Управление солнечной установкой на основе веса с помощью ESP32: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Выращивать растения - это весело, а поливать и ухаживать за ними - не так уж сложно. Приложения микроконтроллеров для мониторинга их здоровья распространены по всему Интернету, и вдохновение для их дизайна исходит из статичности растений и простоты мониторинга того, что не бегает и не потеет. Я относительно новичок в выращивании растений, и руководства в Интернете, казалось, были написаны людьми из лучших побуждений, но не инженерами. Друг, которого я спросил: «Сколько я их поливаю…», ответил, что единственный способ - это поднять растение и, если оно кажется легким, полить его. Он очень хорошо «растет». Воткнуть палец в почву особо не поможет. В большинстве Instructables используется дешевый датчик влажности почвы, который подвержен различным сбоям, наиболее очевидными из которых являются неточность и коррозия.

Изучение литературы показывает, что грязь может состоять на 40% из воды, и для ее измерения требуются довольно дорогие инструменты. Более дешевые датчики зависят от проводимости воды, которая зависит от растворенных солей и других факторов. Выше приведен график, который я сделал для контейнера с грязью, взвешенного за 2 недели, с последующим нагревом в духовке до 300, чтобы удалить всю неприлипшую воду. Сорок процентов всей почвы составляет вода, и за десять жарких дней под прямыми солнечными лучами 75% этой воды было потеряно с относительно линейной скоростью. Итак, каков правильный уровень влажности? Зависит от множества факторов, но при сборке этой машины хорошей подсказкой является тщательный полив растения до нужного вам уровня и установка его на машину, которая тщательно измеряет его вес, а затем в пределах установленного лимита добавляет воду, когда это необходимо. Конструкция может быть изменена для подвешивания корзин для растений и систем водоснабжения под давлением.

Машина должна была работать на солнечной энергии, быть автономной с собственным водоснабжением, контролировать подачу воды с помощью уведомлений в Интернете, спать, когда она не используется, чтобы минимизировать мощность и запоминать базовый вес и количество поливов и другие данные между сном. циклы. Новый ESP32 казался хорошим кандидатом в мозг.

Шаг 1. Соберите припасы

Машина сделана из двух 12-дюймовых керамических плиток BigBox store в алюминиевой раме с желобом, между которыми расположен резервуар для воды. Электроника закреплена в пластиковом электрическом ящике сзади. Резервуар для воды имеет выходной шланг от закрытого насоса и сенсорного блока, приклеенный к дну резервуара, который питает растение. Весоизмерительная ячейка закреплена на поперечной балке в верхней части устройства.

1. Arrow Home Products 00743 Прозрачный тонкий контейнер для напитков на 2 галлона

2. uxcell 5Pcs 5.5V 60mA Poly Mini Solar Cell Panel Module DIY

3. Переключатели положения качания с металлическим шариком Gikfun для Arduino

4. Uxcell a14071900ux0057 Датчик нагрузки с электронными весами из алюминиевого сплава 10 кг

5. Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board.

6. Рекламный модуль датчиков веса и весовых ячеек HX711 для Arduino

7. Фиксирующее мини-реле Adafruit FeatherWing

8. Модуль зарядного устройства литиевых элементов TP4056 с защитой аккумулятора.

9. Насос ECEEN USB Mini погружной перекачки воды для гидропоники аквариума с питанием от USB постоянного тока 3,5-9 В

10. 18650 Lipo аккумулятор с держателем батареи

Шаг 2: соберите коробку

Рама коробки сделана из алюминиевого уголка BigBox 1 дюйм. Вы получаете общее представление о картинках, и собрать его не так уж и сложно. Рамы основаны на плитках квадратных футов, которые образуют переднюю и заднюю стороны устройства. Плитка крепится к поверхности алюминиевого каркаса силиконовым клеем. Размер центральной секции зависит от размера вашего резервуара для воды. Отверстие бака устроено так, что его можно легко вытащить из агрегата и наполнить сверху. Провода и трубки, которыми крепится резервуар, должны быть достаточно длинными и загибаться сзади.

Размещение солнечных панелей зависит от дизайна. Я собирался использовать несколько круглых панелей, чтобы придать ему вид «игральных костей», но остановился на квадратах, потому что они дают наилучшее сочетание напряжения и тока. Я не буду вдаваться в подробности подключения нескольких солнечных панелей, но вам нужно как минимум 5,5 В, чтобы схема зарядного устройства работала. Все эти панели были подключены параллельно для увеличения силы тока. Отверстия в керамической плитке аккуратно просверливаются алмазной коронкой - убедитесь, что вы используете воду в качестве охлаждающей жидкости, иначе вы испортите коронку. Каждое из этих отверстий займет всего пару минут. Используйте обильное количество силиконового клея, чтобы удерживать панели и провода на внутренней стороне плитки на месте.

Весоизмерительная ячейка очень разумна и имеет различный вес. Я использовал 10-килограммовый сорт, но если вы собираетесь работать с тяжелыми сеялками, то планируйте соответственно. Как и другие мои Instructables: https://www.instructables.com/id/Bike-Power-Pedal-IoT/, эти весоизмерительные ячейки должны быть консольно выдвинуты со стороны опоры с помощью отверстий под винты 4 мм и 5 мм. В этом случае алюминиевая поперечина между двумя опорами из керамической плитки удерживает один конец тензодатчика. Другой поддерживает платформу из плоского алюминиевого стержня из силикона, приклеенного к водосливной чаше для растений. Будьте очень осторожны с проводами этих парней - они очень хрупкие, и их практически невозможно отремонтировать, если они порваны рядом с местом их возникновения. Нанесите много горячего клея или силикона, чтобы сохранить их целостность.

Шаг 3. Соберите держатель переключателя помпы / опорожнения

Насос питается от реле от аккумулятора Lipo и нормально работает с ограниченным напряжением, но вы не можете превышать высоту около 2 футов, если не используете усилитель мощности для повышения напряжения. Насос на самом деле является чемпионом, не требует заливки, водонепроницаем и имеет USB-штекер на одном конце. Однако это не очень хорошо с сушкой. Переключатель заполнения / опорожнения резервуара - это просто переключатель наклона, который я промазал силиконом для водонепроницаемости, а затем привязал к алюминиевой балке для насоса и плавающей резиновой уточки. Резиновая уточка должна быть непосредственно привязана к алюминиевой штанге, чтобы снять тягу с проводов переключателя наклона. Когда в резервуаре есть вода, утка плавает и наклоняет переключатель, замыкая на массу и давая команду на питание реле и насоса. Он также отправляет эти данные в Интернет и отправит вам твит, если вам понадобится вода. Насос из силикона приклеен к этой опорной конструкции, а затем приклеен к дну резервуара для воды.

Шаг 4: Сборка электроники

Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board - относительно новый микроконтроллер, который очень хорошо работает в этом умном помощнике для растений. Преимущество этой платы перед старым 8266 заключается в ее лучшей спящей способности (предположительно, годы вместо часа или около того…), ее способности запоминать то, что она выучила между сном (старый 8266 сбрасывается с нуля…) и более низкое энергопотребление. во время сна и больше булавок. Великий ютубер Андреас Списс подробно описывает изменения в коде, чтобы заставить ESP32 правильно выполнять взвешивание, и вам следует посмотреть его видео, если вы хотите узнать больше о том, как работают детали. Пример сна из Arduino IDE также использовался и модифицировался для этого программного обеспечения.

На диаграмме Фритцинга показаны все электрические соединения. Компоненты были собраны на монтажных платах, а затем соединены вместе. Батарея Lipo - это ваш стандартный дешевый 18650 на собственных салазках. Плата зарядного устройства - TP4056, которая, по словам Андреаса, очень эффективна в этой роли для зарядки от солнечных батарей. Кнопка включения / выключения со встроенным светодиодом подает питание на всю систему, а также на общее реле, которое питает насос. Плата реле представляет собой красивую плату реле с защелкой Adafruit, которая работает от 3 В. Усилитель HX711 питается от Adafruit и подключается к двум контактам на его плате.

Все компоненты уложены друг на друга в пластиковой наружной электрической коробке, открытой в нижней части, чтобы пропускать воздух, но не пропускать дождь. Поместите ESP32 сверху, чтобы можно было программировать и контролировать последовательный порт без крышки.

Шаг 5: Программное обеспечение

"loading =" ленивый"

Аппарат прост в использовании. При включении питания светодиод на выключателе питания мигает до тех пор, пока растение в горшке, политое до требуемого уровня, не будет помещено на платформу. После стабилизации веса компьютер запоминает этот начальный вес и каждый час или через заданный интервал сравнивает новый вес растений и либо корректирует его с помощью дополнительной откачанной воды, либо сообщает новый вес и всю другую информацию в Thingspeak, а затем переходит в режим сна. Графики выше отражают производительность за трехдневный период для растения томата высотой около 2 футов, растущего на полном солнце. Рост растения с течением времени, очевидно, повлияет на вес горшка, и его следует компенсировать повторением инициализации через время, определяемое увеличением роста растения. Дополнительная адаптация программного обеспечения позволит автоматизировать анализ максимальной и минимальной водостойкости растений и требований путем заливания горшка до тех пор, пока вес не перестанет меняться, а затем измерения крутизны потери веса воды с течением времени. Это будет зависеть от типа почвы, погоды и структуры растений и корней. Затем можно было бы адаптировать дополнительные алгоритмы полива, основанные на оценках данных Thingspeak. Недостатками веса вместо обслуживания установки с проводящими датчиками является необходимость взвешивания в замкнутом орошаемом пространстве, но умные сажалки, подобные этой, дешевы, легко подключаются к сети и управляются, и, как это ни странно, интересно следить в Интернете.

Шаг 7: повторить

Да, хорошо, как и спроектированный, машина проработала хорошо в течение недели или около того, а затем у ESP32 была бы тенденция к тому, что ESP32 зацикливался, не загружался правильно и разряжал батарею за ночь. Никакое изменение программного обеспечения не могло повлиять на это, поэтому я отказался и добавил Adafruit TPL5111 для управления циклическим переключением энергии ESP, но, поскольку я больше не мог использовать память, как раньше, я написал для использования EEPROM и изменил с Thingspeak на Blynk, который я найти больше удовольствия на своем телефоне и действительно хорошую систему. Аппаратные изменения сводятся только к подключению TPL 5111 к источнику питания и заземлению, контакту done к ESP и выходу Enable к контакту EN. Убедитесь, что вы установили тумблер между EN-out и EN на плате, чтобы вы могли менять программы и загружать. Я установил цикл сна каждые два часа. Чтобы очистить EEPROM и сбросить устройство для нового завода или для дополнительного веса, я установил переключатель в Blynk, чтобы очистить память и перезапустить процесс взвешивания. Программа для нового программного обеспечения включена выше, и программа на Blynk, очевидно, настраивается. Эта машина действительно отлично работает и производит отличную продукцию. На самом деле я впечатлен тем, насколько забавной оказалась эта штука - солнечные элементы работают легко, и у них никогда не заканчивается заряд.