APIS - Sistem Pengairan Tanaman Automatik: 12 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 15:01

SEJARAH: (evolusi sistem ini seterusnya boleh didapati di sini)

Terdapat beberapa petunjuk mengenai penyiraman tanaman, jadi saya hampir tidak menemukan sesuatu yang asli di sini. Apa yang membuat sistem ini berbeza adalah jumlah pengaturcaraan dan penyesuaian yang masuk ke dalamnya, yang memungkinkan kawalan dan penyatuan yang lebih baik ke dalam kehidupan sehari-hari.

Berikut adalah video larian penyiraman: larian penyiraman

Ini adalah bagaimana APIS wujud:

Kami mempunyai dua tanaman lada cili merah, yang hampir "selamat" beberapa percutian kami, dan hampir dianggap ahli keluarga ketika ini. Mereka mengalami kemarau yang melampau, dan menyiram berlebihan, tetapi entah bagaimana selalu pulih.

Idea untuk membina penyiraman tanaman berasaskan Arduino adalah idea pertama bagaimana Arduino dapat diterapkan sebagai projek automasi rumah. Oleh itu, sistem penyiraman tanaman sederhana dibina.

Namun, Versi 1 tidak menunjukkan indikasi kelembapan tanah, dan tidak ada cara untuk mengetahui sama ada ia akan menyiram tanaman, atau penyiraman beberapa hari lagi.

Rasa ingin tahu, seperti yang kita semua tahu, membunuh kucing itu, dan Versi 2 dibina dengan modul segmen 4 digit 7 untuk menunjukkan kelembapan semasa setiap masa.

Itu tidak mencukupi. Soalan seterusnya adalah "kapan terakhir kali menyiram tanaman"? (Oleh kerana kami jarang berada di rumah untuk menyaksikannya). Versi 3 menggunakan modul segmen 7 untuk juga memaparkan berapa lama jalan penyiraman terakhir berlaku (sebagai rentetan teks berjalan).

Suatu malam, penyiraman bermula pada pukul 4 pagi, membangunkan semua orang. Mengecewakan… Memandangkan terlalu banyak kerja untuk mematikan APIS pada waktu malam, dan pada siang hari untuk mengelakkan penyiraman di tengah malam, jam waktu nyata ditambahkan untuk meletakkan peranti tidur pada waktu malam sebagai sebahagian daripada Versi 4.

Oleh kerana jam waktu nyata memerlukan penyesuaian berkala (seperti saklar waktu penjimatan siang hari), Versi 5, merangkumi tiga butang yang membolehkan menetapkan pelbagai parameter penyiraman tanaman.

Ia tidak berhenti di situ. Saya perhatikan bahawa probe kelembapan cenderung terhakis agak cepat, mungkin disebabkan oleh fakta bahawa ia (mengikut reka bentuk) berada di bawah voltan malar, dan oleh itu terdapat arus elektrik berterusan antara probe (anod pengikisan). Penyelidikan tanah murah dari China bertahan kira-kira seminggu. Bahkan kuku tergalvani "dimakan" dalam sebulan. Probe keluli tahan karat memegang lebih baik, tetapi saya perhatikan bahawa walaupun itu menyerah. Versi 6 menghidupkan probe hanya selama 1 minit setiap jam (dan sepanjang masa semasa penyiraman), sehingga mengurangkan hakisan secara mendadak (~ 16 minit sehari berbanding 24 jam sehari).

Idea:

Kembangkan sistem penyiraman tanaman dengan keupayaan berikut:

1. Ukur kelembapan tanah
2. Setelah mencapai tanda kelembapan "rendah" yang telah ditentukan, hidupkan pam air dan beri air tanaman sehingga tanda kelembapan "tinggi" dicapai
3. Penyiraman harus dilakukan dalam beberapa larian, dipisahkan oleh masa tidak aktif untuk membiarkan ketepuan air melalui tanah
4. Sistem harus menyahaktifkan dirinya pada waktu malam antara waktu "tidur" dan "bangun"
5. Waktu "bangun" harus disesuaikan untuk hujung minggu ke nilai kemudian
6. Sistem harus memastikan log pengepaman berjalan
7. Sistem harus menunjukkan bacaan kelembapan tanah semasa
8. Sistem harus menunjukkan tarikh / masa operasi pam terakhir
9. Parameter penyiraman harus disesuaikan tanpa pengaturcaraan semula
10. Berhenti mengepam dan nyatakan keadaan ralat jika pam dijalankan tidak menyebabkan perubahan kelembapan (kehabisan air, atau masalah sensor) mencegah banjir kilang dan air bocor
11. Sistem harus menghidupkan / mematikan probe kelembapan untuk mengelakkan hakisan logam
12. Sistem harus mengalirkan air dari tiub untuk mengelakkan acuan terbentuk di dalamnya

Parameter berikut harus dikonfigurasi melalui butang:

1. Kelembapan tanda "rendah", dalam%, untuk memulakan pam dijalankan (lalai = 60%)
2. Kelembapan tanda "tinggi", dalam%, untuk menghentikan larian pam (lalai = 65%)
3. Tempoh larian penyiraman tunggal, dalam saat (lalai = 60 saat)
4. Bilangan percubaan untuk mencapai kelembapan sasaran (lalai = 4 larian)
5. Masa ketenteraan untuk dinyahaktifkan untuk malam, jam sahaja (lalai = 22 atau 10 malam)
6. Waktu ketenteraan untuk diaktifkan pada waktu pagi, jam sahaja (lalai = 07 atau 7 pagi)
7. Penyesuaian hujung minggu untuk pengaktifan pagi, jam delta (lalai = +2 jam)
8. Tarikh dan masa semasa

APIS menulis tarikh / masa 10 penyiraman terakhir masuk ke memori EEPROM. Log boleh dipaparkan, menunjukkan tarikh dan waktu larian.

Salah satu daripada banyak perkara yang kami pelajari dari APIS adalah bahawa anda sebenarnya tidak perlu menyiram tanaman setiap hari, yang merupakan rutin kami sehingga kami melihat bacaan kelembapan tanah pada paparan 7 segmen…

Langkah 1: BAHAGIAN dan ALAT

Anda memerlukan bahagian berikut untuk membina APIS:

KAWALAN DAN PENUBUHAN KAWALAN:

1. Papan Arduino Uno: di Amazon.com
2. Pam Cecair Peristaltik 12v dengan Tiub Silikon: di Adafruit.com
3. Modul JY-MCU Tiub Digital Paparan LED 4X Numeric: di Fasttech.com
4. Kit papan pemecah jam Real Time DS1307: di Adafruit.com (pilihan)
5. Mikotiviti IM206 6x6x6mm Tact Switch: di Amazon.com
6. Papan Vero: di Amazon.com
7. IC pemandu motor L293D: di Fasttech.com
8. Perintang 3 x 10kOhm
9. Arduino memproyeksikan kotak plastik: di Amazon.com
10. Penyesuai 12v AC / DC dengan soket kuasa 2.1 mm: di Amazon.com
11. Lidi buluh
12. Tapak dan sedikit gam supercement
13. Tiub Getah Lateks Super Lembut 1/8 "ID, 3/16" OD, 1/32 "Wall, Amber Semi-Clear, Panjang 10 kaki: di McMaster.com
14. Pemasangan Tiub Berduri Nilon Tahan Lama, Tee untuk ID Tiub 1/8 ", Putih, pek 10: di McMaster.com
15. Pemasangan Tiub Berduri Nylon Tight-Seal Tahan Lama, Wye untuk ID Tiub 1/8 ", Putih, pek 10: di McMaster.com
16. Seperti biasa, wayar, alat pematerian, dll.

MASALAH MANUSIA:

1. Sekeping kayu kecil (1/4 "x 1/4" x 1 ")
2. 2 x jarum pengekstrakan jerawat keluli tahan karat: di Amazon.com
3. Modul Sensor Pengesanan Kelembapan Tanah: di Fasttech.com

Langkah 2: MASALAH KEMAMPUAN TANAH V1

Kelembapan tanah diukur berdasarkan rintangan antara dua probe logam yang dimasukkan ke dalam tanah (jarak kira-kira 1 inci). Skema ditunjukkan pada gambar.

Penyelidikan pertama yang saya cuba adalah yang boleh anda beli dari sebilangan penyedia internet (seperti ini).

Masalahnya ialah tahap kerajang agak tipis, dan cepat terkikis (dalam masa satu atau dua minggu), oleh itu saya dengan cepat meninggalkan yang telah dibuat ini untuk sensor yang lebih kuat, berdasarkan kuku tergalvani (sila lihat langkah seterusnya).

Langkah 3: MASALAH KEMAMPUAN TANAH V2

Probe "generasi akan datang" dibuat dari dua paku tergalvani, papan kayu dan beberapa wayar.

Oleh kerana saya sudah mempunyai probe buatan yang sudah usang, saya menggunakan semula bahagian sambungan dan modul elektronik daripadanya, pada dasarnya hanya menggantikan komponen tanah.

Kuku tergalvani, yang mengejutkan saya, juga terkikis (walaupun lebih perlahan daripada kerajang nipis), tetapi masih lebih cepat daripada yang saya mahukan.

Satu lagi probe dirancang, berdasarkan jarum penyingkiran jerawat keluli tahan karat. (lihat langkah seterusnya).

Langkah 4: MASALAH KEMAMPUAN TANAH V3 "Katana"

Probe keluli tahan karat (menyerupai pedang samurai, maka namanya) adalah yang digunakan sekarang.

Saya percaya hakisan cepat dapat disebabkan oleh fakta bahawa probe selalu berada di bawah voltan elektrik (24x7) tanpa mengira seberapa kerap pengukuran sebenarnya berlaku.

Untuk mengurangkan ini, saya mengubah selang pengukuran menjadi sekali dalam 1 jam (bagaimanapun, ini BUKAN sistem masa nyata), dan menghubungkan probe ke salah satu pin digital dan bukannya 5v kekal. Pada masa ini, probe hanya dihidupkan ~ 16 minit sehari dan bukannya 24 jam, yang seharusnya meningkatkan jangka hayatnya secara mendadak.

Langkah 5: FUNGSI ASAS

APIS didasarkan pada papan Arduino UNO.

APIS mengukur kelembapan tanah sekali dalam satu jam, dan jika jatuh di bawah ambang yang telah ditentukan, hidupkan pam untuk jangka masa yang telah ditentukan sebelumnya bilangan kali yang dipisahkan dengan selang "tepu".

Setelah ambang kelembapan sasaran dicapai, prosesnya kembali ke mod pengukuran satu jam.

Sekiranya kelembapan sasaran tidak dapat dicapai, tetapi batas bawah tercapai, itu juga baik (sekurang-kurangnya sedikit penyiraman berlaku). Sebabnya adalah penempatan probe yang tidak disengajakan, di mana ia terlalu jauh dari tanah lembap.

Namun, jika had kelembapan yang lebih rendah tidak dapat dicapai, keadaan kesalahan dinyatakan. (Kemungkinan besar masalah penyiasatan, atau baldi bekalan kehabisan air, dll.). Dalam keadaan ralat, unit akan tidur selama 24 jam tanpa melakukan apa-apa, dan kemudian akan mencuba lagi.

Langkah 6: 7 TAMPILAN SEGMEN

TAMPILAN SEGMEN BERASASKAN TM1650 7:

Pada asalnya, APIS tidak mempunyai kemampuan paparan. Tidak mungkin untuk mengetahui tahap kelembapan tanah semasa tanpa menyambung melalui USB.

Untuk memperbaikinya, saya menambahkan paparan segmen 4 digit 7 ke sistem: di Fasttech.com

Saya tidak dapat menjumpai perpustakaan untuk bekerja dengan modul ini di mana sahaja (tidak ada lembaran data untuknya), jadi setelah beberapa jam menjalankan penyelidikan dan percubaan port I²C, saya memutuskan untuk menulis sendiri perpustakaan pemacu.

Ini menyokong paparan hingga 16 digit (dengan 4 menjadi lalai), dapat menampilkan watak ASCII asas (harap maklum tidak semua watak boleh dibina dengan 7 segmen, sehingga huruf seperti W, M, dll tidak dilaksanakan)., Menyokong perpuluhan paparan titik pada modul, rentetan watak yang berjalan (untuk menampilkan lebih dari 4 huruf), dan menyokong kecerahan 16 darjah.

Perpustakaan terdapat di taman permainan arduino.cc di sini. Perpustakaan pemacu TM1650

Contoh video boleh didapati di sini

ANIMASI:

Sedikit animasi segmen 7 dilaksanakan semasa larian air.

• Semasa pam dihidupkan, titik digital pada paparan berjalan dengan corak kiri ke kanan, melambangkan larian air: video animasi penyiraman
• Dalam tempoh "tepu", titik-titik mengalir dari tengah paparan ke luar, melambangkan saturasi: video animasi saturasi

Tidak perlu, tetapi sentuhan yang bagus.

Langkah 7: PENGENDALIAN PUMP dan PUMP

PAM

Saya menggunakan Pam Cecair Peristaltik 12v (tersedia di sini) untuk menyiram tanaman. Pam menyediakan kira-kira 100 mL / min (kira-kira 1/2 gelas - baik untuk diingat semasa mengkonfigurasi masa larian air untuk mengelakkan limpahan, dan itu berlaku 8-))

KAWALAN PUMP - L293D

Pam dikendalikan melalui cip pemandu motor L293D. Oleh kerana arah putaran telah ditetapkan, anda hanya perlu menggunakan pin membolehkan cip untuk kawalan. Pin arah boleh dihubungkan terus ke + 5v dan GND secara kekal.

Sekiranya anda (seperti saya) tidak pasti arah mana pam akan berjalan, anda masih boleh menyambungkan ketiga-tiga pin ke Arduino dan mengawal arah secara teratur. Kurang pematerian semula.

Langkah 8: KONFIGURASI dan Tombol

Butang:

Saya menggunakan tiga butang untuk mengkonfigurasi dan mengawal APIS.

Semua penekanan butang diproses berdasarkan gangguan pin (perpustakaan PinChangeInt).

• Merah (paling kanan) adalah butang PILIH. Ini menjadikan APIS memasuki mod konfigurasi, dan juga mengesahkan nilainya.
• Tombol paling kiri dan tengah hitam (masing-masing PLUS dan MINUS) digunakan untuk menambah / menurunkan nilai yang dapat dikonfigurasi (dalam mod konfigurasi), atau memaparkan tarikh / waktu semasa dan maklumat larian penyiraman terakhir (dalam mod normal).

Oleh kerana sebahagian besar masa paparan dimatikan, semua butang pertama kali akan "membangunkan" APIS ke atas, dan hanya dengan menekan kedua, menjalankan fungsinya.

Paparan mati selepas 30 saat tidak aktif (melainkan proses penyiraman sedang berjalan).

APIS melalui parameter konfigurasi semasa permulaan untuk disemak: video

KONFIGURASI:

APIS mempunyai empat mod konfigurasi:

1. Konfigurasikan parameter penyiraman
2. Sediakan Jam Masa Nyata
3. Larian penyiraman "Force"
4. Semak log penyiraman

PARAMETER AIR:

1. Ambang kelembapan tanah yang rendah (mula menyiram)
2. Ambang kelembapan tanah yang tinggi (berhenti menyiram)
3. Tempoh larian penyiraman tunggal (dalam beberapa saat)
4. Bilangan penyiraman berjalan dalam satu kumpulan
5. Tempoh masa tepu tanah antara berjalan dalam satu kumpulan (dalam beberapa minit)
6. Waktu pengaktifan mod malam (waktu ketenteraan, jam sahaja)
7. Waktu tamat mod malam (waktu ketenteraan, jam sahaja)
8. Penyesuaian hujung minggu untuk waktu tamat mod malam (dalam jam)

PENYEDIAAN JAM WAKTU SEBENAR:

1. Abad (iaitu 20 untuk 2015)
2. Tahun (iaitu 15 untuk 2015)
3. Sebulan
4. Hari
5. Jam
6. Minit

Jam diselaraskan dengan detik ditetapkan ke 00 setelah pengesahan minit.

Pengaturan mempunyai jangka masa tamat 15 saat, setelah itu semua perubahan dibatalkan.

Setelah disimpan, parameter disimpan ke memori EEPROM.

MENJALANKAN JALAN AIR:

Masih tidak pasti mengapa saya melaksanakannya, tetapi masih ada. Setelah diaktifkan, APIS memasuki mod penyiraman. Walau bagaimanapun, mod penyiraman masih dikenakan ambang batas. Ini bermaksud, jika anda memaksa penyiraman, tetapi kelembapan tanah berada di atas tanda TINGGI, larian penyiraman akan segera berakhir. Pada dasarnya ini berfungsi hanya jika kelembapan tanah berada di antara ambang RENDAH dan TINGGI.

TINJAUAN LOG AIR:

APIS menyimpan catatan 10 larian penyiraman terakhir dalam memori EEPROM, yang boleh disemak oleh pengguna. Hanya Tarikh / Masa larian penyiraman disimpan. Ambang (pada masa itu), dan jumlah larian yang diperlukan untuk mencapai ambang TINGGI tidak disimpan (walaupun dalam versi berikutnya mungkin).

Langkah 9: RTC: JAM WAKTU SEBENAR

MOD MALAM

Setelah APIS membangunkan saya pada waktu malam, idea untuk menerapkan "mod malam" muncul di fikiran saya.

Mod malam adalah ketika tidak ada pengukuran, paparan dimatikan, dan tidak ada penyiraman.

Pada hari perniagaan biasa, APIS "bangun" pada pukul 7 pagi (boleh dikonfigurasi), dan memasuki mod malam pada jam 10 malam (boleh dikonfigurasi). Pada hujung minggu, APIS menggunakan tetapan "penyesuaian hujung minggu" untuk menunda bangun (hingga 9 pagi misalnya, jika pelarasan hujung minggu adalah 2 jam).

LEMBAGA PEMANDU RTC vs RTC "PERISIAN":

Saya menggunakan perkakasan RTC (tersedia di sini) untuk mengesan tarikh / masa dan memasuki / keluar mod malam.

Adalah opsional untuk digunakan, kerana sketsa dapat disusun untuk menggunakan apa yang disebut "perisian" RTC (menggunakan fungsi milis () arduino).

Kelemahan menggunakan perisian RTC ialah anda harus menetapkan waktu setiap kali APIS bertambah.

Saya mengubahsuai pustaka RTC standard untuk memadankan API dengan tepat, dan juga untuk mengatasi masalah rollover milis. (Sila lihat langkah lakaran untuk muat turun).

Langkah 10: MENGHASILKANNYA SEMUA BERSAMA

Keseluruhan sistem (kecuali probe) termasuk pam sesuai dengan kotak kecil untuk Arduino Uno.

1. Paparan TM1650 menggunakan antara muka TWI, jadi kabel SDA dan SDC masing-masing menuju ke pin Arduino A4 dan A5. Dua wayar lain ialah + 5v dan GND.
2. Papan RTC menggunakan antara muka TWI, sama seperti di atas. (TM1650 dan RTC menggunakan port yang berbeza, jadi mereka hidup berdampingan dengan aman). Pin RTC + 5v disambungkan ke pin arduino 12 (dikuasakan melalui pin digital dan bukannya + 5v). Tidak ingat mengapa saya melakukannya, anda tidak perlu.
3. Pin L293D disambungkan seperti berikut: aktifkan (pin 1) ke D5, dan pin kawalan arah 2 dan 7 ke pin arduino masing-masing D6 dan D7.
4. BUTTON disambungkan ke pin D2, D8 dan D9 masing-masing untuk SELECT, PLUS dan MINUS. (Butang dilaksanakan dengan resistor 10K tarik - dalam konfigurasi "aktif-tinggi").
5. Kuasa + 5v modul PROBE disambungkan ke pin arduino 10 (untuk membolehkan pengukuran berkala), dan probe disambungkan ke pin analog A1.

CATATAN: Fail skema Fritzing telah ditambahkan ke repositori github.

Langkah 11: Lakaran dan Banyak Lagi

Kemas kini Mac 2015:

1. Menambah fungsi untuk mengalirkan tiub selepas penyiraman dijalankan untuk mengelakkan pembentukan acuan (Boy! Saya gembira kerana saya tidak mengarahkan putaran pam berwayar pada L293D!)
2. Pembalakan yang lebih luas merangkumi tarikh / masa permulaan dan akhir larian penyiraman, kelembapan awal dan akhir dan berapa kali pam digunakan semasa larian penyiraman
3. Rutin ralat dikemas kini: peranti akan diset semula semula setelah 24 jam memasuki keadaan ralat
4. Disusun semula dengan TaskScheduler 2.1.0
5. Pelbagai pembetulan pepijat yang lain

Pada 18 November 2015 APIS telah ditingkatkan dengan ciri tambahan berikut:

1. Penggunaan perpustakaan DirectIO untuk perubahan pin yang lebih cepat dan mudah
2. Penggunaan perpustakaan Timezone untuk menukar antara EST dan EDT dengan betul
3. Logik penutupan butang ditambahkan menggunakan TaskScheduler sahaja
4. Fungsi pengulangan butang ditambah (nilai kitaran jika butang ditekan dan tahan, dengan kelajuan putaran meningkat selepas 5 kitaran)
5. Dikompilasi semula dengan IDE 1.6.6 AVR 1.6.9 berbanding TaskScheduler 1.8.4
6. Pindah ke Github

PERPUSTAKAAN:

APIS berdasarkan perpustakaan berikut:

• EEPROM - sebahagian daripada Arduino IDE
• Wire - sebahagian daripada Arduino IDE
• EnableInterrupt - tersedia di Github
• Zon Waktu - tersedia di Github
• DirectIO - boleh didapati di Github

Diubah suai (bercabang) oleh saya:

• Masa - tersedia di Github
• RTClib - boleh didapati di Github

Dibangunkan oleh saya:

• TM1650 - boleh didapati di Github
• TaskScheduler - tersedia di Github
• AvgFilter - boleh didapati di Github

Lakaran:

Versi terbaru lakaran APIS, termasuk fail skema fritzing, boleh didapati di Github

HELAIAN DATA:

• L293D: di sini
• Papan pelarian RTC: di sini

Langkah 12: *** KAMI MENANG !!! ***

Projek ini memenangi Hadiah Kedua dalam peraduan Automasi Rumah yang ditaja oleh Dexter Industries.

Lihatlah! WOO-HOO !!!

Hadiah Kedua dalam Automasi Rumah