Проект СССР - сделай сам своим растениям. Автополив, досветка, подогрев своими руками

Проект задуман для автоматизации ухода за растениями дома и на участке.

Цель: создать автономную автоматическую еденицу - датчик, который может обслуживать:
1) грядку;
2) сад;
3) ящик с рассадой либо для выращивания зелени (гроубокс, growbox).

Принцип проекта - сделай сам своими руками, т. к.:
- это из любви к растениям;
- это дешевле;
- это доступно на местах;
- это путь к независимости.

Я физически не справляюсь с объемом информации, поэтому буду отчитываться в этой теме
не об изученном, а о сделанном (и не только мною).
Рассчитываю на вашу помощь, т. к. вся информация по проекту открытая и проект очень нужный.

Да, подобные промышленные системы уже есть и работают, но для меня очень дорогие.

Хорошая идея:
- если кто захочет повторить и видоизменить - заводить свою тему в разделе "сад и огород" с тегом СССР, иначе эта тема зарастет;
- все вопросы не стесняясь пишите мне в личку, только вот быстро не всегда могу ответить.

Хочу выразить особую благодарность Николаю и Игорю, создателям бесконтактных датчиков влажности, которые вдохновляют меня на развитие этого проекта.

 

Терминология:

Датчик - это автономный контроллер (например, arduino mini или uno), который находится непосредственно рядом с обслуживаемыми растениями (на грядке, в коробке и т. п.), причем:
1. Знает время (имеет rtc - часы реального времени), которое периодически синхронизируется сервером (см. далее).
2. Имеет канал связи с сервером (например, rs485) для получения от сервера текущего времени, различных команд, отправки на сервер (для лога) показаний датчиков.
3. Получает питание от внешнего источника (например, 220 вольт для подогрева, 5 вольт для себя и 12 вольт для светодиодного освещения и работы реле).
4. Имеет блок реле, которые включают/отключают полив, досветку, вентиляцию, подогрев (обычные или ssr - твердотельные).
5. Имеет блок аналоговых сенсоров (например, бесконтактные датчики влажности, уровень освещенности, кислотность почвы).
6. Имеет блок цифровых сенсоров (например, цифровые датчики температуры и влажности).
7. Имеет систему защиты (например, грозозащиту, защиту по питанию, защиту от закорачивания контактов датчика).

Сенсор - это прибор, дающий датчику информацию о каких-либо параметрах окружающей среды в цифровом или аналоговом виде.

Сервер - любой компьютер (роутер, планшет, смартфон), способный подключаться к датчикам по их каналу связи для:
1. Ведения лога данных с датчиков (и сенсоров) для анализа того, как датчики ухаживают за растениями.
2. Корректировки работы датчиков через интерфейс (например, графический под windows или консольные утилиты под linux). Например, выбор программы, по которой датчик осуществляет полив и досветку; изменение нижней и верхней границы значений с сенсора.
3. Определения неисправных датчиков, анализа аварийных ситуаций.
4. Передачи датчикам точного времени.

Почему такая структура:
Во-первых, много автономных датчиков (контроллеров) не зависят от сервера и канала связи, а зависят только от питания. Надежность системы высокая. Часто наблюдал сбои во всей сети ethernet на коаксиальном кабеле при единственной сбойной сетевой карте. Сбой, зависание сервера, ошибки при изменении программы на работающей системе - и всем растишкам туго. Лучше уж пусть только части растений будет туго.
Во-вторых, датчик не нуждается в сервере, так что он может работать в любом месте без линии связи, там, где есть питание. Не провели шину, а уже можем использовать датчик. Одиночный датчик может использоваться для выгона зелени. Датчик - часть мозаики. Сервер - зритель, логгер и, в меру, тонкий настройщик.
В третьих, нет нужды часто менять программу на сервере, если конкретный датчик теперь обслуживает щавель, а не помидоры. Т. е. на сервере есть общая часть (лог, общие параметры), а датчик затачивается и отлаживается под конкретную культуру. При отладке нового датчика, мы не беспокоим систему в целом. Легкость масштабирования. Отсутствие проблем в уже отлаженной системе.

 

Очень важно: это живой проект, а не готовое изделие!
Мне бы не хотелось, чтобы кто-нибудь воспринимал то, что я делаю, как призыв к действию.
Конструктивная критика - в тему. Идеи и эмоции - в личку.
Если в результате получится нечто готовое - вместе сделаем с отдельный сайт.

Электрическая часть проекта - эскиз автополива - рисуется в программе sPlan.
Если кто хочет поучаствовать, тут просмотрщик, ему скормить файл из архива Эскиз автополива. zip

Arduino (часы реального времени и т. п.) заказал тут, оплатил с виртуальной карты, через 21 день получил в нашем почтовом отделении бесплатно.
Пишу программы для arduino на ноутбуке, процесс подробно описан в интернете. Уже подключал rtc (часы реального времени), dht22 (цифровой датчик влажности и температуры).

Теперь, понемногу о текущем прогрессе. Пока зима, делаю гроубокс для укропа.

Пенополистирольная (пенопластовая коробка) берется на свалке около рыбного магазина или базы.

Ик (инфракрасную) пленку для пола купил тут, вот ее производитель. Провода легко паяются на медную ленту.
Пленку кладем в коробку, сверху полиэтилен, на него горшки с землей.
Полив в полиэтилен, вода всасывается через отверстия на донышке горшков.

Из профилей для гипсокартона (купленных там же где и ик пленка) и саморезов делаем лампу досветки. Светодиодные ленты - для пробы. Выбрал красную 625нм, синюю 470нм и теплую белую. В дешевой белой ленте часть диодов не работала, поэтому в следующий раз подумаю, может выгоднее брать подороже/качественней.

Электромагнитный клапан SMART SP61355 для полива заказывал тут и получал через транспортную компанию, а еще такие видел тут.

На текущий момент, испытываю трудности в двух направлениях:
- есть масса электротехнических вопросов, на которые мне долго приходится искать ответы (т.к. я - программист);
- уже пора рисовать и обсуждать первые алгоритмы, например, для выращивания укропа в гроубоксе или для полива томатов на грядке - а не с кем.

 

Всё-таки предложил бы следующее:
1. Короб делать деревянным, чтоб борта могли наращиваться доской в паз (шалёвка), т. е. короб собирается в металлический уголок с отверстиями (конструктив)
2. Короб изначально формируется в виде длинной узкой грядки.
3. Растения высаживаются не в горшки, почва высыпается на пленку образующую герметический мешок в коробе лежащий своим основанием на инфракрасной плёнке.
4. Посадка растений осуществляется таким образом, чтоб происходило замещение другими видами растений, либо если будет один вид то разнести посадку по срокам.
5. Полив в поддон не желателен, только для тех растений которые проживают на болоте . Иначе произойдет заболевание корневой системы. Обычно у растений множество волосяных корешков распологаемых под самой поверхностью, вот они как раз предназначены для основного питания. Поэтому полив капельный через микропору.
6. Не сторонник светодиодной подсветки по причине узконаправленного пучка света и малой мощности. Соответствующий спектр это хорошо но против показателя мощности (энергии) не попрёшь. Растения усваивают эту энергию и передают её нам. Светодиоды дают её точечно и в малых количествах.
При подсветке светодиодами предполагаю, что можно выращивать что-нибудь очень низкое стелющееся по земле.
7. GSM канал обязателен.

Но вместе с тем светодиоды всегда легко заменить на лампы.
Если используете закрытый короб для выращивания в подвале и т. д. то конечно обязателен датчик влажности и температуры типа DHT22 внутри короба для проветривания.

 

Доброго времени суток!
По мне, так идея очень интересная. Сам, конечно, дилетант, но интерес к проекту имею.
Начитавшись разных проектов про ардуино (на хабре, амперке) недавно также заказал с али ардуино уно и кое-какие шилды к ней. Скетчи небольшие пробовал, разобрался с DHT22, пока осваиваю управление gsm-модулем.
Из практики сразу хотел бы обратить Ваше внимание, что для растений предпочтительнее специальные фитолампы (и по люменам, и по температуре цвета близкой к ультрафиолету), например Osram. Испробовано лично при выращивании рассады и флоры в аквариумах.
Пленка ИК замечательно зарекомендовала себя (использую в гараже для подогрева подвального помещения-хранилища солений и овощей), знакомые использовали именно для выращивания рассады. Получается эффективно и экономично.
Считаю, что датчик температуры (в земле) лучше использовать ds18b20 (есть сразу в защищенном исполнении), влажности - контактный (возможно уместным было бы попробовать шилд для адруино). DHT22 пригоден для контроля температуры и влажности на поверхности.
Воду для полива лучше использовать отстоявшиюся, поскольку со временем набирает фон бактериологический (становится живой), да и холодной водой растения не поливают.
Как-то так. Можно совместными усилиями попробовать разработать алгоритм для автоматического управления "теплицей".

 

Как вариант, согласен. У меня ящики будут в холодном подполе и пока на холодном чердаке. Так что дерево там использовать нежелательно, а утепление необходимо.

Пробовал - неподъемный. Решение с горшками - для удобства переноса, отбраковки и замены земли.
Согласен, если стационарный вариант. Причем легкость переноса для меня чуть ли не на первом месте!

Тут где-то нужна золотая середина. Смотрю в супермаркетах зелень в горшочках - корешки торчат снизу горшка наружу. Зелень выглядит сочной.
Мои варианты:
1. Полив в поддон (полиэтилен). Плюсы: почва берет столько воды, сколько нужно, корни не бывают сухими. Минусы: не всем растениям понравится, возможны заболевания. Уже делал эксперимент - зелень согласна с таким поливом (см фото).
2. Полив капельницами сверху в каждый горшок. Плюсы: естественный полив. Минусы: много капельниц (дают определенное кол-во воды в единицу времени незасисимо от давления), разная почва по-разному будет проливаться (через поддон любая насытится водой) - где-то недолив, где-то перелив, сложность настройки полива.
Вот чего бы мне хотелось в подполе и на чердаке зимой.

Согласен, на любителя. У меня есть 2х100Вт солнечные панели. Днем электричество от них через контроллер будет питать светодиодную подсветку в подполе и на чердаке. Даже в -30 за бортом, солнце будет освещать мои растения светодиодами. Ночью же, по пониженному тарифу просто из розетки.

Это кому как удобно. Мне программа шлет почту в почтовый ящик, а оттуда автоматом сотовый оператор шлет мне смс с темой письма, в которой экстренная информация. С gsm связываться не планирую, вообще больше люблю провода, т. к. опять же - независимость. Планирую связь датчиков (arduino) с cервером (роутер asus с 3G интернетом) по rs485.

Считаю, что СССР должен быть максимально независимым и автономным, т. е. на входе 220V (или 12V от солнечных панелей в будущем) и вода, а на выходе - политые и досвеченные, подогретые растения.

Изучаю ПИД регулирование (3 слагаемых), причем намерен его использовать не только для влажности, но и для температуры почвы, а в будущем и воздуха. Если кто захочет помочь с ПИД алгоритмом - пишите в личку.

 

Он быстро корродирует, нужен бесконтактный. О том и ссылка в первом посте темы внизу.

Что бы убедиться, сделаем очень примерный тепловой расчет:
- теплоемкость сухой земли 0.8 кДж/(кг °С), теплоемкость воды 4 кДж/(кг °С),
- литром воды (1кг) польем 10 кг земли (спорно, но для примера),
- температура земли + 22 С, воды +5 С.
Энергия 10кг земли при 22С = 0.8*10*22=176кДж.
Энергия 1л=1кг воды при +5С = 4*1*5=20кДж.
Налив воду в землю, получим влажную землю с 176+20=196кДж.
Составим уравнение: 0.8*10*X+4*1*X=196, 12X=196. X=16.3C.
Т. е. в идеально плохих условиях (вода в трубах не прогрелась, на поддоне не прогрелась, почва в горшке была идеально сухая), теряем 5С.
В открытом грунте, на поверхности, перепады даже выше.
Так что это зависит от конкретных растений. Экзотам не понравится, а наши, возможно, не заметят.
Неплохо бы, чтобы кто-то реально это все проверил эмпирически.
Думаю, если в поддон класть щебень и тп, то и греть воду при поливе с поддона не придется.

Давайте, попробуем. Жду ваших предложений.

 

Где возможно посмотреть принцип действия данных датчиков? Имеется ли возможность самостоятельного изготовления? При постоянном напряжении на контактном датчике будет коррозия, это бесспорно. При подаче импульсов только для снятия показаний через определенные промежутки времени будет немного другая история.

В любом случае в естественных условиях холодная вода сразу к корням не приходит. А у Вас как-раз таки нижний полив. Я бы реализовывал полив отстоявшейся водой.

К сожалению, у меня пока слишком мало информации, чтобы давать конкретные предложения (пример скетча). Основа (наброски скетча) уже у Вас имеется? Либо начинаем разрабатывать отдельно по функциям?
Повторю еще раз, с ардуиной пока только разбираюсь. Мегаопыта в этой области нет. Сначала мне нужно разобраться с имеющимся функционалом, добрать недостающее (часы реального времени, датчик влажности, твердотельные реле и пр.).

 

Бесконтактные датчики влажности Николая и Игоря.
Если готовы паять, то тут схемы. По словам Николая, адаптация sensor 7400 к arduino будет несложной: подключение к аналоговому входу при включении внутреннего ИОН.
Жду заказанную паяльную станцию и детали, чтобы спаять и проверить.

Во влажной среде история всегда одна и та же. Тем более, какие ионы тяжелых металлов из китайских датчиков пойдут в мою рассаду мне не все равно. И разве датчики влажности - это расходный материал?
Если осилите всю тему про бесконтактные датчики, то полностью их поддержите.

Хорошо. Ренализуйте, обязательно кому-то тоже так нужно.

Дома я буду поливать водой из системы, т. к. у меня своя система водоснабжения с ГА (гидроаккумулятором). Никакой хлорки - вода из скважины либо из колодца.
Не вижу смысла городить еще один бак и помпу.
На участке, вода подается либо сразу из колодца насосом, либо из емкостей насосами - опять же доп. емкостей не планирую.

На участке буду использовать вышеописанные клапаны 1/4" и больше.
А сейчас в поисках самого маленького электромагнитного клапана на капельную трубку.

Да.
Причем, давайте, начнем с базовых вещей.
А то, что кто-то будет отстаивать воду, а кому-то нужен GSM - это частности.
Ну, или как всегда: "каждый пошел своею дорогой, а поезд пошел своей"?
Призываю, распланировать кто чем займется, помогать друг другу (одна голова хорошо, а несколько - лучше), а потом соединить в одном - СССР.

У меня это уже работает, для начала - достаточно. А совершенствовать то, что имеется - всегда пожалуйста.
Осваивайте sPlan, скачайте эскиз автополива - там и rtc нарисовано как подключать и датчик влажности dht11.
Как утвердим первую версию алгоритма - сразу выложу проверенный скетч - и начнется отладка.

 

Начал делать эскиз к алгоритму в этой бесплатной (lite) программе.

Программа, загружаемая в датчик (скетч и библиотеки) состоит из нескольких блоков.
Самый главный для пользователя блок - собственно программа ухода за растениями, далее ПУР.

Пользователь сможет задавать через интерфейс с сервера параметры для работы ПУР на датчике.

Помогите определиться!
В датчике должно быть:
1. Несколько ПУР (для разных растений или одна для грядки, вторая - для теплицы и тп).
2. Одна ПУР для конкретных растений. Желающие скачивают ПУР под свои растения из интернета и через переходник перепрошивают датчик. Частный случай - универсальная ПУР с кучей параметров.
3. Две ПУР: универсальная и под конкретные растения.

Вопрос возник на тех основаниях, что не все сумеют сами прошить датчик (нужен интернет, компьютер, переходник и навыки).
Вот в какую сторону идти: делать одну универсальную ПУР или пусть ищут того, кто перепрошьет?

Пока пытаюсь обозреть универсальную ПУР, прилагаю его map.
В универсальной ПУР 5 стадий:
1) стратификация (рассада в коробке в подполе) - холод, полив, без света;
2) всходы - прохладно, миним. досветка, полив;
3) вегетация - тепло, красный и синий досвет, полив, вентиляция;
4) цветение;
5) созревание.

Попробуйте сами подобрать универсальную ПУР и параметры кней, чтобы можно было вырастить редис, томаты, щавель.

В эскиз СССР пришлось добавить кнопку выбора ПУР, т. к. в автономном режиме только человек может определить стадию роста растения. Индикацию стадии ПУР пока не придумал. Надо сэкономить пины для сенсоров.

 

Узконаправленный пучок это было бы здорово - весь свет бы достался растюшке. К сожалению обычно пучок от светодиода идет под 120град, а уменьшение угла делают специальными линзами. Есть 1вт, 3вт светодиоды и мощные модули по 50 и 100вт, причем эффективность лучших моделей до 168лм/вт, а это уже больше чем у ДНАЗ. Если вы возьмете 100х1вт светодиодов и разместите их по площади радиатора. то ни о какой точечности источника разговора уже не будет. Единственный существенный минус - цена.

 

Имея столько функций это уже не датчик, а именно контроллер.

Раз уж проект обрастает своей терминологией (СССР, ПУР) предлагаю это устройство назвать КОТ - контроллер огородно тепличный.

 

Интересно какие характеристики получились у светильника. Ток, световой поток или освещенность на каком нибудь расстоянии от лампы... Кстати, светодиоды на красную часть спектра лучше брать на 660нм. И не забывайте об охлаждении, а то долго не проживет.

 

Согласен на КОТ (жена расшифровала Квартира Огород Теплица).
А сенсоры назвать датчиками? ПУР оставляем?
Хотелось бы единой терминологии, чтобы уже начинать "рыбу" документации.

Светодиодные ленты купил, какие были в наличии. Именно, чтобы попробовать как из них делать светильник, чтобы было на чем тренироваться досвечивать контроллером. На этом форуме есть замечательные темы об этом. И, как я понимаю, отдают предпочтение самопаянным мощным светодиодам на алюминиевый профиль.
Собственно, КОТу неважно, чем досвечивать - выделил 4 реле. А какие светильники и как подключать - решать хозяину растишек.
Попробую сегодня доделать первую версию блока реле (пока не ssr), тогда и отпишусь о характеристиках светильника.
Дурная идея про охлаждение: может воду для полива набирать в профили (проложить полиэтилен), а потом просто открывать клапан, чтобы вода текла вниз на поддон? Пока не знаю как.
Еще есть мысль, что светильник должен полностью закрывать гроубокс сверху, чтобы растения не тянулись к внешнему свету и чтобы тепло от светодиодов можно было оставлять растениям (или выдувать вентилятором). А то из-за щелей в светильнике правильной вентиляции не получится.

 

Наверное лучше было бы иметь универсальную (настраиваемую) программу. Чтобы возможность точной настройки программы можно было бы задавать через некий интерфейс управления (lcd-дисплей, меню, кнопки). Параметры под конкретные растения (полив, свет, вентиляция, тепло) нужно вырабатывать эмпирически, в дальнейшем публикуя примеры.
В целом разбивка на 5 стадий наверное правильна. Здесь нужен опыт заядлых огородников.

Прочитав про преимущества бесконтактных датчиков, принял решение собрать сенсор 7400 по схеме Николая. Заказал необходимые детали. Пробовать конечно же лучше сразу на добротном девайсе, не размениваясь и не теряя время.

Сегодня разбирался с возможностями использования датчика DHT22 и блока реле - контроль по температуре (нагреву). Осенило, что одновременно неплохо было бы и предусмотреть охладитель. В общем первые пробы.