Hệ thống tưới tiêu 'thông minh' có kiểm soát bằng năng lượng mặt trời: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Dự án này sử dụng các bộ phận năng lượng mặt trời tự làm và 12v tiêu chuẩn từ ebay, cùng với các thiết bị Shelly IoT và một số lập trình cơ bản trong openHAB để tạo ra lưới điện vườn thông minh tự chế, hoàn toàn chạy bằng năng lượng mặt trời và thiết lập hệ thống tưới tiêu.

Điểm nổi bật của hệ thống:

• Hệ thống năng lượng mặt trời hoàn toàn (ngày và đêm)
• Hệ thống tưới 3 vùng (có thể nhiều hơn nữa!)
• Được kiểm soát hoàn toàn bằng Wi-Fi, với tích hợp Google Home / Alexa sử dụng thiết bị Shelly RGBW2
• Tưới 'Thông minh', sử dụng hệ thống tưới tự động theo bộ, có liên kết với API thời tiết để kiểm tra lượng mưa rơi gần đây.

Tại sao thiết kế này?

1) Tôi đang xem xét các hệ thống tưới cho vườn rau của mình và thấy rằng chúng rất đắt tiền, hoặc chức năng khá hạn chế (chỉ bật / tắt vào một thời điểm đã định cho một vòi duy nhất).

2) Khu vườn của tôi thực sự dài và không có nguồn điện bên ngoài, vì vậy việc thiết lập một lưới điện 12v trong vườn chạy bằng năng lượng mặt trời từ nhà kho của tôi có vẻ là một ý tưởng thú vị (và an toàn!) Để có được nguồn điện từ phía xa của khu vườn)

3) Tôi đã chơi với các thiết bị Shelly và OpenHAB và nghĩ rằng sẽ rất vui khi thấy những gì tôi có thể đạt được!

Quân nhu

Hệ mặt trời:

• Bảng điều khiển năng lượng mặt trời (120W)
• Pin (pin giải trí 130aH)
• Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời (30A)
• Ổn định 12v
• Cáp

Hệ thống tưới 'thông minh':

• Waterbutt / Cấp nước
• Máy bơm nước 12v DC
• Van điện từ 12v (3x = 1 cho mỗi vùng tưới)
• Nhà ở chống thấm
• Ống tưới, đầu nối và ống mềm
• Cáp 5 lõi
• Shelly RGBW2

(+ các mặt hàng tiêu chuẩn như công cụ, đầu nối cáp, ống mềm, v.v. theo yêu cầu!)

Có thể hoàn thành nhiều chức năng trong dự án bằng ứng dụng Shelly, nhưng đối với logic tự động hóa nâng cao hơn về tưới tiêu, tôi đã sử dụng OpenHAB.

Bước 1: Thiết lập hệ thống năng lượng mặt trời

Bước này chỉ là phần giải thích nhanh về cách thiết lập của tôi, có rất nhiều hướng dẫn tốt về cách thiết lập tốt nhất hệ thống năng lượng mặt trời Tự làm và mục tiêu chính của Hướng dẫn này là hệ thống tưới và lưới vườn 'Thông minh'! (Bước này cũng là tùy chọn, bạn có thể cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống thông qua một máy biến áp 12V được cấp điện chính nếu bạn dễ dàng tiếp cận với nguồn điện và không muốn sử dụng năng lượng mặt trời.)

Tôi đã sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời 120W (eBay hoặc Amazon), pin giải trí 130aH (có thể sử dụng dung lượng nhỏ hơn, nhưng khuyên bạn nên sử dụng pin giải trí thay vì pin xe hơi thông thường do chu kỳ sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời như thế này) và sạc năng lượng mặt trời 30A Bộ điều khiển. Bạn có thể mua một đơn vị Amp nhỏ hơn, nhưng sự khác biệt về chi phí là rất nhỏ và khi sử dụng nguồn điện ở mức 12V, Amps có thể sớm tăng lên!

Bản thân hệ thống năng lượng mặt trời sẽ tạo ra một loạt điện áp (tài liệu với mô hình của tôi cho biết 10,7V đến 14,4V tùy thuộc vào mức sạc pin và đầu vào năng lượng mặt trời). Các thiết bị Shelly được sử dụng trong dự án này có độ nhạy điện áp hợp lý và cần nguồn cung cấp 12V ổn định. Để đạt được điều này, bạn sẽ cần một bộ ổn định điện áp, có sẵn dễ dàng trên eBay. Tôi đã nhận một đầu vào 8V-40V đến đầu ra 12V có khả năng mang 10A. 10A là bộ ổn định lớn nhất mà tôi có thể tìm thấy trong dải điện áp này, vì vậy sẽ chỉ có thể rút ra 10A tại một thời điểm duy nhất thông qua kết nối này. Luôn có thể kết nối bộ ổn định thứ hai sau đó để cung cấp nguồn điện 10A khác.

Tôi đã thực hiện thiết lập thử nghiệm nhanh trên bàn vườn của mình để đảm bảo mọi thứ đều hoạt động tốt trước khi cài đặt. Tôi đã kiểm tra đầu ra điện áp của bộ điều khiển năng lượng mặt trời và nó thực sự là ~ 13,4V. Khi bộ ổn định điện áp được kết nối, tôi đã kiểm tra lại và nó là 12,2V - phù hợp với Shelly RGBW2 và tôi đã kết nối nó.

Shelly bật nguồn ngay lập tức và tôi có thể định cấu hình nó với WiFi của mình và kiểm tra phản ứng của nó - thiết bị IoT chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên của tôi!

Sau khi tất cả đã được kiểm tra và hoạt động, tôi đã tháo rời thiết lập và chuyển các thành phần đến nhà kho trong vườn của tôi để lắp đặt đầy đủ.

Tôi đã xây dựng một khung cơ bản để giữ tấm pin mặt trời ở góc 40 độ (hiệu quả nhất là quay mặt về hướng Nam ở độ cao 40 độ tại vị trí của tôi - hãy kiểm tra trực tuyến, có rất nhiều máy tính để có được góc tốt nhất cho locaiton của bạn!)

Bước 2: Tưới tiêu thông minh - Vỏ van tưới

Bước đầu tiên để tạo ra hệ thống tưới thông minh tự động là tạo một hệ thống điều khiển van.

Các van mà tôi sử dụng cho dự án này là van điện từ cơ bản, thường đóng, 12V DC, 1/2 ". Các van này có thể dễ dàng mua được từ eBay với giá thành tương đối rẻ. Cũng có các kích thước khác nhau. Tôi đã sử dụng 1/2" vì có nhiều tiêu chuẩn khác nhau Các bộ phận của hệ thống tưới tiêu có thể được sử dụng với van / ống cỡ này. Các van đi kèm với ren vặn 1/2 "tiêu chuẩn ở mỗi bên, vì vậy bạn sẽ cần các phụ kiện phù hợp để phù hợp với loại vòi / ống tưới mà bạn muốn sử dụng.

Vì các bộ phận điện của van không chống thấm nước, bạn cần có vỏ chống nước. Tôi thấy rằng hộp nối 12 đầu vào của Schnider Electric (195x165x90mm) là kích thước hoàn hảo để lắp 3 van mà tôi muốn sử dụng, cộng với vít 1/2 trên bộ điều hợp cho ống tưới 12mm mà tôi có.

Tôi đang chạy nước chảy theo chiều ngang qua hộp, với cáp nguồn / điều khiển đi vào qua đáy hộp nối thông qua một bằng chứng thời tiết rất vui.

Bước 3: Tưới tiêu thông minh - Kết nối van với bộ điều khiển Shelly RGBW2

Mỗi van có 2 đầu cuối thuổng. Trên các van tôi đang sử dụng không có sự khác biệt về cực tính, vì vậy tôi có thể kết nối tích cực hoặc tiêu cực với một trong hai thiết bị đầu cuối. Không có điện, van đóng. Bật nguồn, van mở.

(Lưu ý, để xây dựng / thử nghiệm phần này của hệ thống, tôi đã sử dụng một máy biến áp DC 12V tiêu chuẩn (trình điều khiển LED cũ) để tôi không phải tiếp tục ra ngoài vườn và kết nối với nguồn điện mặt trời để kiểm tra nó).

Ngắt 3 trong số các cáp từ cáp 5 lõi đi vào hộp bằng các đầu nối hình chóp có kích thước thích hợp. (Trong ảnh ví dụ, màu nâu, đen và xám được sử dụng cho việc này). Một cáp (màu xanh lam trong ảnh) sẽ được sử dụng làm + chung, vì vậy hãy kết nối một cáp vào đầu nối nhiều cáp phù hợp (tôi đã sử dụng 5 đầu cuối Wago 221).

Shelly RGBW2 phải được đặt ở chế độ 'Trắng' (trong cài đặt trong màn hình điều khiển Shelly). Điều này có nghĩa là Shelly đang hoạt động dưới dạng 4 rơle 12V DC (có thể điều chỉnh độ sáng) riêng biệt.

Nguồn điện và Shelly phải ở đâu đó cách xa nước ở một vị trí an toàn (khô ráo) và kết nối với vỏ van bằng cáp 5 lõi (của tôi dài khoảng 5m, đi từ nhà kho đến chỗ vá rau). Shelly nằm trong một hộp nối nhỏ chống chịu thời tiết bên trong nhà kho của tôi.

Kết nối nguồn theo sơ đồ đính kèm và nó sẽ giống như trong ảnh. Lưu ý, cáp dự phòng và khoảng trống trên Wago 5 đầu là để kết nối máy bơm.

Bước 4: Tưới thông minh: Kết nối máy bơm

Bước tiếp theo là kết nối máy bơm. Đối với thiết lập của tôi, tôi đã kết nối máy bơm qua vỏ van vì tôi đã sử dụng cáp 5 lõi chính để lấy điện từ nhà kho, nhưng bạn có thể dễ dàng kết nối máy bơm riêng biệt nếu điều đó thuận tiện hơn.

Tôi đã sử dụng máy bơm 12V lưu lượng cao nhất mà tôi có thể tìm thấy trên ebay (1000L / h), nhưng có nhiều tùy chọn có sẵn. (Tôi hiện có một số máy bơm được kết nối với Shelly RGBW2 và nhận thấy rằng một số máy bơm chỉ hoạt động BẬT / TẮT ở 100%, trong khi những máy bơm khác bạn có thể kiểm soát lưu lượng bằng chức năng Shelly dimmer. Điều này không quan trọng đối với hệ thống tưới như bạn chỉ muốn ' lưu lượng tối đa, nhưng nó có thể quan trọng đối với tính năng của nước, v.v.).

Lưu ý, không giống như van điện từ, máy bơm LÀ cực nhạy, vì vậy bạn cần đảm bảo rằng bạn kết nối nguồn cung cấp + ve và -ve đúng cách xung quanh.

Sau khi hoàn tất, máy bơm cần được kết nối với đầu vào của mỗi van và mỗi van cung cấp một đầu ra từ hộp (vì vậy bạn không làm ngập hộp khi thử nghiệm!).

Bạn có thể kiểm tra van mà không có nước bằng cách BẬT / TẮT chúng trong giao diện Shelly RGBW2. Bạn sẽ thấy mức tiêu thụ điện năng lên đến ~ 10W khi chúng đang mở (đảm bảo 'bộ điều chỉnh độ sáng' được đặt thành 100% trước khi bật kênh, chúng dường như không thích gì ngoài 100%!). Nếu bạn đã nối dây Shelly RGBW2 như thể hiện trong sơ đồ đấu dây, các kênh 1-3 sẽ điều khiển các van và kênh 4 của máy bơm.

Hình ảnh cho thấy tôi đang thử nghiệm hệ thống bằng cách sử dụng một cái xô trong bồn tắm của mình để luân chuyển nước xung quanh (máy bơm có màu đỏ trong xô).

Hình ảnh cuối cùng cho thấy cách tôi đã kết nối thiết lập này với bể nước của mình để cấp nước.

Bước 5: Tưới tiêu thông minh: Kết nối Shelly RGBW2

Tất cả các cáp từ hệ thống cần phải đi vào một khu vực khô ráo (có kết nối wifi!), Nơi Shelly RGBW2 có thể được đặt.

Các dây cáp phải được kết nối với Shelly theo sơ đồ đấu dây. Tôi chọn sử dụng IP tĩnh trên tất cả các thiết bị Shelly của mình vì nó thường giúp kết nối ổn định hơn.

Bước 6: Tưới tiêu thông minh: Hệ thống điều khiển

Bây giờ hệ thống đã được thiết lập, có nhiều cách khác nhau bạn có thể chọn để kiểm soát hệ thống của mình và nhiều cấp độ khác nhau về mức độ 'Thông minh' mà bạn muốn!

Cơ bản: Cách cơ bản nhất để kiểm soát hệ thống của bạn là thông qua Ứng dụng Shelly và tích hợp gốc với Google Home hoặc Alexa. Trong ứng dụng, bạn có thể thiết lập lịch biểu tiêu chuẩn cho từng kênh (Pump, Zone 1, Zone 2, v.v.) và cũng có thể kết nối chúng với điều khiển bằng giọng nói nếu bạn muốn.

Nâng cao: Ứng dụng Shelly cũng cho phép bạn tạo 'Cảnh', bạn có thể thiết lập các 'cảnh' khác nhau chạy qua các kiểu tưới nước khác nhau vào các thời điểm khác nhau trong ngày, v.v. Có nhiều tùy chọn trong ứng dụng … hãy sáng tạo!

Thực sự thông minh

Tôi quyết định muốn tiến thêm một bước nữa. Tôi đã sử dụng OpenHAB để điều khiển hầu hết các thiết bị IoT trong ngôi nhà của mình, vì vậy tôi thiết lập điều khiển hệ thống tưới tiêu của riêng mình bằng OpenHAB. Tôi đã đính kèm các tệp.items.rules và.sitemap cơ bản vào mục Có thể hướng dẫn này để hỗ trợ nếu bạn muốn thiết lập thứ gì đó tương tự.

Các tính năng tổng thể:

• Điều khiển hoàn toàn tự động và thủ công từ trang bảng điều khiển.
• Tích hợp Google Home - "Hey Google, Start Irrigation". - Xem video.
• Tích hợp thời tiết - Tôi đã kết nối với API OpenWeatherMap để kiểm tra tổng lượng mưa trong 24 giờ qua và nếu trời mưa nhiều hơn 10mm, chu kỳ tưới không tự động chạy
• Việc tưới có thể xảy ra vào một thời điểm nhất định mỗi ngày, hoặc thay đổi khi hoàng hôn / bình minh, v.v.
• Hệ thống tính toán lượng nước sẽ được sử dụng cho mỗi chu kỳ tưới (rất quan trọng nếu bạn đang sử dụng những chiếc vòi thu nước mưa như tôi!
• Thông báo đẩy đến điện thoại của bạn để thông báo cho bạn khi hệ thống tưới tự động sắp chạy.