Gestione dell'impianto basata sul peso solare con ESP32: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Coltivare le piante è divertente e annaffiare e prendersene cura non è davvero una seccatura. Le applicazioni di microcontrollori per monitorare la loro salute sono ovunque su Internet e l'ispirazione per il loro design deriva dalla natura statica delle piante e dalla facilità di monitorare qualcosa che non corre e suda. Sono relativamente nuovo nella crescita delle piante e le guide su Internet sembravano scritte da persone ben intenzionate ma non da ingegneri. Un amico a cui ho chiesto "quanto li innaffio…" mi ha risposto che l'unico modo è sollevare la pianta e se ti sembra leggera innaffia. È molto bravo a "crescere". Infilare il dito nel terreno non aiuta molto. La maggior parte degli Instructable utilizza una sonda per l'umidità del suolo economica che è soggetta a una varietà di guasti, i più evidenti dei quali sono l'inesattezza e la corrosione.

La revisione della letteratura rivela che lo sporco può contenere fino al 40% di acqua e la misurazione richiede strumenti piuttosto costosi. Le sonde più economiche si basano sulla conduttanza dell'acqua che varierà con i sali disciolti e altri fattori. Sopra c'è un grafico che ho fatto di un contenitore di sporco pesato per 2 settimane seguito dal riscaldamento del forno a 300 per rimuovere tutta l'acqua non attaccata. Il quaranta percento del suolo totale è acqua e in dieci giorni caldi di sole diretto ha perso il 75% di quest'acqua a un ritmo relativamente lineare. Quindi qual è il corretto livello di umidità? Dipende da una varietà di fattori, ma quando si costruisce questa macchina un buon indizio è innaffiare con cura la pianta al livello che si ritiene giusto e posizionarla sulla macchina che ne misura attentamente il peso e poi, entro un limite prestabilito, aggiunge acqua quando necessario. Il design può essere modificato per appendere cesti di piante e sistemi di acqua pressurizzata.

La macchina doveva funzionare a energia solare, essere autonoma con la propria fornitura d'acqua, monitorare la propria fornitura d'acqua tramite notifiche sul web, dormire quando non in uso per ridurre al minimo la potenza e ricordare il peso di base e quante annaffiature e altri dati tra il sonno cicli. Il nuovo ESP32 sembrava un buon candidato per il cervello.

Passaggio 1: raccogli le tue provviste

La macchina è composta da due piastrelle di ceramica da 12 pollici del negozio BigBox in un telaio di canali di alluminio che racchiudono un serbatoio dell'acqua. L'elettronica è fissata in una scatola elettrica di plastica sul retro. Il serbatoio dell'acqua ha un tubo di uscita da una pompa chiusa e un'unità sensore incollata sul fondo del serbatoio che alimenta l'impianto. I cantilever della cella di carico da una traversa nella parte superiore dell'unità.

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Passaggio 2: costruisci la scatola

Il telaio della scatola è realizzato con un angolo di alluminio da 1 pollice BigBox. L'idea generale si ottiene dalle immagini e non è troppo difficile da assemblare. I telai si basano sulle piastrelle del piede quadrato che formano i lati anteriore e posteriore dell'unità. Le piastrelle sono fissate alle facce del telaio in alluminio con colla siliconica. La dimensione della sezione centrale dipende dalle dimensioni del serbatoio dell'acqua. L'apertura del serbatoio è progettata in modo da poterlo estrarre facilmente dall'unità e riempirlo dall'alto. I fili e i tubi che collegano il serbatoio devono essere sufficientemente lunghi e arricciarsi sul retro.

Il posizionamento del pannello solare dipende dal design. Stavo per usare più pannelli rotondi per dargli un aspetto "dado", ma ho optato per i quadrati perché davano la migliore combinazione di tensione e corrente. Non entrerò nei dettagli del collegamento di più pannelli solari, ma sono necessari almeno 5,5 V per far funzionare il circuito del caricabatterie. Questi pannelli sono stati tutti agganciati in parallelo per aumentare l'amperaggio. I fori nella piastrella di ceramica sono accuratamente praticati con una punta diamantata: assicurati di usare l'acqua come refrigerante per farlo o rovinerai la punta. Questi fori dovrebbero richiedere solo un paio di minuti ciascuno. Usa quantità generose di colla siliconica per tenere in posizione i pannelli e i fili all'interno delle piastrelle.

La cella di carico è molto ragionevole e viene fornita con vari pesi. Ho usato la varietà da 10 kg, ma se stai andando con una piantatrice pesante, pianifica di conseguenza. Come gli altri miei Instructables: https://www.instructables.com/id/Bike-Power-Pedal-IoT/ queste celle di carico devono essere a sbalzo dal lato di supporto con i loro fori per viti nastrati da 4 mm e 5 mm. In questo caso una traversa in alluminio tra i due supporti in ceramica sostiene un'estremità della cella di carico. L'altro sostiene una piattaforma di barra piatta di alluminio siliconata incollata alla coppa di drenaggio delle piante. Fai molta attenzione con i fili di questi ragazzi: sono molto fragili e quasi impossibili da riparare se rotti vicino alla loro origine. Goop con molta colla a caldo o silicone per mantenerne l'integrità.

Passaggio 3: costruire il supporto dell'interruttore della pompa/svuotamento

La pompa è alimentata da un relè della batteria Lipo e funziona bene con la tensione limitata, ma non si può superare l'altezza di circa 2 piedi a meno che non si utilizzi un amplificatore di potenza per aumentare la tensione. La pompa è in realtà un campione, non ha bisogno di adescamento, è impermeabile e ha una presa USB su un'estremità. Tuttavia, non va bene con l'asciugatura. L'interruttore pieno/vuoto del serbatoio è semplicemente un interruttore di inclinazione che ho tamponato con un tampone di silicone per impermeabilizzarlo e poi collegato a una barra di alluminio di supporto per la pompa e una paperella di gomma galleggiante. La paperella di gomma dovrebbe essere direttamente legata alla barra di alluminio per togliere la trazione dai cavi dell'interruttore di inclinazione. Quando il serbatoio contiene acqua, la papera galleggia e inclina l'interruttore, andando in cortocircuito a terra e consentendo ai comandi di alimentare il relè e la pompa. Invia anche questi dati al web e ti invierà un tweet se hai bisogno di acqua. La pompa è incollata con silicone a questa struttura di supporto e poi incollata sul fondo del serbatoio dell'acqua.

Passaggio 4: costruire l'elettronica

Adafruit HUZZAH32 – ESP32 Feather Board è un microcontrollore relativamente nuovo e funziona molto bene in questo intelligente aiutante di piante. Il vantaggio di questa scheda rispetto al vecchio 8266 è nella sua migliore capacità di dormire (presumibilmente anni invece di un'ora circa…) durante il pisolino e altri spilli. Il grande Youtuber Andreas Spiess descrive in dettaglio le modifiche al codice per far sì che ESP32 svolga un corretto lavoro di pesatura e dovresti guardare il suo video se vuoi saperne di più su come funzionano i dettagli. Anche l'esempio di sospensione dell'IDE Arduino è stato utilizzato e modificato per questo software.

Il diagramma di Fritzing mostra attentamente tutti i collegamenti elettrici. I componenti sono stati assemblati su schede perf e poi cablati insieme. La batteria Lipo è la tua 18650 economica standard sulla propria slitta. La scheda del caricatore è un TP4056 che, secondo Andreas, è molto efficiente in questo ruolo di ricarica solare. Il pulsante di accensione/spegnimento con LED integrato invia l'alimentazione a tutto il sistema così come il collegamento del relè comune che alimenta la pompa. La scheda relè è una simpatica scheda relè a scatto Adafruit che funziona a 3 V. L'amplificatore HX711 è alimentato tramite l'Adafruit ed è collegato fino a due pin sulla sua scheda.

Tutti i componenti sono impilati in una scatola elettrica esterna in plastica aperta nella parte inferiore per consentire il flusso d'aria ma bloccare la pioggia. Posizionare l'ESP32 sopra per consentire la programmazione e il monitoraggio seriale con il coperchio aperto.

Passaggio 5: software

"caricamento = "pigro"

Il dispositivo è semplice da usare. Quando viene acceso, il LED sull'interruttore di alimentazione lampeggia fino a quando una pianta in vaso che è stata annaffiata a un livello che si desidera mantenere non viene posizionata sulla piattaforma. Dopo la stabilizzazione del peso, il computer ricorda questo peso iniziale e ogni ora o intervallo impostato confronta il nuovo peso delle piante e lo corregge con acqua pompata aggiuntiva o riporta il nuovo peso e tutte le altre informazioni a Thingspeak e poi va a dormire. I grafici sopra riflettono l'output su un periodo di tre giorni per una pianta di pomodoro alta circa 2 piedi che cresce in pieno sole. La crescita della pianta nel tempo influirà ovviamente sul peso del vaso e va compensata rifacendo l'inizializzazione dopo un tempo determinato dall'ingrossamento della crescita della pianta. Ulteriori adattamenti del software consentirebbero l'analisi automatizzata della tolleranza e dei requisiti minimi e massimi dell'acqua delle piante allagando il vaso fino a quando il peso non è più cambiato e quindi misurando la pendenza della perdita di peso dell'acqua nel tempo. Questo dipenderà dal tipo di terreno, dal clima e dalla struttura della pianta e delle radici. Ulteriori algoritmi di irrigazione basati sulle valutazioni dei dati di Thingspeak potrebbero quindi essere adattati. Gli svantaggi del peso invece della manutenzione dell'impianto con sensori conduttivi sono la necessità di pesare un'area irrigua confinata, ma le fioriere intelligenti come questa sono economiche, facilmente collegate in rete e controllate e in uno strano modo OCD divertente da seguire su Internet.

Passaggio 7: Ripristina

Sì, ben progettata, la macchina ha funzionato bene per circa una settimana e poi avrebbe avuto la tendenza a far sì che ESP32 entrasse in uno strano ciclo e non si avviasse correttamente e scaricasse la batteria durante la notte. Nessuna modifica del software poteva influire su questo, quindi ho rinunciato e ho aggiunto un Adafruit TPL5111 per controllare il ciclo energetico dell'ESP ma poiché non potevo più usare la memoria come prima ho scritto per usare l'EEPROM e sono passato da Thingspeak a Blynk che ho trova più divertimento sul tuo telefono e un ottimo sistema. La modifica dell'hardware è solo questione di collegare il TPL 5111 all'alimentazione e alla massa, un pin fatto all'ESP e l'uscita Enable al pin EN. Assicurati di mettere un interruttore a levetta tra l'EN-out e l'EN sulla scheda in modo da poter cambiare programmi e caricare. Ho impostato il ciclo del sonno ogni due ore. Per cancellare la EEPROM e ripristinare l'unità per un nuovo impianto o per un peso aggiuntivo, ho impostato un interruttore in Blynk per cancellare la memoria e riavviare il processo di pesatura. Il programma per il nuovo software è incluso sopra e il programma su Blynk è ovvio da configurare. Questa macchina funziona davvero alla grande e produce alcuni prodotti dandy. Sono davvero impressionato da quanto si sia rivelata divertente la cosa: le celle solari funzionano facilmente e non si esauriscono mai.