APIS - Otomatik Bitki Sulama Sistemi: 12 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

TARİHÇE: (bu sistemin bir sonraki evrimi burada mevcuttur)

Bitki sulama konusunda epeyce talimat var, bu yüzden burada neredeyse orijinal bir şey icat etmedim. Bu sistemi farklı kılan şey, günlük hayata daha iyi kontrol ve entegrasyon sağlayan programlama ve özelleştirme miktarıdır.

İşte bir sulama koşusunun videosu: sulama koşusu

APIS bu şekilde ortaya çıktı:

Birkaç tatilimizden zar zor "hayatta kalan" ve bu noktada neredeyse aile üyeleri olarak kabul edilen iki kırmızı acı biber bitkimiz var. Aşırı kuraklık ve aşırı sulanma yaşadılar, ancak her zaman bir şekilde toparlandılar.

Arduino tabanlı bitki sulama yapma fikri, Arduino'nun bir ev otomasyon projesi olarak nasıl uygulanabileceğine dair neredeyse ilk fikirdi. Böylece basit bir bitki sulama sistemi inşa edildi.

Ancak Versiyon 1, toprak nemi ile ilgili herhangi bir göstergeye sahip değildi ve bitkileri sulamak üzere olup olmadığını veya sulamanın birkaç gün uzakta olup olmadığını söylemenin bir yolu yoktu.

Hepimizin bildiği gibi merak, kediyi öldürdü ve Versiyon 2, mevcut nemi her zaman görüntülemek için 4 haneli 7 segmentli bir modül ile inşa edildi.

Bu yeterli değildi. Bir sonraki soru "bitkileri en son ne zaman suladı" idi? (Buna tanık olmak için nadiren evde olduğumuz için). Sürüm 3, son sulama çalışmasının ne kadar süre önce gerçekleştiğini (çalışan bir metin dizisi olarak) görüntülemek için 7 segmentli modülü kullandı.

Bir gece, sulama saat 4'te başladı ve herkesi uyandırdı. Sinir bozucu… APIS'yi gece yarısı sulamayı önlemek için gece kapatmak ve gündüz açmak için çok fazla iş bularak, Sürüm 4'ün bir parçası olarak cihazı gece uyku moduna geçirmek için gerçek zamanlı bir saat eklendi.

Gerçek zamanlı saat, periyodik ayarlamalar gerektirdiğinden (örneğin gün ışığından yararlanma saati anahtarı gibi), Sürüm 5, çeşitli bitki sulama parametrelerinin ayarlanmasına izin veren üç düğme içerir.

Orada durmadı. Nem probunun, büyük olasılıkla (tasarım gereği) sabit voltaj altında olması ve bu nedenle problar (aşınan anot) arasında sabit elektrik akımı olması nedeniyle oldukça hızlı bir şekilde aşınma eğiliminde olduğunu fark ettim. Çin'den gelen ucuz toprak sondası yaklaşık bir hafta dayanabildi. Galvanizli bir çivi bile bir ayda "yendi". Paslanmaz çelik bir sonda daha iyi tutuyordu ama bunun bile pes ettiğini fark ettim. Versiyon 6, probu saatte bir (ve sulama sırasında her zaman) yalnızca 1 dakika çalıştırır, böylece erozyonu önemli ölçüde azaltır (günde ~16 dakikaya karşı günde 24 saat).

Fikir:

Aşağıdaki yeteneklere sahip bitki sulama sistemi geliştirin:

1. Toprak nemini ölçün
2. Önceden tanımlanmış bir "düşük" nem işaretine ulaşıldığında, su pompasını açın ve bitkileri "yüksek" bir nem işaretine ulaşana kadar sulayın.
3. Sulama, toprağın su doygunluğuna izin vermek için hareketsiz dönemlerle ayrılmış birkaç seferde yapılmalıdır.
4. Sistem geceleri "uyku" ve "uyanma" saatleri arasında kendini devre dışı bırakmalıdır.
5. "Uyanma" zamanı, hafta sonları için daha sonraki bir değere ayarlanmalıdır
6. Sistem, pompalama çalıştırmalarının günlüğünü tutmalıdır
7. Sistem, mevcut toprak nemi okumasını göstermelidir
8. Sistem, son pompa çalışmasının tarihini/saatini göstermelidir
9. Sulama parametreleri yeniden programlama yapılmadan ayarlanabilir olmalıdır
10. Pompalamayı durdurun ve eğer pompa çalışması nemde değişikliğe (su bitmesi veya sensör sorunları) yol açmıyorsa, tesisin taşmasını ve su sızmasını önlüyorsa Hata durumunu belirtin
11. Metal erozyonunu önlemek için sistem nem probunu açmalı/kapatmalıdır.
12. Sistem, içlerinde küf oluşmasını önlemek için borulardaki suyu tahliye etmelidir.

Aşağıdaki parametreler düğmeler aracılığıyla yapılandırılabilir olmalıdır:

1. Pompa çalışmasını başlatmak için % olarak nem "düşük" işareti (varsayılan = %60)
2. Pompa çalışmasını durdurmak için % olarak nem "yüksek" işareti (varsayılan = %65)
3. Saniye cinsinden tek bir sulama çalışmasının süresi (varsayılan = 60 saniye)
4. Hedef neme ulaşmak için yeniden deneme sayısı (varsayılan = 4 çalıştırma)
5. Gece için devre dışı bırakmak için askeri zaman, yalnızca saatler (varsayılan = 22 veya 22:00)
6. Sabah etkinleştirilecek askeri saat, yalnızca saatler (varsayılan = 07 veya 07:00)
7. Sabah aktivasyonu için hafta sonu ayarlaması, delta saatleri (varsayılan = +2 saat)
8. Geçerli tarih ve saat

APIS, son 10 sulama çalışmasının tarihini/saatini EEPROM belleğine yazar. Günlük, çalıştırmaların tarihini ve saatini gösteren görüntülenebilir.

APIS'ten öğrendiğimiz birçok şeyden biri, 7 segmentli bir ekranda toprak nemi okumalarını görene kadar rutinimiz olan bitkileri her gün sulamanız gerekmediğidir…

Adım 1: PARÇALAR ve ARAÇLAR

APIS oluşturmak için aşağıdaki parçalara ihtiyacınız olacak:

KONTROL KUTUSU VE BORULAMA:

1. Arduino Uno kartı: Amazon.com'da
2. Silikon Hortumlu 12v Peristaltik Sıvı Pompası: Adafruit.com'da
3. 4X Sayısal LED Ekran Dijital Tüp JY-MCU Modülü: Fasttech.com'da
4. DS1307 Gerçek Zamanlı Saat devre kartı kiti: Adafruit.com'da (isteğe bağlı)
5. Microtivity IM206 6x6x6mm Hassasiyet Anahtarı: Amazon.com'da
6. Vero panosu: Amazon.com'da
7. L293D motor sürücüsü IC: Fasttech.com'da
8. 3 x 10kOhm direnç
9. Arduino plastik kasa projeleri: Amazon.com'da
10. 2,1 mm güç jakına sahip 12v AC/DC adaptörü: Amazon.com'da
11. Bambu şişleri
12. Sırt ve biraz süper çimento yapıştırıcısı
13. Süper Yumuşak Lateks Kauçuk Boru 1/8" İÇ, 3/16" OD, 1/32" Duvar, Yarı Şeffaf Amber, 10 ft. Uzunluk: McMaster.com'da
14. Dayanıklı Naylon Sıkı Mühürlü Dikenli Tüp Bağlantısı, 1/8" Tüp ID'si için Tişört, Beyaz, 10'lu paketler: McMaster.com'da
15. Dayanıklı Naylon Sıkı Mühürlü Dikenli Tüp Bağlantısı, 1/8" Tüp Kimliği için Wye, Beyaz, 10'lu paketler: McMaster.com'da
16. Her zamanki gibi, teller, lehimleme aletleri vb.

NEM PROBU:

1. Küçük tahta parçası (1/4" x 1/4" x 1")
2. 2 x Paslanmaz çelik sivilce çıkarma iğnesi: Amazon.com'da
3. Toprak Nemi Algılama Sensörü Modülü: Fasttech.com'da

Adım 2: TOPRAK NEM PROBU V1

Toprak nemi, zemine yerleştirilen iki metal sonda (yaklaşık 1 inç aralıklı) arasındaki dirence dayalı olarak ölçülür. Şemalar resimde temsil edilmektedir.

Denediğim ilk araştırma, bir dizi internet sağlayıcısından satın alabileceğiniz bir araştırmaydı (bunun gibi).

Bunlarla ilgili sorun, folyo seviyesinin nispeten ince olması ve hızlı bir şekilde aşınması (bir veya iki hafta meselesi), bu yüzden galvanizli çiviye dayalı daha sağlam sensör için bu önceden üretilmiş olanı çabucak terk ettim (lütfen bir sonraki adıma bakın)).

Adım 3: TOPRAK NEM PROBU V2

"Yeni nesil" sonda, evde iki galvanizli çivi, bir tahta ve birkaç telden yapılmıştır.

Halihazırda yıpranmış üretilmiş bir probum olduğu için, bağlantı parçasını ve ondan gelen elektronik modülü yeniden kullandım, temelde sadece toprak bileşenini değiştirdim.

Sürprizime göre galvanizli çiviler de aşındı (ince folyodan daha yavaş olsa da), ancak yine de istediğimden daha hızlı.

Paslanmaz çelik akne çıkarma iğnelerine dayalı olarak başka bir sonda tasarlanmıştır. (sonraki adıma bakın).

Adım 4: TOPRAK NEM PROBU V3 "Katana"

Paslanmaz çelik sonda (samuray kılıcına benzer, dolayısıyla adı) şu anda kullanılandır.

Hızlı aşınmanın, gerçek ölçümün ne sıklıkta gerçekleştiğine bakılmaksızın, probun her zaman elektrik voltajı (24x7) altında olması gerçeğine atfedilebileceğine inanıyorum.

Bunu azaltmak için ölçüm aralıklarını 1 saatte bir olacak şekilde değiştirdim (sonuçta bu gerçek zamanlı bir sistem DEĞİLDİR) ve probu kalıcı 5v yerine dijital pinlerden birine bağladım. Şu anda, prob 24 saat yerine günde yalnızca ~16 dakika çalıştırılıyor, bu da ömrünü önemli ölçüde artırmalıdır.

Adım 5: TEMEL İŞLEVSELLİK

APIS, Arduino UNO kartına dayanmaktadır.

APIS, toprak nemini saatte bir ölçer ve önceden tanımlanmış bir eşiğin altına düşerse, pompayı önceden tanımlanmış bir süre boyunca "doyma" aralıklarıyla ayrılmış olarak önceden tanımlanmış sayıda açar.

Hedef nem eşiğine ulaşıldığında, süreç saatte bir ölçüm moduna geri döner.

Hedef neme ulaşılamıyorsa, ancak alt sınıra ulaşılmışsa, bu da sorun değil (en azından bir miktar sulama gerçekleşti). Nedeni, nemli topraktan çok uzakta olduğu talihsiz prob yerleşimi olabilir.

Ancak alt nem sınırına dahi ulaşılamadığı takdirde hata durumu bildirilir. (Muhtemelen bir sonda sorunu veya tedarik kovasının suyu bitti vb.). Hata durumunda, ünite hiçbir şey yapmadan 24 saat uyuyacak ve ardından tekrar deneyecektir.

Adım 6: 7 SEGMENT EKRANI

TM1650 TABANLI 7 SEGMENT EKRAN:

Başlangıçta, APIS'nin herhangi bir görüntüleme özelliği yoktu. USB ile bağlanmadan mevcut toprak nem seviyesini söylemek imkansızdı.

Bunu düzeltmek için sisteme 4 haneli 7 segmentli bir ekran ekledim: Fasttech.com'da

Hiçbir yerde bu modülle çalışacak bir kitaplık bulamadım (bunun için bir veri sayfası da yoktu), bu yüzden birkaç saatlik I²C bağlantı noktası araştırması ve denemesinden sonra kendim bir sürücü kitaplığı yazmaya karar verdim.

16 basamağa kadar ekranları destekler (4'ü varsayılandır), temel ASCII karakterlerini görüntüleyebilir (lütfen tüm karakterlerin 7 segmentle oluşturulamayacağını unutmayın, bu nedenle W, M vb. harfler uygulanmaz), ondalık sayıları destekler modül üzerinde nokta ekranı, çalışan karakter dizisi (4'ten fazla harf görüntülemek için) ve 16 derece parlaklığı destekler.

Kütüphane burada arduino.cc oyun alanında mevcuttur. TM1650 sürücü kitaplığı

Örnek video burada mevcuttur

ANİMASYON:

Bir su akışı sırasında biraz 7 segmentli animasyon uygulanır.

• Pompa devredeyken, ekrandaki dijital noktalar bir su akışını simgeleyen soldan sağa bir düzende çalışır: sulama animasyonu videosu
• "Doygunluk" döneminde, noktalar ekranın ortasından dışa doğru doygunluğu simgeliyor: doygunluk animasyon videosu

Gereksiz ama hoş bir dokunuş.

Adım 7: POMPA ve POMPA KONTROLÜ

POMPA

Bitkileri sulamak için 12v Peristaltik Sıvı Pompası (burada mevcuttur) kullandım. Pompa yaklaşık 100 mL/dk sağlar (bu, bir bardağın yaklaşık 1/2'sidir - taşmaları önlemek için su çalışma süresini yapılandırırken hatırlamakta fayda var ve 8-) oldu.

POMPA KONTROLÜ - L293D

Pompa, L293D motor sürücü çipi ile kontrol edilir. Dönüş yönü önceden ayarlandığından, kontrol için gerçekten yalnızca çip etkinleştirme pimini kullanmanız gerekir. Yön pimleri doğrudan +5v'ye ve GND'ye kalıcı olarak bağlanabilir.

Eğer (benim gibi) pompanın hangi yöne gideceğinden emin değilseniz, üç pini de Arduino'ya bağlayabilir ve yönü programlı olarak kontrol edebilirsiniz. Daha az yeniden lehimleme.

Adım 8: YAPILANDIRMA ve DÜĞMELER

DÜĞMELER:

APIS'yi yapılandırmak ve kontrol etmek için üç düğme kullandım.

Tüm düğme basışları, pin kesintilerine göre işlenir (PinChangeInt kitaplığı).

• Kırmızı (en sağda) bir SEÇ düğmesidir. APIS'nin konfigürasyon moduna girmesini sağlar ve ayrıca değerleri onaylar.
• En soldaki ve ortadaki siyah düğmeler (sırasıyla ARTI ve EKSİ), yapılandırılabilir değerleri artırmak/azaltmak (konfigürasyon modunda) veya geçerli tarih/saat ve son sulama çalıştırma bilgilerini (normal modda) görüntülemek için kullanılır.

Çoğu zaman ekran kapalı olduğundan, tüm düğmeler önce APIS'yi "uyandırır" ve ancak o zaman ikinci bir basışta işlevlerini gerçekleştirir.

30 saniye boyunca hareketsiz kaldıktan sonra ekran kapanır (bir sulama çalıştırması devam etmiyorsa).

APIS, inceleme için başlatma sırasında yapılandırma parametreleri üzerinden çalışır: video

YAPILANDIRMA:

APIS'nin dört yapılandırma modu vardır:

1. Sulama parametrelerini yapılandırın
2. Gerçek Zamanlı Saati Ayarla
3. "Zorla" sulama çalışması
4. Sulama günlüğünü inceleyin

SULAMA PARAMETRELERİ:

1. Düşük toprak nemi eşiği (sulamaya başlayın)
2. Yüksek toprak nem eşiği (sulamayı durdur)
3. Tek bir sulama çalışmasının süresi (saniye olarak)
4. Bir partide sulama sayısı
5. Bir parti içindeki çalışmalar arasındaki toprak doygunluk süresinin süresi (dakika olarak)
6. Gece modu etkinleştirme süresi (askeri saat, yalnızca saatler)
7. Gece modu bitiş zamanı (askeri saat, yalnızca saatler)
8. Gece modu bitiş saati için hafta sonu ayarı (saat olarak)

GERÇEK ZAMANLI SAAT KURULUMU:

1. Century (yani 2015 için 20)
2. Yıl (yani 2015 için 15)
3. Ay
4. Gün
5. Saat
6. Dakika

Saat, dakikaların onaylanması üzerine 00'a ayarlanmış saniye ile ayarlanır.

Ayarın 15 saniyelik bir zaman aşımı süresi vardır, bundan sonra tüm değişiklikler iptal edilir.

Kaydettikten sonra parametreler EEPROM hafızasına kaydedilir.

SULAMA ÇALIŞMASININ ZORLANMASI:

Hala neden uyguladığımdan emin değilim, ama orada. Etkinleştirildiğinde APIS, sulama moduna girer. Ancak sulama modu yine de eşiklere tabidir. Bu, sulama işlemini zorlarsanız ancak toprak nemi YÜKSEK işaretinin üzerindeyse, sulama işleminin hemen sona ereceği anlamına gelir. Temel olarak bu, yalnızca toprak nemi DÜŞÜK ve YÜKSEK eşikler arasındaysa çalışır.

SULAMA GÜNLÜĞÜNÜN İNCELENMESİ:

APIS, kullanıcının gözden geçirebileceği EEPROM belleğinde son 10 sulama çalışmasının bir günlüğünü tutar. Sadece sulama çalışmasının Tarih/Saati kaydedilir. Eşikler (o sırada) ve YÜKSEK eşiğe ulaşmak için gereken çalıştırma sayısı saklanmaz (sonraki sürümde olsalar da).

9. Adım: RTC: GERÇEK ZAMAN SAAT

GECE MODU

APIS beni gece uyandırdığında, aklıma bir "gece modu" uygulama fikri geldi.

Gece modu, hiçbir ölçüm yapılmadığında, ekran kapalıyken ve sulama yapılmadığında gerçekleşir.

Normal bir iş gününde APIS, sabah 7'de (yapılandırılabilir) "uyanır" ve akşam 22.00'de (yapılandırılabilir) gece moduna girer. Hafta sonu APIS, uyanmayı geciktirmek için (örneğin sabah 9'a kadar) bir "hafta sonu ayarlaması" kullanır, hafta sonu ayarlaması 2 saat ise).

RTC BREAKOUT BOARD ve "YAZILIM" RTC:

Tarih/saati takip etmek ve gece modlarına girmek/çıkmak için donanım RTC'sini (burada mevcuttur) kullandım.

Eskizler sözde "yazılım" RTC (arduino'nun millis() işlevini kullanarak) kullanmak üzere derlenebileceğinden, kullanımı isteğe bağlıdır.

Yazılım RTC'sini kullanmanın dezavantajı, APIS'nin her açılışında zamanı ayarlamanız gerekmesidir.

Standart RTC kitaplığını API ile tam olarak eşleşecek ve ayrıca milis rollover sorununu çözecek şekilde değiştirdim. (İndirmeler için lütfen eskiz adımına bakın).

Adım 10: HER ŞEYİ BİR ARAYA KOYMAK

Pompa dahil tüm sistem (prob hariç) Arduino Uno için küçük bir kutuya sığar.

1. TM1650 ekranı TWI arayüzünü kullanır, bu nedenle SDA ve SDC kabloları sırasıyla Arduino pinleri A4 ve A5'e gider. Diğer iki kablo +5v ve GND'dir.
2. RTC kartı, yukarıdakiyle aynı olan TWI arayüzünü kullanır. (TM1650 ve RTC farklı bağlantı noktaları kullanır, bu nedenle barış içinde bir arada bulunurlar). RTC +5v pini arduino pin 12'ye bağlanır (+5v yerine dijital pinden güç alır). Neden yaptığımı hatırlama, zorunda değilsin.
3. L293D pinleri şu şekilde bağlanır: etkinleştirme (pim 1) D5'e ve yön kontrol pinleri 2 ve 7 sırasıyla arduino pinleri D6 ve D7'ye.
4. BUTONLAR SELECT, PLUS ve EKSİ için sırasıyla D2, D8 ve D9 pinlerine bağlanır. (Düğmeler, "aktif-yüksek" konfigürasyonunda aşağı açılan 10K dirençlerle uygulanır).
5. PROBE modülünün +5v gücü arduino pin 10'a (periyodik ölçümlerin yapılabilmesi için) bağlanır ve prob analog pin A1'e bağlanır.

NOT: Fritzing şema dosyası github deposuna eklendi.

Adım 11: SKETCHES ve Daha Fazlası

Mart 2015 güncellemesi:

1. Küf oluşumunu önlemek için sulama işleminden sonra boruları boşaltma işlevi eklendi (Oğlum! L293D'de pompa dönüş yönünü kablolamadığım için mutluyum!)
2. Daha kapsamlı kayıt, sulama çalışmasının başlangıç ve bitiş tarihini/saatini, başlangıç ve bitiş nemini ve sulama çalışması sırasında pompanın kaç kez devreye girdiğini içerir
3. Hata rutini güncellendi: cihaz, hata durumuna girdikten 24 saat sonra donanımdan sıfırlanacak
4. TaskScheduler 2.1.0 ile yeniden derlendi
5. Diğer çeşitli hata düzeltmeleri

18 Kasım 2015 itibarıyla APIS, aşağıdaki ek özelliklerle yükseltildi:

1. Daha hızlı ve daha kolay pin değişimi için DirectIO kütüphanesinin kullanımı
2. EST ve EDT arasında doğru şekilde geçiş yapmak için Saat Dilimi kitaplığının kullanımı
3. Yalnızca TaskScheduler kullanılarak düğmeden çıkma mantığı eklendi
4. Düğme tekrar işlevi eklendi (düğmeye basılı tutulduğunda değerler değişir, döngü hızı 5 döngüden sonra artar)
5. IDE 1.6.6 AVR 1.6.9 ile TaskScheduler 1.8.4'e karşı yeniden derlendi
6. Github'a taşındı

KÜTÜPHANELER:

APIS, aşağıdaki kitaplıkları temel alır:

• EEPROM - Arduino IDE'nin bir parçası
• Tel - Arduino IDE'nin bir parçası
• EnableInterrupt - Github'da mevcut
• Saat dilimi - Github'da mevcut
• DirectIO - Github'da mevcut

Benim tarafımdan değiştirildi (çatallandı):

• Zaman - Github'da mevcut
• RTClib - Github'da mevcut

Benim tarafımdan geliştirildi:

• TM1650 - Github'da mevcut
• TaskScheduler - Github'da mevcut
• AvgFilter - Github'da mevcut

Kroki:

Fritzing şematik dosyası da dahil olmak üzere APIS taslağının en son sürümü Github'da mevcuttur.

VERİ SAYFALARI:

• L293D: burada
• RTC koparma panosu: burada

Adım 12: *** KAZANDIK !!! ***

Bu proje, Dexter Industries'in sponsor olduğu Ev Otomasyonu yarışmasında İkincilik Ödülü kazandı.

Bunu kontrol et! WOO-HOO!!!

Ev Otomasyonunda İkincilik Ödülü