Quản lý nhà máy dựa trên trọng lượng mặt trời với ESP32: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Trồng cây là một niềm vui và việc tưới nước và chăm sóc chúng không thực sự phức tạp. Các ứng dụng vi điều khiển để theo dõi sức khỏe của chúng đều có trên internet và nguồn cảm hứng cho thiết kế của chúng đến từ tính chất tĩnh của thực vật và sự dễ dàng theo dõi thứ gì đó không chạy xung quanh và đổ mồ hôi. Tôi là người tương đối mới để phát triển thực vật và các hướng dẫn trên internet dường như được viết bằng ý nghĩa tốt nhưng không phải kiểu kỹ sư. Một người bạn mà tôi hỏi "tôi tưới bao nhiêu nước cho chúng …" đã trả lời cách duy nhất là nâng cây lên và nếu thấy nhẹ thì bạn tưới. Anh ấy rất giỏi trong việc “trồng trọt”. Nhét ngón tay vào đất không thực sự giúp ích nhiều. Hầu hết các Sách hướng dẫn sử dụng một đầu dò độ ẩm của đất rẻ tiền, dễ xảy ra nhiều lỗi khác nhau - trong đó rõ ràng nhất là không chính xác và ăn mòn.

Xem xét các tài liệu cho thấy rằng chất bẩn có thể lên đến 40% là nước và việc đo lường điều này đòi hỏi những dụng cụ khá đắt tiền. Các đầu dò rẻ hơn phụ thuộc vào độ dẫn nước sẽ thay đổi theo muối hòa tan và các yếu tố khác. Trên đây là biểu đồ tôi đã làm về một thùng chứa chất bẩn nặng hơn 2 tuần sau đó làm nóng lò nướng đến 300 để loại bỏ tất cả nước không bám vào. Bốn mươi phần trăm tổng số đất là nước và trong mười ngày nắng nóng trực tiếp, nó đã mất 75% lượng nước này với tốc độ tương đối tuyến tính. Vậy cấp ẩm chính xác là bao nhiêu? Phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng khi chế tạo chiếc máy này, đầu mối tốt là bạn phải cẩn thận tưới nước cho cây của bạn đến mức bạn cho là đúng và đặt nó trên máy đo cẩn thận trọng lượng của nó và sau đó trong một giới hạn nhất định, hãy bổ sung nước khi cần thiết. Có thể sửa đổi thiết kế để treo giỏ cây và hệ thống nước điều áp.

Máy phải chạy bằng năng lượng mặt trời, tự chủ với nguồn cung cấp nước của riêng mình, giám sát nguồn cung cấp nước bằng thông báo trên web, ngủ khi không sử dụng để giảm thiểu điện năng và ghi nhớ trọng lượng cơ bản và bao nhiêu lần tưới và các dữ liệu khác giữa chế độ ngủ. các chu kỳ. ESP32 mới dường như là một ứng cử viên sáng giá cho bộ não.

Bước 1: Thu thập nguồn cung cấp của bạn

Máy được làm từ hai viên gạch men 12 inch của cửa hàng BigBox trong một khung kênh nhôm kẹp một bể nước. Các thiết bị điện tử được bảo vệ trong một hộp điện bằng nhựa ở mặt sau. Bể chứa nước có một ống thoát ra từ một máy bơm kèm theo và bộ phận cảm biến được dán vào đáy bể để cung cấp thức ăn cho cây trồng. Cảm biến lực kéo công xôn từ một dầm ngang ở phía trên cùng của thiết bị.

1. Arrow Home Products 00743 2 Gallon Slimline Beverage Container in Clear

2. uxcell 5 cái 5.5V 60mA Poly Mini Bảng điều khiển pin mặt trời Mô-đun Tự làm

3. Công tắc vị trí lắc nghiêng bóng kim loại Gikfun cho Arduino

4. Cảm biến lực cân điện tử hợp kim nhôm Uxcell a14071900ux0057 10Kg

5. Adafruit HUZZAH32 - Bảng lông vũ ESP32

6. Mô-đun chuyển đổi tế bào tải trọng lượng HX711 Cảm biến mô-đun quảng cáo cho Arduino

7. Adafruit Latching Mini Relay FeatherWing

8. Mô-đun bộ sạc pin Lithium TP4056 có bảo vệ pin

9. Máy bơm ECEEN USB Máy bơm nước chìm mini cho bể cá thủy canh được cấp nguồn qua USB DC 3.5-9V

10. Pin Lipo 18650 có giá đỡ pin

Bước 2: Xây dựng hộp

Khung hộp được làm bằng nhôm BigBox góc 1 inch. Bạn có được ý tưởng chung từ các bức tranh và không quá khó để lắp ráp nó. Các khung được dựa trên các gạch chân vuông tạo thành mặt trước và mặt sau của thiết bị. Các viên gạch được giữ chặt vào các mặt của khung nhôm bằng keo silicon. Kích thước của phần trung tâm phụ thuộc vào kích thước của bể nước của bạn. Phần mở của bình được thiết kế để bạn có thể dễ dàng kéo bình ra khỏi thiết bị và đổ đầy bình từ trên xuống. Dây và ống gắn vào bể phải đủ dài và cuộn tròn ở phía sau.

Vị trí bảng điều khiển năng lượng mặt trời phụ thuộc vào thiết kế. Tôi đã định sử dụng nhiều bảng tròn để tạo cho nó một cái nhìn 'xúc xắc' nhưng lại đặt trên các ô vuông vì chúng cho sự kết hợp tốt nhất giữa điện áp và dòng điện. Tôi sẽ không đi vào chi tiết của việc kết nối nhiều tấm pin mặt trời nhưng bạn cần ít nhất 5.5v để làm cho mạch sạc hoạt động. Tất cả các tấm này đều được mắc song song để tăng cường độ dòng điện. Các lỗ trên gạch men được khoan cẩn thận bằng một miếng kim cương - hãy đảm bảo rằng bạn sử dụng nước làm chất làm mát để làm điều này, nếu không bạn sẽ làm hỏng miếng gạch. Mỗi lỗ này chỉ mất vài phút. Sử dụng một lượng lớn keo silicon để giữ cố định các tấm và dây ở mặt trong của gạch.

Cảm biến lực rất hợp lý và được đánh giá ở nhiều trọng lượng khác nhau. Tôi đã sử dụng loại 10 kg nhưng nếu bạn đang lên kế hoạch trồng cây nặng cho phù hợp. Giống như các Tài liệu hướng dẫn khác của tôi: https://www.instructables.com/id/Bike-Power-Pedal-IoT/ các cảm biến lực này phải được kéo ra khỏi mặt đỡ của chúng với các lỗ vít được dán băng 4mm và 5mm. Trong trường hợp này, một miếng chéo bằng nhôm giữa hai giá đỡ bằng gạch men giữ một đầu của cảm biến lực. Giá đỡ còn lại là một bệ bằng silicon thanh nhôm phẳng được dán vào cốc thoát nước của cây. Hãy hết sức cẩn thận với những sợi dây từ những chiếc dây này - chúng rất mỏng manh và gần như không thể sửa chữa nếu bị đứt gần nguồn gốc của chúng. Dùng nhiều keo nóng hoặc silicon để duy trì tính toàn vẹn của chúng.

Bước 3: Chế tạo Máy bơm / Giá đỡ Công tắc rỗng

Máy bơm được cấp nguồn bằng rơ le từ pin Lipo và hoạt động tốt với điện áp giới hạn, nhưng bạn không thể vượt quá độ cao khoảng 2 feet trừ khi bạn sử dụng bộ tăng điện để tăng điện áp. Máy bơm thực sự là một nhà vô địch, không cần mồi, không thấm nước và có một đầu cắm USB. Tuy nhiên, không làm tốt với việc đi khô. Công tắc đầy / rỗng bình chứa chỉ đơn giản là một công tắc nghiêng mà tôi đã nhúng silicon vào để chống thấm nước và sau đó được buộc vào một thanh nhôm đỡ cho máy bơm và một mỏm cao su nổi. Vịt cao su phải được buộc trực tiếp vào thanh nhôm để giảm lực kéo của các dây dẫn công tắc nghiêng. Khi bể chứa có nước, mỏ vịt sẽ nổi và nghiêng công tắc - ngắn tiếp đất và cho phép các lệnh cấp nguồn cho rơ le và máy bơm. Nó cũng gửi dữ liệu này lên web và sẽ gửi cho bạn một tweet nếu bạn cần nước. Máy bơm được dán silicon vào cấu trúc hỗ trợ này và hơn là dán vào đáy của bể chứa nước.

Bước 4: Xây dựng thiết bị điện tử

Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board là một bộ vi điều khiển tương đối mới và hoạt động rất hiệu quả trong công cụ trợ giúp thực vật đầy trí tuệ này. Ưu điểm của bảng này so với 8266 cũ hơn là khả năng ngủ tốt hơn (được cho là nhiều năm thay vì một giờ hoặc lâu hơn…) khả năng ghi nhớ những gì nó đã học giữa các giấc ngủ ngắn (8266 cũ được đặt lại từ mặt đất 0…) và tiêu thụ điện năng thấp hơn trong khi ngủ trưa và nhiều ghim hơn. Youtuber nổi tiếng Andreas Spiess nêu chi tiết những thay đổi trong mã để giúp ESP32 thực hiện công việc cân chính xác và bạn nên xem video của anh ấy nếu muốn biết thêm về cách thức hoạt động của các chi tiết. Ví dụ về chế độ ngủ từ Arduino IDE cũng được sử dụng và sửa đổi cho phần mềm này.

Sơ đồ Fritzing cho bạn thấy tất cả các kết nối dây một cách cẩn thận. Các thành phần được lắp ráp các bảng hoàn thiện và sau đó nối dây với nhau. Pin Lipo là 18650 giá rẻ tiêu chuẩn của bạn trên xe trượt tuyết của riêng nó. Bo mạch sạc là TP4056 mà Andreas nói là rất hiệu quả trong vai trò sạc năng lượng mặt trời này. Nút Bật / Tắt với đèn LED tích hợp sẽ gửi điện đến toàn bộ hệ thống cũng như kết nối rơ le chung cấp nguồn cho máy bơm. Bảng tiếp điện là một bảng lông tiếp sức chốt Adafruit đẹp mắt chạy trên 3 V. Ampli HX711 được cấp nguồn qua Adafruit và được kết nối với hai chân trên bảng của nó.

Tất cả các thành phần được xếp chồng lên nhau trong hộp điện ngoài trời bằng nhựa mở ở phần dưới để không khí lưu thông nhưng chắn mưa. Đặt ESP32 lên trên để cho phép lập trình và giám sát nối tiếp với nắp đậy.

Bước 5: Phần mềm

"loading =" lười biếng"

Thiết bị sử dụng đơn giản. Khi bật nguồn, đèn LED trên công tắc nguồn sẽ nhấp nháy cho đến khi một chậu cây đã được tưới đến mức bạn muốn duy trì được đặt trên bệ. Sau khi ổn định trọng lượng, máy tính sẽ ghi nhớ trọng lượng ban đầu này và mỗi giờ hoặc khoảng thời gian đặt sẽ so sánh trọng lượng mới của cây và sửa nó bằng nước bơm bổ sung hoặc báo cáo trọng lượng mới và tất cả thông tin khác cho Thingspeak và sau đó đi ngủ. Các biểu đồ trên phản ánh sản lượng trong khoảng thời gian ba ngày đối với một cây cà chua cao khoảng 2 feet đang phát triển dưới ánh nắng mặt trời. Sự phát triển của cây theo thời gian rõ ràng sẽ ảnh hưởng đến trọng lượng của chậu và cần được bù đắp bằng cách thực hiện lại quá trình khởi tạo sau một thời gian được xác định bởi sự phát triển của cây. Các điều chỉnh phần mềm bổ sung sẽ cho phép phân tích tự động các yêu cầu và khả năng chịu nước tối đa và tối thiểu của thực vật bằng cách cho ngập nước vào chậu cho đến khi trọng lượng không còn thay đổi và sau đó đo độ nghiêng của sự mất trọng lượng nước theo thời gian. Điều này sẽ phụ thuộc vào loại đất, thời tiết và cấu trúc của cây và rễ. Các thuật toán tưới nước bổ sung dựa trên đánh giá dữ liệu Thingspeak sau đó có thể được điều chỉnh. Nhược điểm của cân thay vì bảo trì nhà máy cảm biến dẫn điện là cần phải có một khu vực nước hạn chế để cân, nhưng những chậu trồng cây thông minh như thế này có giá thành rẻ, dễ dàng kết nối mạng và điều khiển và theo một cách OCD kỳ lạ thú vị để theo dõi trên internet.

Bước 7: Làm lại

Đúng vậy, cũng như thiết kế máy hoạt động tốt trong một tuần hoặc lâu hơn và sau đó, ESP32 sẽ có xu hướng đi vào một vòng lặp kỳ lạ và không khởi động chính xác và tiêu hao pin của nó qua đêm. Không có sự thay đổi phần mềm nào có thể ảnh hưởng đến điều này, vì vậy tôi đã từ bỏ và thêm một TPL5111 Adafruit để kiểm soát chu kỳ năng lượng của ESP nhưng vì tôi không thể sử dụng bộ nhớ như trước khi tôi viết để sử dụng EEPROM và đã thay đổi từ Thingspeak thành Blynk mà tôi tìm thấy nhiều niềm vui hơn trên điện thoại của bạn và một hệ thống thực sự tốt. Thay đổi phần cứng chỉ là vấn đề kết nối TPL 5111 với nguồn và nối đất, một chân cắm được thực hiện với ESP và chân Bật ra với chân EN. Đảm bảo bạn đặt một công tắc bật tắt giữa EN-out và EN trên bảng để bạn có thể thay đổi chương trình và tải lên. Tôi đặt chu kỳ ngủ hai giờ một lần. Để xóa EEPROM và đặt lại thiết bị cho một nhà máy mới hoặc để có thêm trọng lượng, tôi thiết lập một công tắc trong Blynk để xóa bộ nhớ và khởi động lại quá trình cân. Chương trình cho phần mềm mới được bao gồm ở trên và chương trình trên Blynk là điều hiển nhiên để thiết lập. Máy này thực sự hoạt động tuyệt vời và tạo ra một số sản phẩm đẹp mắt. Tôi thực sự ấn tượng với điều thú vị hóa ra là --- pin mặt trời hoạt động dễ dàng và nó không bao giờ hết điện.