xbSlick

Войти  
Подписка 0
  • запись
    1
  • комментариев
    12
  • просмотра
    173

Умная теплица - разработка "народного" контроллера на базе Raspberry Pi

xbSlick

349 просмотров

IMG_20161029_133242_HDR.jpgПриветствую всех!
Есть предложение принять участие в разработке "народного" контроллера для "Умной теплицы": функционального и доступного по цене.
У моего друга несколько теплиц и он попросил меня помочь в автоматизации.

Идея НЕ нова и на просторах интернета множество статей на эту тему. Но я так и не смог найти готовое решение, которое было бы построено, проверено и зарекомендовало себя.

Подборка статей по теме:

Spoiler

1) Контроллер для теплицы на Arduino - ССЫЛКА

2) Arduino Mega. Контроллер теплицы. Хроники - ССЫЛКА

3) Arduino Mega. Контроллер теплицы. Хроники - 2 - ССЫЛКА

4) Теплица-полуавтомат с малиновыми мозгами - ССЫЛКА

Само собой разумеется, что теплица должна сама себя поливать, проветривать и освещать.
Пол года "курились мануалы" и подбирались комплектующие.
На текущий момент, в целом, уже ясно что покупать и как собирать.
Был куплен первый контроллер, реле, несколько датчиков, корпус и БП.
Начата сборка...

Себестоимость готового устройства с датчиками и парой клапанов на воду оценивается около 3000,00 грн. (115 $)
Я человек технический, но относительно далекий от "тепличной тематики".
Подумал, что подобное устройство может быть интересно не только моему другу, но и кому то еще ))
На текущий момент у меня накопилось куча "тепличных" вопросов, например, по расположению датчиков, их количеству и т.п.

Иными словами, если тема интересная и перспективная - разыскиваются энтузиасты готовые принять участие в проекте: поделиться жизненным опытом, помочь в сборке электронных схем.

Готовое устройство будет иметь следующие функции:

1. Автополив по расписанию (часы реального времени с батарейкой, электромагнитные клапаны).
2. Климатконтроль (включение вентилятора или открытие фрамуг относительно датчиков температуры)
3. Досветка (включение света в темное время суток с определенной продолжительностью)
4. Дистанционное управление с компьютера, через локальную сеть (допускается управление теплицей с телефона или планшета в любом месте на земле), то есть ВЕБ ИНТЕРФЕЙС.

Повторяюсь, что бюджет устройства (комплектующие) составляет около 3000,00 грн. (115 у.е.).

В этом блоге буду описывать этапы построения устройства, его тестирование и наладку.

Всех неравнодушных прошу принять участие: мнением, советом, трудом.


2 пользователям понравилось это


12 комментариев


Описание комплектующих:

1) Основной контроллер - Raspberry Pi 3 model B

buy-raspberry-pi-3-model-b-online-releas

В двух словах - это полноценный одноплатный компьютер, с четырехядерным процессором, 1 Гб ОЗУ, слотом micro SD, четырьмя USB портами, Ethernet портом, встроенным модулем Wi-Fi и Bluetooth, ОС Linux.

Стоимость - 40 $

Свободно доступен на АлиЭкспресс ТУТ.

Подробное описание можно прочитать на официальном сайте ЗДЕСЬ.

Обзор устройства на русском языке смотреть ЗДЕСЬ.

Изначально в качестве основного контроллера умной теплицы была выбрана плата Arduino Mega.

700px-FreaduinoMEGA2560_09.jpg

Был собран демо-образец. Устройство получилось компактным, легконастраиваемым и расширяемым. Но со временем, стало понятно, что возможностей и вычислительных мощностей этого контроллера недостаточно для построения полноценной умной теплицы. В частности, "узким горлышком", стало невозможность создания мощного и функционального веб интерфейса в виду отсутствия соответствующих вычислительных мощностей. Да и сборка базового контроллера на Arduino Mega подразумевала покупку нескольких модулей: Arduino Mega, Ethernet Shield, ESP8266. В случае Raspberry Pi мы получаем ВСЕ В ОДНОМ.

Изменено пользователем xbSlick
1 пользователю понравилось это

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

2) Модуль реле - необходим для включения нагрузок: клапаны, насосы, освещение.

blok-rele-modul-4-kanala-relay-module-5v-releynyy-modul-dlja-arduino-224551321.jpg.png

Была выбрана модель на 4 канала (два клапана воды, свет и резерв), но в природе доступны варианты на 8 и даже 16 каналов.

Стоимость - 1,75 $

Можно купить ТУТ.

В процессе стало понятно, что надежнее и долговечнее будет работать твердотельное реле. В планах - перейти на твердотельные.

 

 

IMG_20161029_133844_HDR.jpgIMG_20161029_133242_HDR.jpg

Изменено пользователем xbSlick
1 пользователю понравилось это

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

3) КЛАПАНЫ ДЛЯ ВОДЫ:

Новое-Поступление-Пластиковый-Электрический-12-В-Воды-Электромагнитный-Клапан-DC-3-4-N-C-Нормально-Закрытый.jpg_50x50.jpgПри подборе клапана для воды первый выбор пал на самый дешевый китайский вариант электромагнитного клапана на 12 вольт (первое фото). Были заказаны модели на 1/2" и 3/4" (варианты на 1" тоже есть, но встречаются реже и стоят напорядок дороже). При сравнении внутреннего диаметра, размеры оказались практически идентичными, то есть пропускная способность клапанов одиннаковая (обман на ровном месте). В глаза сразу бросается хрупкость и ненадежность конструкции. Подобный клапан, при использовании в теплице, нуждается в "защите", то есть его необходимо устанавливать в корпус. "Питается" клапан от 12 вольт постоянного тока. Китайцы просят за него около 120,00 грн. (4,5 $).

С одной стороны, 12 вольт - это очень "удобное" напряжение, так как найти БП на 12 вольт необходимой мощности воообще не составляет труда. С другой стороны, возрастают потери напряжения при использовании кабеля большой длинны. На десяти метрах с потребителем 1 ампер (или 12 Вт.) - вы потеряете полвольта и на выходе получите уже 11,5 вольт (калькулятор расчета потерь). Для небольших теплиц, наверно, это не критично. Полагаю, что такие клапаны рассчитаны на "домашние" условия.

Оптимальное решение нашлось в соседней сфере - автополив газона. Американский производитель Hunter (есть и другие) предлагает готовое уличное решение электромагнитного клапана с наружным диаметром в 1" (один дюйм) по стоимости около 400 грн. (15 $). Клапан изначально выпускается в надежном влагозащищенном корпусе из толстого пластика (смотри фото ниже). Еще одно преимущество - возможность ремонта, запасные части продаются отдельно, в том числе корпус. Из особенностей - устройство работает от 24 вольт переменного тока. Видимо такой тип электропитания был выбран из соображений уменьшения потерь на длинных расстояних (или усложнения подключения сторонних контроллеров). Дополнительно необходимо приобретать понижающий трансформатор (220 В. - 24 В.). И вот с этим моментом - беда. Конечно, готовые решения есть, но стоят они от 1000,00 грн. Компромиссным вариантом стал тороидальный трансформатор на заказ. За модель на 50 Вт. просят 220,00 грн. (8,5 $). Этого хватит для одновременной работы четырех клапанов (одно устройство в момент включения потребляет около 0,5 А.). Лично я нашел на рынке влагозащищенный Б/У трансформатор на 35 Вт. за 100,00 грн.(4 $).

Да, при использовании электромагнитного клапана, самое слабое его место - это мембрана. Она чувствительна к мелким частичкам грязи и производители рекомендуют устанавливать специальные магистральные фильтры.

Подробное описание и фото клапанов:

1. Электромагнитный клапан Hunter PGV-100G-B

2. Электромагнитный клапан Hunter PGV-101G-B (с регулятором давления)

IMG_20161024_232041_HDR.jpgIMG_20161024_232216_HDR.jpgIMG_20161024_232450_HDR.jpg

IMG_20161024_232716_HDR.jpgIMG_20161024_233124_HDR.jpgIMG_20161024_233203_HDR.jpg

Изменено пользователем xbSlick
1 пользователю понравилось это

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

4) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ:

1. Количество, тип и расположение датчиков. Суть проблемы: из-за отсутствия опыта до конца не ясно какие датчики и где ставить. Возможные типы: температура воздуха, влажность воздуха, температура земли, освещенность. На какой высоте нужно устанавливать датчики температуры и влажности ? Сколько датчиков должно быть на определенной площади ? Есть ли смысл в датчике влажности земли ?

2. Механизм автоматического проветривания. Суть проблемы: штатные фрамуги имеют относительно большой вес и открыть их "детской" сервомашиной не получится. Либо покупать дорогую сервомашинку, либо устанавливать червячную передачу, либо что-то еще. Возможно от проветривания форточками стоит отказаться в пользую открывающихся пластиковых жалюзь и вентилятора. Готового решения пока нет.

1 пользователю понравилось это

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

5) ВЕБ ИНТЕРФЕЙС

Веб интерфейс - это страничка, которую можно открыть на компьютере (телефоне, планшете) и на которой отображаются показания датчиков и осуществляется управление теплицей (автополив, освещение и т.п.).

Возможно несколько вариантов подключения к контроллеру по локальной сети:

1. Через встроенный модуль Wi-Fi. То есть, зона теплицы должна быть покрыта домашним "Вай Фаем", а в контроллере настроены параметры доступа (название сети и пароль).

2. Через встроенный модуль Ethernet (сетевая карта). От контроллера должен быть проложен кабель "витая пара" до ближайшего активного сетевого устройства (маршрутизатор, свитч / комутатор). Максимальная длинна кабеля, соответствующей категории, не должна превышать 100 метров. В связи с большей надежностью - этот вариант рассматривается как основной.

На микрокомпьютер Raspberry Pi было установлено и настроено необходимое ПО.

На базе языка разметки HTML + Java + Python разработан черновой вариант веб интерфейса.

Изменено пользователем xbSlick
1 пользователю понравилось это

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
9 часов назад, xbSlick сказал:

4) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ:

1. Количество, тип и расположение датчиков. Суть проблемы: из-за отсутствия опыта до конца не ясно какие датчики и где ставить. Возможные типы: температура воздуха, влажность воздуха, температура земли, освещенность. На какой высоте нужно устанавливать датчики температуры и влажности ? Сколько датчиков должно быть на определенной площади ? Есть ли смысл в датчике влажности земли ?

2. Механизм автоматического проветривания. Суть проблемы: штатные фрамуги имеют относительно большой вес и открыть их "детской" сервомашиной не получится. Либо покупать дорогую сервомашинку, либо устанавливать червячную передачу, либо что-то еще. Возможно от проветривания форточками стоит отказаться в пользую открывающихся пластиковых жалюзь и вентилятора. Готового решения пока нет.

Павел, Вы пытаетесь создать некую универсальную систему, но для конкретной(ных) теплицы. В этом, на мой взгляд, есть некое противоречие. Никто из присутствующих, кроме Вас, не знает ни площади, ни системы выращивания (грунт,субстрат, на лотках, на земле), ни конструктивного исполнения, в общем- ничего. При этом Вы рассчитываете получить помощь в решении конкретных задач, которые напрямую увязаны с перечисленными мной условиями. Опишите подробнее что, в чём и каким образом собирается выращивать Ваш товарищ .

 

2 пользователям понравилось это

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
23 hours ago, Андрей Викторович Пучков said:

Павел, Вы пытаетесь создать некую универсальную систему, но для конкретной(ных) теплицы. В этом, на мой взгляд, есть некое противоречие. Никто из присутствующих, кроме Вас, не знает ни площади, ни системы выращивания (грунт,субстрат, на лотках, на земле), ни конструктивного исполнения, в общем- ничего. При этом Вы рассчитываете получить помощь в решении конкретных задач, которые напрямую увязаны с перечисленными мной условиями. Опишите подробнее что, в чём и каким образом собирается выращивать Ваш товарищ .

 

Вообще мой план сделать контроллер максимально универсальным, для разных задач.

Отвечаю на ваши вопросы:

  1. Площадь: 15 м. * 17 м. = 255 кв.м.
  2. Выращивание на грунте (земля).
  3. Конструкция: двухскатный металлический каркас с пленкой в два слоя.
  4. Культура выращивания: огурцы.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

А для такой теплицы больших "мозгов" не надо. Достаточно завязать управление вентиляцией на температуру воздуха и управление поливом на влажность грунта. И все равно за ней придется присматривать вручную, поскольку режим полива будет меняться также в зависимости от освещенности и прогнозируемой температуры.

Количество датчиков... как интересно, и на площади в 200 м2 и на гектаре надо хотя бы 4 датчика каждого параметра, который нас интересует.( Хотя на гектаре хотелось бы больше датчиков.)

1 пользователю понравилось это

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
2 hours ago, Марите said:

А для такой теплицы больших "мозгов" не надо. Достаточно завязать управление вентиляцией на температуру воздуха и управление поливом на влажность грунта. И все равно за ней придется присматривать вручную, поскольку режим полива будет меняться также в зависимости от освещенности и прогнозируемой температуры.

Количество датчиков... как интересно, и на площади в 200 м2 и на гектаре надо хотя бы 4 датчика каждого параметра, который нас интересует.( Хотя на гектаре хотелось бы больше датчиков.)

Не все так просто...

  1. Датчик влажности грунта, из-за особенностей принципа работы, крайне не точное устройство. Он может быть только второстепенным датчиком.
  2. На таких "мозгах" как раз можно "заложить" все возможные режимы полива с учетом прогнозов и освещенности.
  3. Присматривать вручную 100% прийдется, как раз для этого еще раз нужны "мозги" для содания Веб Интерфейса. Черновой вариант УЖЕ есть. Можно смотреть за теплицей хоть из поезда.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

6) Плата расширения портов ввода / вывода для RaspBerry Pi

Есть модель DVK-512, но количество разъемов для меня недостаточно, а что-то, наоборот, лишнее.

DVK512-intro.jpg

Готового решения я не нашел, пришлось "изобретать велосипед".

IMG_20161203_162957_HDR.jpgIMG_20161203_163033_HDR.jpg

IMG_20161203_163132_HDR.jpgIMG_20161203_163245_HDR.jpg

IMG_20161203_165019_HDR.jpgIMG_20161203_165115_HDR.jpg

Изменено пользователем xbSlick
1 пользователю понравилось это

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Здравствуйте! Очень интересная тема. Сразу оговорюсь что опыта автоматизации у меня нет и как это реализуется "по уму" я не знаю, но я бы поступил так:

По поводу датчиков температуры мое видение такое. Я бы разместил несколько датчиков по периметру, скажем 4 в каждом углу теплицы и некоторое время просто бы понаблюдал за разницей показаний, ведь может оказаться так что температура в разных частях теплицы (на одной высоте) разная, где-то фрамуга, где-то обогрев, а там уже смотреть, если расхождения не большие, то использовать среднее значение или какой-то датчик использовать как основной, где-нибудь в центре теплицы, а остальные как контрольные. Тут мне кажется только опытным путем, единственное что, я считаю, датчик должен располагаться в зоне роста растения, например если это салат, то в районе его листвы или на несколько см выше, если это огурец на шпалере скажем 2 метра, то где-то в 1.5м от земли.

По поводу автоматизации полива, думаю логичней делать полив не по датчику влажности почвы а по расписанию. Скажем 3 программы полива для солнечного дня, переменной облачности, сильной облачности. Датчик влажности почвы использовать как контрольный для защиты от перелива/пересыхания

1 пользователю понравилось это

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
13 hours ago, Evgeny41 said:

Здравствуйте! Очень интересная тема. Сразу оговорюсь что опыта автоматизации у меня нет и как это реализуется "по уму" я не знаю, но я бы поступил так...

Спасибо за коммент, согласен с вами на 100%!

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Создайте аккаунт или войдите для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!


Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.


Войти сейчас