελέ 5V, ένα arduino μπορεί στη συνέχεια να κλείσει/ανοίξει την επαφή μεταξύ των δύο καλωδίων. Με το ένα καλώδιο στο κοινό τερματικό ρελέ και το άλλο στον κανονικά κλειστό ακροδέκτη θα διασφαλίσουμε ότι ο χρονοδιακόπτης θα είναι απενεργοποιημένος όταν το arduino είναι απενεργοποιημένο. Η ρύθμιση του πείρου του ρελέ στο HIGH θα ενεργοποιήσει το χρονόμετρο. ρυθμίζοντας το σε LOW θα απενεργοποιήσετε το χρονόμετρο.

Έλεγχος εδάφους

Για αυτό το έργο τα δύο καρφιά συγκολλούνται σε σύρμα συνδεδεμένο με ακροδέκτες βίδας. Ο ακροδέκτης ενός καρφιού πηγαίνει κατευθείαν στο έδαφος. Το άλλο συνδέεται με μια αναλογική είσοδο στο arduino και μια αντίσταση. Η αντίσταση συνδέεται με το σήμα arduinos 5v. Εμφανίζεται στο διάγραμμα στύψης.

Αισθητήρας θερμοκρασίας/υγρασίας

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας/υγρασίας DHT11 συνδέεται με το 5V του arduino, τη γείωση και μια ψηφιακή ακίδα στο arduino.

Ασπίδα Lora

Αυτό το έργο χρησιμοποίησε επίσης μια ασπίδα Dragino Lora (δεν φαίνεται στο διάγραμμα καλωδίωσης).

Βάση PVC

Η βάση PVC για το arduino που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το έργο σχεδιάστηκε έτσι ώστε ο αισθητήρας θερμοκρασίας/υγρασίας να μπορεί να εκτεθεί ενώ διατηρούνται όλα τα άλλα εξαρτήματα ασφαλισμένα μέσα στο αδιάβροχο περίβλημα PVC. Μια μικρή τρύπα ανοίγει/κόβεται για τον αισθητήρα και χρησιμοποιείται πυρίτιο για να τον κρατήσει στη θέση του, ενώ εμποδίζει την υγρασία να φτάσει στο arduino. Εμφανίζεται στο διάγραμμα.

Βήμα 4: Προγραμματισμός Arduino

Συνδέστε τα εξαρτήματα μεταξύ τους μέσω ενός πίνακα ή λωρίδων τερματικού για προγραμματισμό και δοκιμές

Διαμόρφωση EPROM

Πρώτα πρέπει να γράψουμε μεταβλητές διαμόρφωσης στη μνήμη EPROM. Εκτελέστε τον ακόλουθο κώδικα στο arduino σας:

Ο κωδικός είναι διαθέσιμος στο Github

Εδώ το DRY_VALUE έχει οριστεί σε 960. Το 1024 σημαίνει ότι το χώμα είναι εντελώς στεγνό, 0 σημαίνει πλήρη κορεσμό, το 960 ήταν ένα καλό επίπεδο κορεσμού για την αντίσταση, το μήκος του καλωδίου και τα καρφιά που χρησιμοποιήθηκαν. Αυτό μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τη δική σας διαμόρφωση.

Το VALVE_OPEN έχει οριστεί στα 180000 χιλιοστά του δευτερολέπτου (3 λεπτά). Όταν/εάν είναι ενεργοποιημένος ο χρονοδιακόπτης βρύσης, θα παραμείνει ανοιχτός για 3 λεπτά.

Το RUN_INTERVAL έχει οριστεί σε 14400000 χιλιοστά του δευτερολέπτου (4 ώρες). Αυτό σημαίνει ότι ο ελεγκτής ελέγχει την υγρασία του εδάφους κάθε τέσσερις ώρες και ανοίγει το χρονόμετρο βρύσης για 3 λεπτά εάν ο κορεσμός είναι χαμηλός (μεγαλύτερος από 960).

Ο παραπάνω κώδικας μπορεί να αλλάξει και αυτές οι τιμές να τροποποιηθούν ανά πάσα στιγμή.

Κωδικός Προγράμματος

Ο κωδικός είναι διαθέσιμος στο Github

Εξαρτήσεις:

• TimedAction
• Επικεφαλής ραδιοφώνου

Αυτό το παράδειγμα χρησιμοποίησε την ασπίδα Dragino Lora και συγκεκριμένα το παράλληλο παράδειγμα Lora με την ασπίδα να συνδέεται απευθείας με την πύλη Dragino Lora.

Αυτό μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να χρησιμοποιεί το Things Network αφαιρώντας τον κώδικα στην ενότητα "BEGIN: lora vars" και αλλάζοντας το πρόγραμμα ώστε να περιλαμβάνει το ακόλουθο παράδειγμα Dragino ή προσαρμοσμένο για εργασία με άλλα ασύρματα/ασπίδες wifi κλπ.

Ο παρεχόμενος κωδικός προϋποθέτει ότι το DHT11_PIN είναι ψηφιακός ακροδέκτης 4, ο RELAY_PIN είναι ψηφιακός ακροδέκτης 3 και ο αναλογικός πείρος υγρασίας του εδάφους είναι αναλογική είσοδος 0.

Μια μεταβλητή εντοπισμού σφαλμάτων μπορεί να οριστεί σε true έτσι ώστε τα σειριακά μηνύματα εντοπισμού σφαλμάτων να μπορούν να καταγράφονται στο baudrate 9600.

Βήμα 5: Κατασκευή περιβλήματος

Κόψτε τον σωλήνα PVC για να ταιριάζει με το χρονόμετρο βρύσης και τη βάση Arduino. Τρυπήστε τρύπες για την τοποθέτηση της βρύσης του χρονοδιακόπτη βρύσης και την τοποθέτηση του εύκαμπτου σωλήνα. Ανοίξτε τρύπες στο σωλήνα αρκετά ευρύ για τον αγωγό αυτοκινήτων, γλιστρήστε μήκους 10 εκατοστών του αγωγού στις οπές και πειράξτε τα καλώδια από το χρονοδιακόπτη arduino και βρύσης. Αυτό πρέπει να περιλαμβάνει:

Από το Arduino

• Καλώδια τροφοδοσίας ή/και καλώδιο usb από τη θύρα USB του arduino.
• Καλώδια υγρασίας εδάφους (VCC, GND, A0)
• Δύο καλώδια από τους βιδωτούς ακροδέκτες NC & Common του ρελέ

Από το χρονόμετρο βρύσης

• Καλώδια τροφοδοσίας
• Δύο καλώδια από τις επαφές της δεξιάς κλήσης

Βήμα 6: Δοκιμή ελεγκτή πριν κολλήσετε

Βεβαιωθείτε ότι όλα εξακολουθούν να λειτουργούν πριν σφραγίσετε τα πάντα.

Οι παραπάνω φωτογραφίες δείχνουν ένα δείγμα εγκατάστασης σε ένα esky όπου ο αισθητήρας υγρασίας του εδάφους τοποθετήθηκε σε μια κατσαρόλα και ο χρονοδιακόπτης βρύσης ήταν εξοπλισμένος με νερό που προερχόταν από ένα μπουκάλι αναψυκτικών.

Ένας σταγονόμετρο ήταν προσαρτημένος στο χρονόμετρο βρύσης.

Αυτός ήταν ένας καλός τρόπος για να ελέγξετε ότι η εγκατάσταση δεν πέρασε ή κάτω από το νερό του φυτού.

Αυτό το παράδειγμα θα μπορούσε να εκτελεστεί όσο χρειαστεί για τη βαθμονόμηση του ελεγκτή.

Βήμα 7: Κόλλα / αδιάβροχα περιβλήματα

Χρησιμοποιήστε αστάρι PVC και τσιμέντο PVC για να ασφαλίσετε τα ακραία καλύμματα και τη σύζευξη.

Χρησιμοποιήστε καπάκι/πυρίτιο για να καλύψετε τυχόν κενά γύρω από τα εξαρτήματα του αγωγού και του χρονοδιακόπτη βρύσης.

Εδώ χρησιμοποιείται ένα βιδωτό πώμα στο περίβλημα arduino για προσβασιμότητα.

Βήμα 8: Εγκατάσταση

Εγκατάσταση σε καθαρή ημέρα. Τα εξαρτήματα και τα σύρματα θα πρέπει να παραμείνουν στεγνά πριν σφραγιστούν.

Τοποθετήστε τον ελεγκτή κάπου στο κέντρο ανάμεσα στο σημείο όπου βρίσκεται η βρύση του κήπου και στο σημείο που θα τοποθετηθεί ο καθετήρας χώματος.

Τοποθετήστε το χρονόμετρο βρύσης και βεβαιωθείτε ότι δεν έχει τροφοδοσία ρεύματος μέχρι να ολοκληρωθεί η εγκατάσταση.

Τοποθετήστε τον καθετήρα χώματος.

Συνδέστε τους ακροδέκτες ταινιών σε κάθε εξάρτημα και στη συνέχεια τοποθετήστε το καλώδιο τηλεφώνου από τους βιδωτούς ακροδέκτες κάθε εξαρτήματος, βεβαιωθείτε ότι το καλώδιο είναι καλυμμένο με αυτόματο καλώδιο. Συνδέοντας τα πάντα μαζί

Σφραγίστε όλους τους ακροδέκτες και τυχόν άλλα εκτεθειμένα μέρη με ταινία σφράγισης σπειρώματος και κατόπιν ηλεκτρική ταινία.

Σφραγίστε τυχόν χαλαρές/εκτεθειμένες περιοχές του διαχωρισμένου αγωγού με ταινία σφράγισης σπειρώματος και κατόπιν ηλεκτρική ταινία.

Συνδέστε το χρονόμετρο σε πηγή τροφοδοσίας 3,2v. Είτε μια μπαταρία είτε σε έναν προσαρμογέα DC - AC 3.2V που τρέχει σε πρίζα.

Συνδέστε το Arduino σε μια πηγή ισχύος 6-12V DC. Είτε μια μπαταρία είτε σε έναν προσαρμογέα USB / DC-AC που τρέχει σε πρίζα.

Ενεργοποιήστε και δοκιμάστε!

Βήμα 9: Ενσωμάτωση ThingsBoard - Παρακολούθηση και αναφορά

Αυτό το παράδειγμα χρησιμοποίησε μια ασπίδα Dragino Lora που συνδέθηκε με μια πύλη Dragino Lora. Είτε χρησιμοποιείτε αυτήν τη ρύθμιση, είτε άλλη ρύθμιση Lora είτε οποιαδήποτε άλλη συνδεσιμότητα IOT, τα δεδομένα που συλλέγονται από τον ελεγκτή άρδευσης μπορούν να προωθηθούν σε μια πλατφόρμα IOT όπως η Thingsboard. Από προεπιλογή, το πρόγραμμα μεταδίδει την ακόλουθη συμβολοσειρά δεδομένων όπου κάθε byte χαρακτήρα κωδικοποιείται δεκαεξαδικά:

ΤΧΧΧΧΧΧΧΧΧΧΧΧΧΧ

Όπου το T ακολουθείται από τη θερμοκρασία, το H ακολουθείται από την υγρασία, το S ακολουθείται από το επίπεδο κορεσμού και το R ακολουθείται από ένα μονοψήφιο ποσοστό που σχετίζεται με την ενέργεια που πραγματοποίησε στο τελευταίο διάστημα. Αυτό μπορεί να είναι είτε 0-5 όπου κάθε ψηφίο σημαίνει:

0: Το πρόγραμμα αρχικοποιείται1: Βλάβη αισθητήρα θερμοκρασίας2: Η θερμοκρασία ήταν πολύ χαμηλή για να τρέξει3: Η υγρασία του εδάφους ήταν πολύ ξηρή, έτσι ώστε ο χρονοδιακόπτης ενεργοποιήθηκε4: Η υγρασία του εδάφους είναι καλή, έτσι ώστε ο χρονοδιακόπτης βρύσης να μην ενεργοποιήθηκε5: Ο ελεγκτής άρδευσης έχει απενεργοποιηθεί

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να εγκαταστήσετε ένα αντίγραφο του Thingsboard στον δικό σας εξοπλισμό ή μπορείτε να δημιουργήσετε έναν δωρεάν λογαριασμό στην εγκατάσταση του ThingsBoard εδώ.

Ρυθμίστε τη συσκευή σας στο Thingsboard

Ακολουθήστε αυτές τις οδηγίες για να προσθέσετε μια νέα συσκευή στο Thingsboard που την ονομάζει "Ελεγκτής άρδευσης".

Προώθηση δεδομένων τηλεμετρίας από τη συσκευή

Ακολουθήστε αυτές τις οδηγίες για να ρυθμίσετε μια μέθοδο ώθησης δεδομένων τηλεμετρίας από τη συσκευή στο Thingboard μέσω MQTT, HTTP ή CoAp.

Στον διακομιστή μας πιέζουμε το ακόλουθο JSON στη διεύθυνση https://thingsboard.meansofproduction.tech/api/v1/… κάθε τέσσερις ώρες όταν η συσκευή λειτουργεί (με ζωντανά δεδομένα):

Επίσης, πιέζουμε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά στο https://thingsboard.meansofproduction.tech/api/v1/… περιοδικά με δεδομένα σχετικά με το πότε εμφανίστηκε για τελευταία φορά ο κόμβος:

Αυτό χρησιμοποιείται για ειδοποιήσεις που ενεργοποιούνται εάν η συσκευή σταματήσει να μεταδίδει δεδομένα.

Δημιουργήστε έναν Πίνακα ελέγχου

Δημιουργήστε έναν πίνακα ελέγχου όπως περιγράφεται εδώ. Τα widget μας περιλαμβάνουν:

Ένα απλό widget κάρτας που δημιουργήθηκε από το πεδίο τηλεμετρίας lastRunResult. Ένας κάθετος ψηφιακός δείκτης για το πεδίο τηλεμετρίας θερμοκρασίας Ένας πίνακας Timeseries που δημιουργήθηκε από το πεδίο τηλεμετρίας lastRunResult που δείχνει τα δεδομένα των τελευταίων ημερών. Μια οριζόντια γραμμή που δείχνει το πεδίο τηλεμετρίας κορεσμού. Χρησιμοποιεί μια λειτουργία μετά την επεξεργασία δεδομένων:

επιστροφή 1024-τιμή?

Και ορίζει μια ελάχιστη και μέγιστη τιμή 0-100. Με αυτόν τον τρόπο, το επίπεδο κορεσμού μπορεί να εκφραστεί ως ποσοστό. Ένας δείκτης για να δείξει την τιμή της υγρασίας. Ένα γράφημα ράβδων χρονοσειρών που περιλαμβάνει τη θερμοκρασία, την υγρασία και το αποτέλεσμα εκτέλεσης, ομαδοποιημένο σε περιόδους 5 ωρών για την τελευταία εβδομάδα, συγκεντρωτικό για να δείξει μέγιστες τιμές Το Αυτό μας δίνει ένα μπαρ για ένα τετράωρο τρέξιμο. Μια λειτουργία μετα-επεξεργασίας δεδομένων χρησιμοποιείται για να εκφράσει το αποτέλεσμα εκτέλεσης είτε 0 είτε 120, ανάλογα με το αν έτρεχε ή όχι νερό. Αυτό δίνει μια εύκολη οπτική ανατροφοδότηση για να δείτε πόσο συχνά τρέχει νερό σε μια εβδομάδα. Μια στατική κάρτα HTML που δείχνει μια εικόνα του κήπου.

Ειδοποιήσεις μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου

Χρησιμοποιήσαμε κανόνες για τη ρύθμιση ειδοποιήσεων μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου για τον ελεγκτή άρδευσης. Όλοι χρησιμοποιούν φίλτρα μηνυμάτων και Αποστολή αλληλογραφίας Ενέργεια Προσθήκη ενέργειας.

Για την αποστολή ειδοποίησης μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου εάν ο ελεγκτής άρδευσης αποτύχει να στείλει δεδομένα, χρησιμοποιήσαμε το «Φίλτρο χαρακτηριστικών συσκευής» με το ακόλουθο φίλτρο:

typeof cs.secondsSinceLastSeen! == 'undefined' && cs.secondsSinceLastSeen> 21600

Για να στείλετε ένα email εάν το χώμα γίνει πολύ ξηρό χρησιμοποιήστε το ακόλουθο φίλτρο Τηλεμετρίας

typeof saturation! = "undefined" && saturation> 1010

Για να στείλετε ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου εάν το χώμα γίνει πολύ υγρό χρησιμοποιήστε το ακόλουθο φίλτρο Τηλεμετρίας

typeof saturation! = "undefined" && κορεσμός