www.inarticle.ru поделки своими руками Sitemap

Автоматический полив растений

      
автоматический полив растений, подключение ардуино
Хорошо известная пословица «Ничто не ново под луной» в случае применения автоматического полива растений работает на все сто. Ну чем не автомат марлевый жгут, который непрерывно «поливает» растение, если один конец в банке с водой, а другой закопан в грунт? Или совсем суперполив с помощью системы с хорошей электронной начинкой также охотно выполнит автоматический полив растений – она все может, все сделает, но… Нет же, находятся критиканы - жгут малоэффективный, электроника ценой кусается - дорого, да и не может электронный блок перенастраиваться – для каждого нового применения нужен свой. А здесь желательно что-то такое-эдакое...


Из чего состоит автомат полива?


      
автоматический полив растений, подключение ардуино
Вот это «такое-эдакое» мы и попытаемся сделать. Оно будет дешевым, легко перенастраиваться и эффективным – дальше некуда. Логика его работы (говорят, алгоритм) следующая: если земля сухая – автомат поливает, если почва увлажнилась – полив прекращается до высыхания грунта. А сколько ждать? Да вопрос так даже не стоит. Правильным критерием будет «высыхание» грунта. Как только высохло, так и поливаем – в любое время дня и ночи...
      А теперь разложим по полочкам наш автоматический полив растений с точки зрения разработчика «умной» поливалки:
  • окружающая среда – условия квартиры, наполненный грунтом цветочный горшок, который и нужно поливать;
  • блок управления – микроконтроллерная плата, в качестве которой считается наиболее приемлемым подключение ардуино;
  • объект управления – банка с водой, исполнительный механизм - насос для перекачки воды;
  • дополнительные элементы системы автоматического полива растений:
    • ее «глаза» - датчики высыхания грунта и уровня воды в банке;
    • «руки» - насос, который будет качать воду в зону полива;
    • чистая техника - ключ коммутации, фактически выключатель насоса и два светодиода, зеленый и красный, для индикации «вода есть» и «воды мало».
      Вот и вся система, которую называют автоматический полив растений, способная освободить от рутины ежедневных забот.
      Казалось бы, что вместо банки с водой нужно просто подключиться к водопроводной трубе, но шлангочки-трубочки по квартире – не очень украшают помещение, так что задача автоматического полива растений решается с использованием автономной емкости, которую надо ручками «заправлять» водичкой. А чтоб банка с водой не раздражала эстетические вкусы ее можно замаскировать декоративным рисунком, чтоб казалось, что так и надо.


Насос, выполняющий автоматический полив растений


      
автоматический полив растений, подключение ардуино
Водяной насос
Насос для перекачки воды – покупной. Его можно взять от стеклоомывателя, принтера или аквариумный. Любой из них легко справится с задачей, но проще применить от автомобиля. Все просто – пришел, увидел, купил, но перед применением нужно опытным путем подобрать напряжение питания, чтоб его струя меньше напоминала самодельный домашний гейзер. Спокойная водяная струя образуется при напряжении от 8 В до 9 В.
      Более сложный вопрос - рабочий ток двигателя насоса. У разных образцов это может быть 2-3 и больше ампер, а допустимая токовая нагрузка по выходу контроллера значительно меньше – 10 - 20 мА. Поэтому необходимо увеличить коммутационную способность блока управления. Для этого к его выходу подключают мощный транзистор, который, благодаря подключению ардуино и обеспечивает включение насоса. Применим сборку транзисторов uln2003 (см. схему), каждый из которых может коммутировать ток 0,5 А. Если входы и выходы объединить параллельно, то допустимый нагрузочный ток будет равняться суммарному, т.е. 0,5 * N. Так и сделаем.


Подключение ардуино – блока управления


      
автоматический полив растений, подключение ардуино
Принципиальная схема устройства автоматического полива растений
Блок управления – одноплатный микропроцессорный контроллер Arduino, который и предназначен для таких простеньких задач. Техника работы с ним простая – отлаживают программу на компьютере и после подключения ардуино «переганяют» ее в процессор. Если что-то нужно изменить, то программу переделывают на компьютере и переустанавливают в контроллер. И при этом ничего не нужно перепаивать, переделывать. Это как раз и есть то, что называют «возможностью перенастройки».
      Следующим этапом подключения ардуино к устройству, которое непосредственно выполняет функции автоматического полива растений, заключается в соединение проводов датчиков и силового провода питания насоса с самим контроллером. В данном случае лучше всего для блока питания использовать аккумулятор – полив работает очень короткое время – буквально несколько секунд, и постоянное «дежурство» сетевого блока питания нецелесообразно.


Датчики – «глаза» автомата


      
автоматический полив растений, подключение ардуино
Датчик влажности из гвоздей
Датчик влажности лучше всего сделать из материала не подверженного окислению, например, графитовых стержней. Если не мудрствовать, то пара гвоздей, забитых в изолирующую пластину, за несколько секунд превращаются именно в такой датчик (см. рисунок), который использует подключение ардуино, чтобы дать о себе знать системе автоматического полива растений, а установку графитовых стержней можно отложить на период «сдачи» нашей поливалки в постоянную эксплуатацию.
      
автоматический полив растений, подключение ардуино
Поплавковый датчик уровня воды
Датчик уровня воды легко реализуется таким же «гвоздиковым», как выше, но мы сделаем другой – поплавковый (см. рисунок). Его легко собрать из трубки 4, которая фиксируется на банке, а стержень 3 по ней легко перемещается. В нижней части стержня крепится поплавок 2, а в верхней его части находится перемычка 6. На верхнем конце трубки расположена диэлектрическая пластина с двумя контактами 5 провода от которых идут на подключение ардуино.
      Принцип датчика прост, как мир: если воды много поплавок 2 поднимает стержень 3, замыкающая пластина поднимается вверх и контакты 5 размыкаются. При снижении уровня воды до метки и ниже, поплавок опускается, и пластина 6 замыкает контакты 5.


Алгоритм устройства управления


      
автоматический полив растений, подключение ардуино
Алгоритм управления
Самое важное при конструировании блоков управления на микропроцессорах – правильно построить алгоритм работы. Ведь подробное описание работы на специальном языке программ всех узлов, имеющих подключенный ардуино, определяет порядок опроса и анализа входных сигналов. Кроме того, для выполнения тех или иных действий заданных разработчиком (а это как раз мы с вами), контроллер должен учитывать отрезки времени работы исполнительных механизмов. И вот, что у нас получилось (см. рисунок). Рассмотрим по шагам.
      После подключения ардуино в работу, он опрашивает состояние датчика уровня воды и отражает его светодиодами – это сигнализация для нас. Следующий датчик – влажности – может сказать «а почва-то влажная» и тогда блоку управления следует возвратиться в начало – его цикл работы завершился и так далее – без устали по циклу. Как только почва высохла контроллер, благодаря датчику, об этом узнает и начнет отрабатывать свою прямую задачу – полив.
      Сначала будет включен насос, например, на 2 сек. А почему не на три-четыре-пять? Да потому, что эти 2 секунды мы определили экспериментально (а вполне могло быть и другое число – все зависит от насоса). Критерием служит количество перекачанной воды. Ее должно быть достаточно для полива в течение некоторого промежутка времени – час-два, может сутки. На смачивание грунта после полива отводится 30 сек (на ваш вкус). Только после отработки этого отрезка времени контроллер продолжит работу дальше, т.е. начнется новый цикл.
      Новый цикл – это опять опрос датчика через подключение ардуино, анализ информации и т.д.
      Алгоритм работы можно усложнять. Например, понадобится поливать не один горшок, а несколько – не ставить же контроллер на каждый. Для этого нужно использовать и его свободные входы/выходы куда и подсоединить датчики и насосы от каждого горшка, а в алгоритме предусмотреть дополнительные блоки их опроса.
      После составления алгоритма работы устройства, на его основе пишут программу и моделируют на компьютере работу программы при помощи специальных отладчиков, которые всегда есть для конкретного контроллера – в нашем случае это ардуино. Отлаженная программа записывается в процессор ардуино, для этого там уже все есть, надо только включить с компьютера соответствующий блок отладчика.
      Вариант такой программы приведен ниже (Вы можете скачать текст программы внизу статьи, вместе с чертежами устройства).


Код программы:


      // константы
      const int dw = 12; // датчик уровня воды на 12 пин
      const int dg = 11; // датчик влажности почвы на 11 пин
      const int nasos = 2; // управление насосом на 2 пин
      const int ledG = 3; // зеленый светодиод на 3 пин
      const int ledR = 4; // красный светодиод на 4 пин
      // переменные
      int dwS = 0; // состояние датчика уровня воды
      int dgS = 0; // состояние датчика уровня влажности почвы
      //установки void setup() {
      // объявляем пины светодиодов и насоса как выходы: pinMode(nasos, OUTPUT); pinMode(ledG, OUTPUT); pinMode(ledR, OUTPUT);
      // объявляем пины датчиков и насоса как входы: pinMode(dw, INPUT); pinMode(dg, INPUT);
      }
      // рабочий цикл void 1оор(){
      // считываем состояния датчика уровня жидкости dwS = digitalRead(dw);
      // если воды много — включаем зеленый, иначе красный if (dwS == LOW) { digitalWrite(ledG, HIGH); digitalWrite(ledR, LOW);
      }
      else {
      digitalWrite(ledG, LOW); digitalWrite(ledR, HIGH);
      }
      // считываем состояния датчика влажности почвы dgS = digitalRead(dg);
      // если почва сухая, включаем полив if (dgS == LOW) { digitalWrite(nasos, HIGH); delay(2000);
      digitalWrite(nasos, LOW); delay(30000);
      }
      else {
      digitalWrite(nasos, LOW);
      }
      }


Конструкция автомата полива


      А теперь займемся размещением узлов нашего автомата. Датчик влажности располагается в грунте горшка на углублении 2-5 см (подбирается экспериментально). Трубка, подающая воду, находится рядом с одним из его электродов. Самый простой вариант емкости – стеклянная банка, а датчик воды с насосом крепятся на ее пластиковой крышке, причем насос можно разместить внутри банки.
      Электронику, выполняющую автоматический полив растений – контроллер, блок питания, микросхему ключей uln2003 и резисторы прячем в стандартный корпус, которых сейчас в продаже можно подобрать - на любой вкус. На передней панели устанавливаем светодиоды и разъем, через который осуществляется подключение ардуино с насосом и датчиками.
      Вот так в нашем доме может появиться еще один умный помощник, выполняющий автоматический полив растений, который будет следить за увлажнением грунта наших цветов и не скажет «да, знаешь, как то замотался в текучке, забыл». И если все так и случилось, то настоящий «самоделкин» посмотрит вокруг пристально, как будто с вопросом, «что бы еще сделать такое-эдакое?».
Скачать pdf
Полный текст программы без комментариев для Arduino
Нравится
Оцените статью:    5 4 3 2 1
Комментарии:
Владимир [2015-02-26]
      Зелёный светодиод горит постоянно. Насос включается на 2 сек. с интервалом 30сек. Такое впечатление, что ардуино датчики не видит. Как исправить?

Добавить комментарий*:
Ваше имя:
Комментарий:


Введите числа с картинки:
* Комментарии не имеющие отношения к данной странице будут удалены.