Sistema di irrigazione controllato WiFi "intelligente" ad energia solare: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo progetto utilizza componenti solari fai-da-te standard e 12v da ebay, insieme a dispositivi Shelly IoT e alcune programmazioni di base in openHAB per creare una rete elettrica da giardino intelligente e completamente alimentata a energia solare fatta in casa e una configurazione di irrigazione.

Caratteristiche principali del sistema:

• Sistema completamente solare (giorno e notte)
• Sistema di irrigazione a 3 zone (può essere di più!)
• Completamente controllato tramite Wi-Fi, con integrazione Google Home/Alexa utilizzando dispositivi Shelly RGBW2
• Irrigazione "intelligente", utilizza il sistema di irrigazione automatico impostato, con collegamenti all'API meteo per controllare la recente caduta di pioggia.

Perché questo disegno?

1) Stavo esaminando i sistemi di irrigazione per il mio orto e ho scoperto che erano molto costosi o piuttosto limitati nella funzione (solo accensione/spegnimento a un'ora prestabilita per un singolo tubo).

2) Il mio giardino è molto lungo e non c'è alimentazione esterna, quindi installare una griglia da giardino a 12 V alimentata a energia solare dal mio capannone mi è sembrata un'idea divertente (e sicura!)

3) Ho giocato con i dispositivi Shelly e OpenHAB e ho pensato che sarebbe stato divertente vedere cosa potevo ottenere!

Forniture

Sistema solare:

• Pannello solare (120W)
• Batteria (batteria per il tempo libero 130ah)
• Regolatore di carica solare (30A)
• stabilizzatore 12v
• Cablaggio

Sistema di irrigazione "intelligente":

• Waterbutt / Rifornimento idrico
• Pompa dell'acqua 12v CC
• Elettrovalvole 12v (3x = 1 per zona di irrigazione)
• Custodia impermeabile
• Tubo di irrigazione, connettori e tubo
• Cavo a 5 conduttori
• Shelly RGBW2

(+ articoli standard come attrezzi, connettori per cavi, tubi flessibili ecc. secondo necessità!)

È possibile completare molte delle funzioni del progetto utilizzando l'app Shelly, ma per una logica di automazione più avanzata sull'irrigazione ho utilizzato OpenHAB.

Passaggio 1: configurazione del sistema solare

Questo passaggio è solo una rapida spiegazione della mia configurazione, ci sono molte buone guide su come configurare al meglio un sistema solare fai-da-te e l'obiettivo principale di questo Instructable è la griglia del giardino "intelligente" e il sistema di irrigazione! (Anche questo passaggio è facoltativo, è possibile alimentare l'intero sistema tramite un trasformatore da 12 V alimentato dalla rete se si ha un facile accesso a una fonte di alimentazione e non si desidera utilizzare l'energia solare.)

Ho usato un pannello solare da 120 W (eBay o Amazon), una batteria per il tempo libero da 130 aH (può utilizzare una capacità inferiore, ma consiglio di utilizzare una batteria per il tempo libero rispetto a una normale batteria per auto a causa dell'uso ciclico di un sistema solare come questo) e una carica solare da 30 A unità di controllo. Puoi optare per un'unità Amp più piccola, ma la differenza di costo è molto minima e quando assorbi energia a 12V, gli Amp possono presto salire!

Il sistema solare stesso emetterà una gamma di tensioni (la documentazione con il mio modello dice da 10,7 V a 14,4 V a seconda del livello di carica della batteria e dell'ingresso solare). I dispositivi Shelly utilizzati in questo progetto sono ragionevolmente sensibili alla tensione e necessitano di un'alimentazione a 12V costante. Per ottenere ciò avrai bisogno di uno stabilizzatore di tensione, facilmente reperibile su eBay. Ho un ingresso da 8V-40V a un'uscita a 12V in grado di trasportare 10A. 10A è stato lo stabilizzatore più grande che ho trovato in questo intervallo di tensione, quindi sarà in grado di prelevare solo 10A alla volta tramite questa connessione. È sempre possibile collegare un secondo stabilizzatore in un secondo momento per fornire un'altra alimentazione da 10A.

Ho eseguito una rapida configurazione di prova sul mio tavolo da giardino per assicurarmi che tutto funzionasse correttamente prima dell'installazione. Ho controllato l'uscita di tensione del controller solare ed era effettivamente ~ 13,4 V. Una volta collegato lo stabilizzatore di tensione, ho ricontrollato ed era 12,2 V - adatto per Shelly RGBW2 e l'ho collegato.

Shelly si è acceso immediatamente e sono stato in grado di configurarlo sul mio WiFi e di testarne la risposta: il mio primo dispositivo IoT a energia solare!

Una volta che tutto è stato testato e funzionante, ho smontato la configurazione e spostato i componenti nel mio capanno da giardino per l'installazione completa.

Ho costruito un telaio di base per tenere il pannello solare con un angolo di 40 gradi (il più efficiente è rivolto a sud a 40 gradi di elevazione nella mia posizione - controlla online, ci sono molti calcolatori per ottenere l'angolazione migliore per la tua posizione!)

Fase 2: Irrigazione intelligente - Alloggiamento della valvola di irrigazione

Il primo passo per creare il sistema di irrigazione intelligente automatizzato è creare un sistema di controllo della valvola.

Le valvole che ho usato per questo progetto sono elettrovalvole di base, normalmente chiuse, 12V DC, 1/2". Queste sono facilmente ottenibili da eBay in modo relativamente economico. Sono disponibili anche diverse dimensioni. Ho usato 1/2" poiché ci sono molti standard diversi componenti del sistema di irrigazione che possono essere utilizzati con valvole/tubi di questa dimensione. Le valvole sono dotate di una filettatura standard da 1/2" su ciascun lato, quindi sono necessari raccordi appropriati per adattarsi al tipo di tubo flessibile/tubo di irrigazione che si desidera utilizzare.

Poiché i componenti elettrici delle valvole non sono impermeabili, è necessario un alloggiamento impermeabile. Ho scoperto che la scatola di giunzione a 12 ingressi Schnider Electric (195x165x90mm) era della dimensione perfetta per adattarsi alle 3 valvole che volevo usare, oltre agli adattatori a vite da 1/2 per il tubo di irrigazione da 12mm che ho.

Sto facendo scorrere l'acqua orizzontalmente attraverso la scatola, con il cavo di alimentazione/controllo che entra attraverso il fondo della scatola di giunzione attraverso un dispositivo resistente alle intemperie.

Fase 3: Irrigazione intelligente - Collegamento delle valvole al controller Shelly RGBW2

Ogni valvola ha 2 terminali a forcella. Sulle valvole che sto usando non c'è differenza di polarità, quindi posso collegare il positivo o il negativo a entrambi i terminali. Nessuna alimentazione, la valvola è chiusa. Acceso, la valvola è aperta.

(Nota, per la costruzione/test di questa parte del sistema, ho usato un trasformatore standard da 12 V CC (vecchio driver LED) in modo da non dover continuare a uscire in giardino e collegarmi all'alimentazione solare per testare esso).

Terminare 3 dei cavi dal cavo a 5 conduttori che entra nella scatola con connettori a forcella di dimensioni adeguate. (Nella foto di esempio, vengono utilizzati marrone, nero e grigio). Un cavo (blu nella foto) verrà utilizzato come +ve comune, quindi terminare un cavo in un connettore multicavo adatto (ho usato un Wago 221) a 5 terminali.

Shelly RGBW2 deve essere impostato sulla modalità "Bianco" (nelle impostazioni della schermata di controllo Shelly). Ciò significa effettivamente che Shelly funziona come 4 relè separati da 12 V CC (dimmerabili).

La fonte di alimentazione e Shelly dovrebbero essere da qualche parte lontano dall'acqua in un luogo sicuro (asciutto) e il collegamento all'alloggiamento della valvola deve essere effettuato tramite il cavo a 5 conduttori (il mio è lungo circa 5 m, dal capannone all'orto). La Shelly è all'interno di una piccola scatola di giunzione resistente alle intemperie all'interno del mio capannone.

Collegare l'alimentazione secondo lo schema allegato e dovrebbe apparire come nella foto. Nota, il cavo di riserva e lo spazio sul Wago a 5 terminali servono per il collegamento della pompa.

Fase 4: Irrigazione intelligente: collegamento della pompa

Il prossimo passo è collegare la pompa. Per la mia configurazione, ho collegato la pompa tramite l'alloggiamento della valvola poiché ho utilizzato il cavo principale a 5 conduttori per ottenere l'alimentazione dal capannone, ma potresti facilmente collegare la pompa separatamente se è più conveniente.

Ho usato la pompa da 12V a flusso più alto che ho trovato su ebay (1000L/h), ma ci sono molte opzioni disponibili. (Ho diverse pompe collegate a Shelly RGBW2 ora e ho scoperto che alcune pompe funzionano solo ON/OFF al 100%, mentre altre puoi controllare la portata usando la funzione dimmer Shelly. Questo non è importante per l'impianto di irrigazione perché vuoi solo ' max' flusso, ma può essere importante per un gioco d'acqua, ecc.).

Nota, a differenza delle elettrovalvole, le pompe SONO sensibili alla polarità, quindi è necessario assicurarsi di collegare l'alimentazione +ve e -ve nel modo corretto.

Una volta completato, la pompa deve essere collegata agli ingressi di ciascuna valvola e ogni valvola fornisce un'uscita dalla scatola (in modo da non allagare la scatola durante il test!).

È possibile testare le valvole senza acqua accendendole/spegnendole nell'interfaccia Shelly RGBW2. Dovresti vedere il consumo energetico salire a ~ 10 W quando sono aperti (assicurati che il 'dimmer' sia impostato al 100% prima di accendere il canale, non sembrano gradire nient'altro che il 100%!). Se hai cablato Shelly RGBW2 come mostrato nello schema elettrico, i canali 1-3 dovrebbero controllare le valvole e il canale 4 la pompa.

L'immagine mi mostra testare il sistema usando un secchio nella mia vasca da bagno per far circolare l'acqua (la pompa è la cosa rossa nel secchio).

L'immagine finale mostra come ho collegato questa configurazione al mio serbatoio dell'acqua per l'approvvigionamento idrico.

Passaggio 5: irrigazione intelligente: collegamento di Shelly RGBW2

Tutti i cavi del sistema devono entrare in un'area asciutta (con connettività wifi!) dove può essere alloggiato Shelly RGBW2.

I cavi devono essere collegati allo Shelly secondo lo schema elettrico. Scelgo di utilizzare un IP statico su tutti i miei dispositivi Shelly poiché generalmente rende la connessione più stabile.

Passaggio 6: irrigazione intelligente: sistema di controllo

Ora che il sistema è configurato, ci sono vari modi in cui puoi scegliere di controllare il tuo sistema e vari livelli di quanto 'Smart' vuoi che sia!

Base: il modo più semplice per controllare il tuo sistema è tramite l'app Shelly e l'integrazione nativa con Google Home o Alexa. Nell'app puoi impostare programmi standard per ciascuno dei canali (Pompa, Zona 1, Zona 2 ecc.) E anche collegarli al controllo vocale, se lo desideri.

Avanzamento: l'app Shelly ti consente anche di creare "scene", puoi impostare varie "scene" che attraversano diversi schemi di irrigazione in diversi momenti della giornata, ecc. Ci sono molte opzioni all'interno dell'app … sii creativo!

Davvero intelligente

Ho deciso che volevo fare un passo avanti. Sto già utilizzando OpenHAB per controllare la maggior parte dei dispositivi IoT di casa mia, quindi ho configurato il controllo del mio sistema di irrigazione utilizzando OpenHAB. Ho allegato i file.items.rules e.sitemap di base a questo Instructable per aiutarti se desideri impostare qualcosa di simile.

Caratteristiche generali:

• Controllo completamente automatico e manuale dalla pagina del cruscotto.
• Integrazione domestica di Google - "Ehi Google, avvia l'irrigazione". - Guarda il video.
• Integrazione meteo - Mi sono connesso all'API OpenWeatherMap per controllare le precipitazioni totali delle ultime 24 ore e se ha piovuto più di 10 mm, il ciclo di irrigazione non viene eseguito automaticamente
• L'irrigazione può avvenire ad un orario prestabilito ogni giorno, oppure variabile con tramonto/alba ecc.
• Il sistema calcola quanta acqua verrà utilizzata per ogni ciclo di irrigazione (importante se stai usando i mozziconi d'acqua che raccolgono l'acqua piovana come me!
• Invia una notifica al tuo telefono per avvisarti quando l'irrigazione automatica sta per iniziare.