APIS - מערכת השקיה צמחים אוטומטית: 12 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

ההיסטוריה: (אבולוציה הבאה של מערכת זו זמינה כאן)

יש לא מעט מדריכים בנושא השקיית צמחים, כך שבקושי המצאתי כאן משהו מקורי. מה שכן הופך את המערכת הזו לשונה היא כמות התכנות וההתאמה האישית שנכנסו אליה, ומאפשרים שליטה טובה יותר ושילוב בחיי היום יום.

לפניכם סרטון של ריצת השקיה: ריצת השקיה

כך נוצרה APIS:

יש לנו שני צמחי פלפל צ'ילי חריף אדום, שבקושי "שרדו" כמה מחופשותינו, וכמעט נחשבו לבני משפחה בשלב זה. הם עברו בצורת קיצונית והשקיית יתר, אך תמיד התאוששו איכשהו.

הרעיון לבנות השקיית צמחים מבוססת Arduino היה כמעט הרעיון הראשון כיצד ניתן ליישם את Arduino כפרויקט אוטומציה ביתי. אז נבנתה מערכת השקיית צמחים פשוטה.

עם זאת, לגרסה 1 לא היה שום אינדיקציה ללחות הקרקע, ולא הייתה דרך לדעת אם היא עומדת להשקות את הצמחים, או שהשקיה נמצאת במרחק של מספר ימים.

הסקרנות, כידוע לכולנו, הרגה את החתול, וגרסה 2 נבנתה עם מודול בן 7 ספרות בן 7 ספרות להצגת הלחות הנוכחית בכל עת.

זה לא הספיק. השאלה הבאה הייתה "מתי בפעם האחרונה הוא השקה את הצמחים"? (מכיוון שכמעט ולא היינו בבית כדי להיות עדים לזה). גרסה 3 השתמשה במודול 7 הקטעים כדי להציג גם לפני כמה זמן התרחשה ריצת ההשקיה האחרונה (כמחרוזת טקסט פועלת).

לילה אחד התחילה ההשקיה בשעה 4 בבוקר והעירה את כולם. מתסכל… מוצא כי יותר מדי עבודה לכבות את ה- APIS למשך הלילה, ולהדליק אותו במשך היום כדי למנוע השקיה באמצע הלילה, נוסף שעון בזמן אמת כדי להרדים את המכשיר בלילה כחלק מגרסה 4.

מכיוון שהשעון בזמן אמת דורש התאמות תקופתיות (כמו למשל מתג שעון קיץ), גרסה 5 כוללת שלושה כפתורים המאפשרים הגדרת מגוון פרמטרים של השקיית צמחים.

זה לא נעצר שם. שמתי לב כי בדיקת לחות נוטה להישחק די מהר, אולי בשל העובדה שהוא נמצא (על פי תכנון) במתח קבוע, ולכן קיים זרם חשמלי קבוע בין הגששים (אנודה נשחקת). בדיקת הקרקע הזולה מסין שרדה כשבוע. אפילו מסמר מגולוון "אכל" תוך חודש. בדיקה מנירוסטה מחזיקה טוב יותר, אבל שמתי לב שגם זה מוותר. גרסה 6 מפעילה את החללית במשך דקה אחת בלבד בכל שעה (וכל הזמן במהלך ההשקיה), ובכך מפחיתה באופן דרמטי את השחיקה (~ 16 דקות ביום לעומת 24 שעות ביממה).

הרעיון:

פיתוח מערכת השקיית צמחים עם היכולות הבאות:

1. למדוד את לחות הקרקע
2. בהגיעו לסימן לחות "נמוך" מוגדר מראש, הפעילו משאבת מים והשקו את הצמחים עד לסיום לחות "גבוהה".
3. השקיה צריכה להתבצע במספר ריצות, מופרדות על ידי תקופות של חוסר פעילות כדי לאפשר רוויה של מים דרך האדמה
4. המערכת צריכה לבטל את עצמה בלילה בין זמני "שינה" ל"התעוררות"
5. יש להתאים את זמן "השכמה" לסופי שבוע לערך מאוחר יותר
6. המערכת צריכה לשמור את יומן ריצות השאיבה
7. המערכת צריכה להציג קריאה שוטפת של לחות הקרקע
8. המערכת צריכה להציג תאריך/שעה של הפעלת המשאבה האחרונה
9. פרמטרי השקיה צריכים להיות מתכווננים ללא תכנות מחדש
10. הפסק לשאוב וציין את מצב השגיאה אם הפעלת המשאבה אינה גורמת לשינוי הלחות (מחוץ למים או בעיות חיישן) מניעת הצפת המפעל ודליפת מים
11. המערכת צריכה להפעיל/לכבות את בדיקת הלחות כדי להימנע משחיקת מתכות
12. המערכת צריכה לנקז מים מהצינורות כדי למנוע היווצרות עובש בתוכם

יש להגדיר את הפרמטרים הבאים באמצעות לחצנים:

1. סימן לחות "נמוך", באחוזים, כדי להתחיל את פעולת המשאבה (ברירת מחדל = 60 %)
2. סימן לחות "גבוה", באחוזים, להפסקת פעולת המשאבה (ברירת מחדל = 65 %)
3. משך ריצת השקיה אחת, בשניות (ברירת מחדל = 60 שניות)
4. מספר ניסיונות חוזרים להגיע ללחות היעד (ברירת מחדל = 4 ריצות)
5. זמן צבאי לביטול לילה, שעות בלבד (ברירת מחדל = 22 או 22:00)
6. זמן צבאי להפעלה בבוקר, שעות בלבד (ברירת מחדל = 07 או 7 בבוקר)
7. התאמת סוף שבוע להפעלת בוקר, שעות דלתא (ברירת מחדל = +2 שעות)
8. התאריך והשעה הנוכחיים

APIS כותב תאריך/שעה של 10 ריצות השקייה האחרונות לזיכרון EEPROM. ניתן להציג את היומן, המציג תאריך ושעה של הריצות.

אחד הדברים הרבים שלמדנו מ- APIS הוא שבעצם אין צורך להשקות צמחים כל יום, וזה היה השגרה שלנו עד שראינו את קריאות הלחות בקרקע בתצוגה של 7 קטעים …

שלב 1: חלקים וכלים

תצטרך את החלקים הבאים לבניית APIS:

תיבת בקרה וצינורות:

1. לוח Arduino Uno: ב- Amazon.com
2. משאבת נוזלים פריסטלטית 12v עם צינורות סיליקון: באתר Adafruit.com
3. 4X מודול תצוגת LED מספרי JY-MCU צינור דיגיטלי: באתר Fasttech.com
4. ערכת לוח פריצת שעון בזמן אמת DS1307: ב- Adafruit.com (אופציונלי)
5. מתג מיקרטיביות IM206 6x6x6mm: ב- Amazon.com
6. לוח ורו: ב- Amazon.com
7. נהג מנוע L293D IC: באתר Fasttech.com
8. נגדים 3 x 10kOhm
9. ארדואינו מקרין מארז פלסטיק: ב- Amazon.com
10. מתאם AC/DC 12V עם שקע חשמל של 2.1 מ"מ: ב- Amazon.com
11. שיפודי במבוק
12. דריכה ומעט דבק סופרספרשן
13. צינורות גומי לטקס סופר רכים 1/8 "מזהה, 3/16" OD, 1/32 "קיר, ענבר חצי שקוף, 10 רגל אורך: ב- McMaster.com
14. התאמת צינור תיל ניילון עמיד, טי למזהה צינור בגודל 1/8 אינץ ', לבן, אריזות של 10: ב- McMaster.com
15. התאמת צינורות דוקר ניילון עמידים, Wye עבור מזהה צינור בגודל 1/8 אינץ ', לבן, אריזות של 10: ב- McMaster.com
16. כרגיל, חוטים, כלי הלחמה וכו '.

בדיקת לחות:

1. פיסת עץ קטנה (1/4 "x 1/4" x 1 ")
2. 2 x מחטי מיצוי אקנה מנירוסטה: ב- Amazon.com
3. מודול חיישן זיהוי לחות קרקע: באתר Fasttech.com

שלב 2: בדיקת לחות הקרקע V1

לחות הקרקע נמדדת בהתבסס על ההתנגדות בין שני בדיקות מתכת המוחדרות לאדמה (במרחק של סנטימטר זה מזה). הסכימות מיוצגות בתמונה.

בדיקה ראשונה שניסיתי הייתה זו שאתה יכול לקנות ממספר ספקי אינטרנט (כמו זה).

הבעיה עם אלה היא שרמת נייר הכסף דקה יחסית, ונשחקת במהירות (עניין של שבוע או שבועיים), ולכן נטשתי במהירות את זה המיוצר מראש עבור החיישן החזק יותר, המבוסס על מסמר מגולוון (אנא ראה את השלב הבא).

שלב 3: בדיקת לחות הקרקע V2

החללית "הדור הבא" הייתה עשויה משני מסמרים מגולוונים, לוח עץ וכמה חוטים.

מכיוון שכבר היה לי בדיקה מיוצרת שחוקה, השתמשתי מחדש בחתיכת החיבור ובמודול האלקטרוניקה ממנה, בעצם רק החלפת רכיב הקרקע.

ציפורניים מגולוונות, להפתעתי, נשחקו גם הן (אמנם איטיות יותר מנייר כסף דק), אך עדיין מהירות ממה שהייתי רוצה.

תוכנן בדיקה נוספת, המבוססת על מחטים להסרת אקנה מנירוסטה. (ראה שלב הבא).

שלב 4: בדיקת לחות קרקע V3 "קטנה"

בדיקת הנירוסטה (הדומה לחרב סמוראים, ומכאן השם) היא זו שמשתמשת בה כרגע.

אני מאמין שניתן לשייך את השחיקה המהירה לעובדה שהחיישנית תמיד הייתה תחת מתח חשמלי (24x7) ללא קשר לתדירות התדירות של המדידה.

כדי להקל על זה, שיניתי את מרווחי המדידה להיות פעם בשעה אחת (אחרי הכל, זו לא מערכת בזמן אמת), וחיברתי את החללית לאחד הפינים הדיגיטליים במקום 5v קבוע. נכון לעכשיו, המחשב מופעל רק ל -16 דקות ביום במקום 24 שעות, מה שאמור להאריך את תוחלת חייו באופן דרמטי.

שלב 5: פונקציונליות בסיסית

APIS מבוסס על לוח ארדואינו UNO.

APIS מודדת את לחות הקרקע פעם בשעה, ואם היא יורדת מתחת לסף שהוגדר מראש, מפעילה את המשאבה לתקופה מוגדרת מראש מספר פעמים מוגדר מראש המופרד במרווחי "רוויה".

לאחר שמגיעים לסף לחות היעד, התהליך חוזר למצב מדידה של פעם בשעה.

אם לא ניתן להגיע ללחות המטרה, אך הגבול התחתון הושג, זה גם בסדר (לפחות התקיימה השקיה מסוימת). הסיבה יכולה להיות מיקום בדיקה מצער, שבו הוא רחוק מדי מהאדמה הלחה.

עם זאת, אם לא ניתן היה להגיע אפילו למגבלת הלחות התחתונה, יוכרז מצב שגיאה. (סביר להניח שבעיית בדיקה, או שנגמרו לדלי האספקה מים וכו '). במצב שגיאה, היחידה תישן במשך 24 שעות מבלי לעשות דבר, ולאחר מכן תנסה שוב.

שלב 6: 7 תצוגת סגמנטציה

תצוגת 7 מגזרים מבוססת TM1650:

במקור, ל- APIS לא הייתה יכולת תצוגה. אי אפשר היה לדעת את רמת הלחות הנוכחית של הקרקע מבלי להתחבר באמצעות USB.

כדי לתקן זאת הוספתי תצוגה בת 7 ספרות בת 4 ספרות למערכת: ב- Fasttech.com

לא הצלחתי למצוא ספרייה לעבודה עם מודול זה בשום מקום (גם לא גליון נתונים עבורו), כך שאחרי כמה שעות של חיטוט והתנסות של יציאת I²C, אני מחליט לכתוב בעצמי ספריית נהגים.

הוא תומך בתצוגות של עד 16 ספרות (כאשר 4 הן ברירת מחדל), יכול להציג תווי ASCII בסיסיים (שים לב שלא ניתן לבנות את כל התווים עם 7 מקטעים, כך שאותיות כמו W, M, וכו 'אינן מיושמות)., תומך עשרוני תצוגת נקודה במודול, הפעלת מחרוזת תווים (להצגת יותר מ -4 אותיות), ותומכת ב- 16 דרגות בהירות.

הספרייה זמינה כאן במגרש המשחקים arduino.cc. ספריית נהגים TM1650

סרטון לדוגמא זמין כאן

אנימציה:

קצת אנימציה של 7 קטעים מיושמת במהלך ריצת מים.

• בזמן שהמשאבה פעילה, הנקודות הדיגיטליות בתצוגה פועלות בתבנית משמאל לימין, המסמלות ריצת מים: השקת סרטון אנימציה
• במהלך תקופת "הרוויה" הנקודות רצות ממרכז התצוגה כלפי חוץ ומסמלות רוויה: סרטון אנימציה של רוויה

מיותר, אבל מגע נחמד.

שלב 7: בקרת משאבה ושאיבה

לִשְׁאוֹב

השתמשתי במשאבת נוזלים 12V פריסטלטית (זמינה כאן) להשקיית הצמחים. המשאבה מספקת כ -100 מ ל לדקה (שזה בערך חצי כוס - טוב לזכור בעת הגדרת זמן ריצת המים כדי למנוע הצפות, וזה אכן קרה 8-))

בקרת משאבה - L293D

המשאבה נשלטת באמצעות שבב נהג מנוע L293D. מכיוון שכיוון הסיבוב מוגדר מראש, אתה רק צריך להשתמש בסיכה לאפשר השבבים לשליטה. ניתן לחבר את סיכות הכיוון ישירות ל- +5v ו- GND לצמיתות.

אם לא היית בטוח (כמוני) לאיזה כיוון המשאבה תלך, עדיין תוכל לחבר את שלושת הפינים לארדואינו ולשלוט בכיוון התכנותי. פחות הלחמה מחדש.

שלב 8: הגדרות ולחצנים

כפתורים:

השתמשתי בשלושה כפתורים כדי להגדיר ולשלוט ב- APIS.

כל לחיצות הלחצנים מעובדות על סמך הפרעות הסיכה (ספריית PinChangeInt).

• אדום (מימין) הוא לחצן SELECT. זה גורם ל- APIS להיכנס למצב תצורה, וגם מאשר את הערכים.
• הלחצנים השמאליים והאמצעיים השחורים (PLUS ו- MINUS בהתאמה) משמשים להגדלה/הקטנה של ערכים הניתנים להגדרה (במצב התצורה), או להצגת התאריך/השעה הנוכחיים ופרטי ההשקה האחרונים (במצב רגיל).

מכיוון שרוב הזמן התצוגה כבויה, כל הלחצנים "יעירו" תחילה את APIS, ורק לאחר מכן, בלחיצה שנייה, יבצעו את תפקידם.

התצוגה נכבית לאחר 30 שניות של חוסר פעילות (אלא אם כן מתבצעת השקיית השקייה).

APIS עובר את פרמטרי התצורה בעת ההפעלה לבדיקה: וידאו

תְצוּרָה:

ל- APIS יש ארבעה מצבי תצורה:

1. הגדר פרמטרי השקיה
2. הגדרת שעון בזמן אמת
3. ריצת השקיה "כוח"
4. סקור יומן השקיה

פרמטרים של מים:

1. סף לחות קרקע נמוך (התחילו להשקות)
2. סף לחות קרקע גבוה (הפסק להשקות)
3. משך ריצת השקיה אחת (תוך שניות)
4. מספר ריצות השקיה באצווה אחת
5. משך תקופת הרוויה של הקרקע בין ריצות בתוך מנה אחת (בדקות)
6. זמן הפעלה של מצב לילה (זמן צבאי, שעות בלבד)
7. שעת סיום מצב לילה (זמן צבאי, שעות בלבד)
8. התאמת סוף שבוע לשעת הסיום של מצב הלילה (בשעות)

הגדרת שעון זמן אמיתי:

1. המאה (כלומר 20 לשנת 2015)
2. שנה (כלומר 15 לשנת 2015)
3. חוֹדֶשׁ
4. יְוֹם
5. שָׁעָה
6. דַקָה

השעון מותאם כששניות מוגדרות ל -00 עם אישור הדקות.

תקופת הזמן של ההגדרה היא 15 שניות, ולאחר מכן מבוטלים כל השינויים.

לאחר השמירה, הפרמטרים נשמרים בזיכרון EEPROM.

לאלץ ריצת מים:

עדיין לא בטוח מדוע יישמתי את זה, אבל זה קיים. לאחר הפעלה, APIS נכנס למצב השקיה. אולם מצב ההשקיה עדיין כפוף לספים. המשמעות היא שאם אתה מכריח ריצת השקיה, אך לחות הקרקע היא מעל הסימן HIGH, ריצת ההשקיה תיגמר מיד. בעיקרון זה עובד רק אם לחות הקרקע נמצאת בין סף LOW ו- HIGH.

סקירת יומן מים:

APIS שומר יומן של 10 ריצות ההשקיה האחרונות בזיכרון EEPROM, אותו יכול המשתמש לבדוק. מאוחסן רק תאריך/שעה של ריצת ההשקיה. ספים (באותו זמן), ומספר הריצות שנדרשו כדי להגיע לסף HIGH לא נשמרים (אם כי בגרסה הבאה הם עשויים להיות).

שלב 9: RTC: שעון זמן אמיתי

מצב לילה

ברגע ש- APIS העיר אותי בלילה, עלה במוחי רעיון ליישם "מצב לילה".

מצב לילה הוא כאשר לא מתבצעות מדידות, התצוגה כבויה ואין ריצות השקיה.

ביום עסקים רגיל APIS "מתעורר" בשבע בבוקר (ניתן להגדרה), ונכנס למצב לילה בשעה 22:00 (ניתן להגדרה). בסוף שבוע APIS משתמש בהגדרת "התאמת סוף שבוע" כדי לעכב התעוררות (עד 9 בבוקר למשל, אם התאמת סוף השבוע היא שעתיים).

לוח פריצות RTC לעומת RTC "SOFTWARE":

השתמשתי ב- RTC חומרה (זמין כאן) כדי לעקוב אחר התאריך/השעה ולהיכנס/לצאת ממצבי לילה.

זה אופציונלי לשימוש, מכיוון שניתן היה להרכיב סקיצות לשימוש ב- RTC "תוכנה" (תוך שימוש בפונקציונליות של מילי () של arduino).

החיסרון בשימוש בתוכנת RTC הוא שאתה צריך להגדיר את הזמן בכל פעם ש- APIS מופעל.

שיניתי את ספריית ה- RTC הסטנדרטית כך שתתאים בדיוק ל- API, וגם כדי לעקוף את בעיית ההתהפכות של מילי. (אנא עיין בשלב הסקיצות להורדות).

שלב 10: לשים הכל ביחד

המערכת כולה (למעט בדיקה) כולל המשאבה מתאימה לקופסה קטנה עבור Arduino Uno.

1. צג TM1650 משתמש בממשק TWI, כך שחוטי SDA ו- SDC עוברים לסיכות Arduino A4 ו- A5 בהתאמה. שני החוטים האחרים הם +5v ו- GND.
2. לוח RTC משתמש בממשק TWI, זהה לעיל. (TM1650 ו- RTC משתמשים ביציאות שונות, כך שהם מתקיימים בדו -קיום בשלום). פין RTC +5v מחובר לפין arduino 12 (מופעל באמצעות סיכה דיגיטלית במקום +5v). לא זוכר למה עשיתי את זה, אתה לא חייב.
3. סיכות L293D מחוברות באופן הבא: הפעל (סיכה 1) ל- D5, וסיכות בקרת כיוון 2 ו -7 לסיכות ארדואינו D6 ו- D7 בהתאמה.
4. לחצנים מחוברים לסיכות D2, D8 ו- D9 עבור SELECT, PLUS ו- MINUS בהתאמה. (הלחצנים מיושמים עם נגדים נפתחים של 10K-בתצורת "אקטיב-גבוה").
5. כוח +5v של מודול ה- PROBE מחובר לפין 10 של arduino (כדי לאפשר מדידות תקופתיות), והחיבור מחובר לפין האנלוגי A1.

הערה: קובץ סכמות Fritzing נוסף למאגר github.

שלב 11: סקיצות ועוד

עדכון מרץ 2015:

1. נוספה פונקציונליות לניקוז הצינורות לאחר ריצת השקיה למניעת היווצרות עובש (ילד! אני שמח שלא כיוונתי את כיוון סיבוב המשאבה ב- L293D!)
2. רישום נרחב יותר כולל תאריך/שעה של תחילת וסיום השקיה, לחות מתחילה וסיומה וכמה פעמים המשאבה הופעלה במהלך ריצת ההשקיה.
3. שגרת השגיאות עודכנה: המכשיר יתאפס לאחר 24 שעות לאחר כניסת מצב השגיאה
4. נערך מחדש עם TaskScheduler 2.1.0
5. תיקוני באגים אחרים

החל מה -18 בנובמבר 2015 שודרג APIS עם התכונות הנוספות הבאות:

1. שימוש בספריית DirectIO לשינויי סיכה מהירים וקלים יותר
2. שימוש בספריית אזור הזמן כדי לעבור נכון בין EST ל- EDT
3. נוספה לוגיקת ביטול הקפצת כפתורים באמצעות TaskScheduler בלבד
4. נוספה פונקציונליות חזרה על לחצנים (מחזור ערכים אם לוחצים לחיצה ארוכה על הכפתור, כאשר מהירות המחזור עולה לאחר 5 מחזורים)
5. הורכב מחדש עם IDE 1.6.6 AVR 1.6.9 נגד TaskScheduler 1.8.4
6. הועבר ל- Github

ספריות:

APIS מבוסס על הספריות הבאות:

• EEPROM - חלק מארדואינו IDE
• Wire - חלק מ- Arduino IDE
• EnableInterrupt - זמין ב- Github
• אזור זמן - זמין ב- Github
• DirectIO - זמין ב- Github

השתנה על ידי:

• זמן - זמין ב- Github
• RTClib - זמין ב- Github

פותח על ידי:

• TM1650 - זמין ב- Github
• TaskScheduler - זמין ב- Github
• AvgFilter - זמין ב- Github

סְקִיצָה:

הגרסה האחרונה של מערכון ה- APIS, כולל קובץ סכמות פריצה, זמינה ב- Github

גיליונות נתונים:

• L293D: כאן
• לוח פריצת RTC: כאן

שלב 12: *** זכינו !!! ***

פרויקט זה זכה בפרס השני בתחרות אוטומציה ביתית בחסות דקסטר תעשיות.

תבדוק את זה! וו-הו !!!

פרס שני בתחום האוטומציה הביתית