Монитор температуры и влажности: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Есть два верных способа быстро убить ваши растения. Первый способ - запечь или заморозить их до смерти при перепадах температуры. Кроме того, недостаточный или чрезмерный полив приведет к увяданию или загниванию корней. Конечно, есть и другие способы пренебречь растением, такие как неправильное кормление или освещение, но обычно они оказывают большое влияние на дни или недели.

Несмотря на то, что у меня есть автоматическая система полива, я чувствовал необходимость иметь полностью независимую систему контроля температуры и влажности на случай серьезного сбоя в поливе. Ответ заключался в том, чтобы контролировать температуру и влажность почвы с помощью модуля ESP32 и размещать результаты в Интернете. Мне нравится просматривать данные в виде графиков и диаграмм, поэтому показания обрабатываются на ThingSpeak для поиска тенденций. Однако в Интернете доступно множество других служб Интернета вещей, которые будут отправлять электронные письма или сообщения при запуске. В этом руководстве описывается, как создать автономный регистратор данных температуры и влажности. Вездесущий DS18B20 используется для измерения температуры в зоне выращивания. Самодельный тензиометр отслеживает, сколько воды доступно для растений в питательной среде. После того, как данные с этих датчиков собираются ESP32, они отправляются в Интернет через Wi-Fi для публикации на ThingSpeak.

Запасы

Детали, используемые для этого монитора, легко доступны на Ebay или Amazon. Модуль цифрового датчика атмосферного давления Плата контроллера уровня жидкости DS18B20 Водонепроницаемый датчик температуры Керамический зонд Тропфа BlumatESP32 Макетная плата Резистор 5 кОм Источник питания 5-12 В Различные пластиковые трубки для установки тензиометра и датчика Монтажная коробка и проводка Подключение Wi-Fi

Шаг 1: Измерение температуры

Водонепроницаемая версия DS18B20 используется для измерения температуры. Информация отправляется на устройство и от него по интерфейсу 1-Wire, поэтому к ESP32 необходимо подключить только один провод. Каждый DS18B20 содержит уникальный серийный номер, так что несколько DS18B20 могут быть подключены к одному проводу и при необходимости считаны отдельно. Библиотеки и инструкции Arduino доступны в Интернете для работы с DS18B20 и интерфейсом 1-Wire, что значительно упрощает считывание данных. эскиз.

Шаг 2: конструкция тензиометра

Тензиометр представляет собой керамическую чашку, наполненную водой, которая находится в тесном контакте с растущей средой. В сухих условиях вода будет проходить через керамику до тех пор, пока в чашке не образуется достаточно вакуума, чтобы остановить дальнейшее движение. Давление в керамической чашке отлично показывает, сколько воды доступно для растений. Из керамического зонда Tropf Blumat можно сделать тензиометр своими руками, отрезав верхнюю часть зонда, как показано на рисунке. В канале проделывается небольшое отверстие, и к нему прижимается 4-дюймовая прозрачная пластиковая трубка. Нагревание трубки в горячей воде смягчит пластик и облегчит работу. Осталось только замочить зонд и наполнить его кипяченой водой, воткнуть зонд в землю и измерить давление. Информации об использовании тензиометров в Интернете предостаточно. Основная проблема в том, чтобы все не протекало. Любая небольшая утечка воздуха снижает противодавление, и вода будет просачиваться через керамическую чашку. Уровень воды в пластиковой трубке должен быть примерно в дюйме от верха, и при необходимости его следует доливать. Хорошая герметичная система требует дозаправки только раз в месяц или около того.

Шаг 3: Датчик давления

Плата контроллера уровня жидкости с цифровым датчиком атмосферного давления, широко доступная на eBay, используется для измерения тензиометрического давления. Модуль датчика давления состоит из тензодатчика, соединенного с усилителем HX710b с 24-битным цифро-аналоговым преобразователем. К сожалению, для HX710b нет специальной библиотеки Arduino, но, похоже, библиотека HX711 работает без проблем. Библиотека HX711 выдает 24-битное число, пропорциональное давлению, измеренному датчиком. Принимая во внимание нулевой выходной сигнал и известное давление, датчик может быть откалиброван для обеспечения удобных для пользователя единиц давления. Жизненно важно, чтобы все трубопроводы и соединения были герметичными. Любая потеря давления приводит к вытеканию воды из керамической чашки, и тензиометр будет нуждаться в частой доливке. Герметичная система проработает несколько недель, прежде чем потребуется больше воды в тензиометре. Если вы обнаружите, что уровень воды падает в течение нескольких часов, а не недель или месяцев, подумайте об использовании трубных хомутов на стыках труб.

Шаг 4: Калибровка датчика давления

Библиотека HX711 выводит 24-битное число в соответствии с давлением, измеренным датчиком. Это значение необходимо преобразовать в более привычные единицы давления, такие как фунты на квадратный дюйм, кПа или миллибары. В этом Instructable в качестве рабочих единиц были выбраны миллибары, но выходной сигнал можно легко масштабировать для других измерений. В скетче Arduino есть линия для отправки необработанных показаний давления на последовательный монитор, чтобы его можно было использовать в целях калибровки. Известные уровни давления могут быть созданы путем записи давления, необходимого для поддержки водяного столба. Каждый дюйм поддерживаемой воды создает давление 2,5 мбар. Схема показана на схеме, показания снимаются при нулевом и максимальном давлении с серийного монитора. Некоторым людям может понравиться делать промежуточные показания, точные линии и всю эту болтовню, но манометр довольно линейный, и двухточечной калибровки достаточно! Можно вычислить смещение и масштабный коэффициент из двух измерений давления и прошить ESP32 за один сеанс. Однако меня совсем запутала арифметика с отрицательными числами! Вычитание или деление двух отрицательных чисел взорвало мой мозг? Я выбрал простой выход и сначала скорректировал смещение, а коэффициент масштабирования выделил в отдельную задачу. Прежде всего, измеряется необработанный выходной сигнал датчика, к которому ничего не подключено. Это число вычитается из необработанного выходного значения, чтобы получить нулевое задание при отсутствии приложенного давления. После прошивки ESP32 с этой коррекцией смещения следующим шагом является установка масштабного коэффициента для получения правильных единиц давления. К датчику прикладывают известное давление с помощью столба воды известной высоты. Затем ESP32 мигает с подходящим масштабным коэффициентом, чтобы получить давление в желаемых единицах.

Шаг 5: Подключение

Существует несколько версий платы разработки ESP32 в дикой природе. Для этого Instructable использовалась 30-контактная версия, но нет причин, по которым другие версии не должны работать. Помимо двух датчиков, единственным другим компонентом является подтягивающий резистор 5 кОм для шины DS18B20. Вместо того, чтобы использовать нажимные разъемы, все соединения были спаяны для большей надежности. Плата для разработки ESP32 имела встроенный стабилизатор напряжения, так что можно было использовать источник напряжения до 12 В. В качестве альтернативы устройство может получать питание через разъем USB.

Шаг 6: эскиз Arduino

Скетч Arduino для монитора температуры и влажности довольно условен. В первую очередь устанавливаются и запускаются библиотеки. Затем соединение Wi-Fi настроено для отправки данных в ThingSpeak, и датчики считывают. Показания давления преобразуются в миллибары перед отправкой в ThingSpeak вместе с показаниями температуры.

Шаг 7: Установка

ESP32 для защиты установлен в небольшом пластиковом ящике. Для питания модуля можно использовать источник питания USB и кабель, или же встроенный регулятор будет работать с источником постоянного тока 5–12 В. На горьком опыте с ESP32 был извлечен урок, заключающийся в том, что внутренняя антенна является довольно направленной. Открытый конец диаграммы направленности антенны должен указывать на маршрутизатор. На практике это означает, что модуль обычно следует устанавливать вертикально так, чтобы антенна находилась вверху и была направлена на маршрутизатор. Теперь вы можете войти в ThingSpeak и убедиться, что ваши растения не запечены, не заморожены или не высушены!

ДОБАВЛЕНИЕ Я испробовал много способов решить, когда поливать растения. К ним относятся гипсовые блоки, датчики сопротивления, эвапотранспирация, изменения емкости и даже взвешивание компоста. Я пришел к выводу, что тензиометр - лучший датчик, потому что он имитирует способ, которым растения извлекают воду через свои корни. Прокомментируйте или напишите, если у вас есть мысли по этому поводу …