Перейти к содержанию
ЛиС

xbSlick

  • записи
    3
  • комментариев
    219
  • просмотр
    5 661

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


xbSlick

42 239 просмотров

IMG_20170223_205618_HDR_2.thumb.jpg.4f75476b35be44a4b9c674c8a204caea.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.

Вопросы и предложения по сотрудничеству можно высылать на почту: info@noda.com.ua

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

5) Умная теплица в Telegram - ССЫЛКА (добавлено 25.02.17)

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.

Сайт проекта: www.noda.com.ua

Почта: info@noda.com.ua

Практика применения:

1) Тепличный комплекс из четырех теплиц 100*10 для выращивания фундука и клубники - ССЫЛКА

 

  • Нравится 5

147 Комментариев


Рекомендуемые комментарии



тензиометр механический в вашем случае был бы интересней... встречал их но грубые для поля.. с вашей тягой мастерить могли бы сделать умную и полезную вещь.

Ссылка на комментарий

7.1) ВебИнтерфейс на базе WebiOPI

В этом разделе я буду выкладывать текущую версию ВебИнтерфейса.

VebYnterfeis_v_1_0_.jpg

Изменено пользователем xbSlick
Ссылка на комментарий

День добрый, уважаемые коллеги!

Сначала хочу подчеркнуть колоссальность объёма работ, который проделал уважаемый xbSlick - пройти от идеи и до практически работающего образца может далеко не каждый. Лично мне хотелось бы немного дополнить данный проект несколькими устройствами - датчиком влажности и экспериментальной платой расширения для Raspberry Pi.

Изучив проекты, что есть в  открытом и платном доступе, я решил создать свой собственный датчик. Так как одна из целей была низкая себестоимость,  то      принцип действия был выбран кондуктометрический,или  основанный на измерении проводимости. Минусы такого метода - поляризация измерительных электродов, приводящая к деградации поверхности и постепенному выходу их из строя. Но решение было найдено - электроды помещены в гипсовый блок, и измерение было выполнено на переменном токе. Программа написана на С для микроконтроллера Attiny13A. В качестве шины выбрана 1-wire. То есть каждый датчик является слейвом со своим уникальным адресом. Система команд соответствует DS18b20, и поэтому нет никаких проблем при подключении к любой системе. Паразитное питание не поддерживается. Ниже на фото внешний вид. Увы - через 4 месяца работы оказалось, что блок насыщается солями и точность измерения постепенно падает. Конечно, замена блока на новый решает проблему - но хотелось бы что-то более долговечное.

Плата расширения была разработана с целью превращения малины в ПЛК. Работа подразумевалась под управлением Codesys. Имела на борту 4 релейных выхода, 5 входов, часы реального времени, промышленный изолированный RS-485, интерфейс 1-wire, понижающий DC-DC преобразователь. Для проектов типа умной теплицы достаточно. Но увы - до серийного изделия данный вариант не дошёл ввиду проблем с финансированием.

Мой пост это ни в коем случае не реклама - с удовольствием поделюсь материалами по разработкам, буду рад тому, что у меня есть единомышленники. 

С уважением,Михаил.

20150516_170721_.jpg20150517_090927_.jpgDSC00887_.JPG

Изменено пользователем xbSlick
  • Нравится 2
Ссылка на комментарий

Михаил (Greeds74), спасибо за комментарии, очень полезно и КРАЙНЕ интересно!

Мои вопросы:

  1. По датчику измерения влажности почвы: А вы не пробовали ОТКЛЮЧАТЬ питание на электродах и подавать напряжение ТОЛЬКО в момент измерения проводимости, например, один раз в 5 минут ?
  2. Можете поделиться подробностями по датчику (схема, доп. фото, список комплектующих) ?
  3. Можете поделиться подробностями по плате расширения (схема, доп. фото, список комплектующих) ?

З.Ы.: Для размещения картинок можете пользоваться сервисом - http://piccy.info/

А на самом форуме вставлять только ссылку на картинку, при этом не делайте ее очень большой, кому интересно всегда сможет увеличить ваше фото на весь экран. Таким образом, вы сохраните этот блог более читабельным.

 

 

 

Ссылка на комментарий

Меня не перестают восхищать ваш энтузиазм и решимость. Я во всём этом мало что понимаю, но с удовольствием буду следить за вашими потугами. Желаю вам всяческих успехов в начинаниях. Всех с НГ и Рождеством!

Ссылка на комментарий

Ну я надеюсь что со времён изобретения электричества (1729 год н.э.)

https://ru.wikipedia.org/wiki/Электричество

кто-нибудь научился преобразоввывать .... влажность в ППВ....ну в крайнем случае влажность в электрические сигналы - ток и напряжение.

А то как то неудобно получается, такие проекты....с микрокомпьютерами и облачными сервисами упираются в невозможность измерить влажность почвы.

Ссылка на комментарий

Итак, уважаемые коллеги, продолжаем знакомство с датчиками влажности. В ссылках ниже исходный код для сенсора влажности почвы под  Atmel Studio v6. Также во вложении принципиальная схема и схема разводки. Так как я работаю по старинке, используя P-CAD 2006, то я выкладываю не в его родном формате. А теперь давайте коснёмся некоторых нюансов - что касается изготовления самого гипсового блока. У меня нет чертежей, но сам сенсор устроен просто - диаметр 10 мм, электродами являются два медных провода с серебрением, установленных на расстоянии 1 мм друг от друга через изолирующую прокладку.  Отладка проекта производилась через DebugWire с использованием Atmel Ice.

 Исходники сенсора

Сама плата

Схема принципиальная

Сразу хочу сказать - по поводу измерения влажности почвы я сейчас использую совершенно другой метод измерения, а именно высокочастотный ёмкостный метод. Мне жаль, но я не могу делиться наработками, имеющими коммерческую ценность. Но вот старые проекты, которые уже давно пылятся в архиве - вообще без проблем. Мне бы хотелось, чтобы они увидели свет, развиваемые сообществом.

Далее- что касается применения Raspberry Pi в тепличной системе, то в своё время аналогом Codesys был вот такой очень любопытный проект с открытым исходным кодом -OpenAPC . Он поддерживает работу с протоколом Modbus RTU. Год назад была проведена минимизация функций и оказалось, что малину вполне можно заменить менее дорогим, но вполне функциональным устройством. Согласитесь - такую мощность, которой обладает малина, использовать только для того, чтобы переключать выхода или опрашивать сенсоры температуры, немного расточительно. Да и цена только самой платы тоже ощутима. Что получилось в итоге - давайте я расскажу чуть позже.

С уважением,Михаил.

Ссылка на комментарий

Уважаемые коллеги! А вот теперь я расскажу, что же получилось в итоге минимизации функций системы управления на основе Raspberry Pi. Одна из задач системы управления теплицами - температурный режим как один из факторов проветривания. Мой коллега xbSlick правильно подметил, что весьма тяжёлые фрамуги необходимо открывать соответствующим приводом. По роду деятельности я достаточно давно работаю с шаговыми двигателями, и у них есть одно замечательное свойство - большой вращающий момент. То есть, если к обычной шаго-винтовой паре подключить такой привод и использовать драйвер в режиме микрошага, то получится весьма работоспособное устройство. Но ведь согласитесь, для большой теплицы их может понадобится более 5-6 шт, что весьма будет ощутимо по стоимости в случае применения плат Raspberry Pi. Выход - применить более дешёвую плату с STM32 на борту, типа вот такой.

Сейчас, через год упорных работ и экспериментов, вот что получилось:

  1. Операционная система жёсткого реального времени - да
  2. Совместимость с промышленными контроллерами - да, совместим с Mitsubishi FX2N
  3. Поддерживаемые языки программирования -LAD, IL,SFC
  4. Визуальная онлайн- отладка, наблюдение и изменение переменных, загрузка и выгрузка программы - да
  5. Отладка через USB -да
  6. Наличие Modbus RTU master/slave с подержкой RS-485 -да
  7. Наличие 1-wire master - да
  8. Наличие драйвера LCD -да
  9. Среда программирования - GX Developer FX
  10. Поддержка шаговых двигателей -да, 2 канала
  11. Часы реального времени -да
  12. Количество дискретных входов/выходов- 6/8
  13. Открытый исходный код -нет
  14. Максимальное количество шагов программы- 4000
  15. Максимальное количество слейвов 1-wire -128
  16. Максимальное количество вызовов функций modbus- 32

Ниже дополнительно ссылка на видео теста канала управления шаговым двигателем как раз с использованием языка SFC - языка последовательных блоков.

ССЫЛКА

Буду рад, если проделанная работа будет Вам интересна - сейчас трудно найти единомышленников даже в таком интересном деле, как тепличные хозяйства. Понятно, что эти технологии не ограничиваются только парниками - но сейчас мы ведем диалог именно об этом.

С уважением,Михаил.

Изменено пользователем xbSlick
Ссылка на комментарий
11 час назад, Greeds74 сказал:

Уважаемые коллеги! А вот теперь я расскажу, что же получилось в итоге минимизации функций системы управления на основе Raspberry Pi. Одна из задач системы управления теплицами - температурный режим как один из факторов проветривания. Мой коллега xbSlick правильно подметил, что весьма тяжёлые фрамуги необходимо открывать соответствующим приводом. По роду деятельности я достаточно давно работаю с шаговыми двигателями, и у них есть одно замечательное свойство - большой вращающий момент. То есть, если к обычной шаго-винтовой паре подключить такой привод и использовать драйвер в режиме микрошага, то получится весьма работоспособное устройство.

С уважением,Михаил.

  В разработке "народного контроллера" ТК есть серьёзные наработки у форумчанина Pyotr.

Шаговые двигатели ( ШД ) чаще применяются в системах с малыми моментами без обратной связи по положению ( базирование по концевикам ).

Обычно, в приводе фрамуг ТК применяются мотор-редукторы на основе асинхронных двигателей ( ДПТ ) с обратной связью по положению.

Изменено пользователем Alexandr
Ссылка на комментарий
6 минут назад, Alexandr сказал:

Шаговые двигатели ( ШД ) чаще применяются в системах с малыми моментами без обратной связи по положению ( базирование по концевикам ).

Обычно, в приводе фрамуг ТК применяются мотор-редукторы на основе асинхронных двигателей ( ДПТ ) с обратной связью по положению.

Уважаемый Александр!

Прошу Вас- более внимательно посмотрите на график момента асинхронного двигателя - и вы увидите, что ваша информация неверна. Шаговый двигатель, например NEMA23 (  а это совсем небольшой привод- посмотрите моё видео ниже), обладает весьма ощутимым моментом даже на просто мизерных перемещениях. У меня один товарищ на спор пытался рукой и пассатижами его остановить- потом учился писать левой рукой. Тем более при установке энкодера такой привод становится просто чемпионом по позиционированию.Вообще, самый так сказать высокомоментный привод - это Двигатель Постоянного Тока с последовательным возбуждением. Такого типа привода используют в машинах типа Tesla S.

Но самое главное - ценник и доступность в нашем случае. Тут с шаговиком трудно поспорить.

С уважением,Михаил.

 

Ссылка на комментарий

В режиме микрошага шаговый двигатель теоретически снижает на примерно корень из 2, но вот на практике это не всегда даже заметно. Тут на самом деле очень важен ток привода. Ниже таблица сравнения для привода YAKO.

Шаговый двигатель ST57-100, ток 4.2 А, момент 2.1 Нм

Момент двигателя ST57-100 при вращении драйвером YKC2608M-H при напряжении 45 В, ток 4.28 А.

Микрошаг\скорость 30 об/мин 300 об/мин 600 об/мин 1050 об/мин
1/2 2.222 2,137 1.125

0.699

1/20 2.245 2.163 1.185 0.751
Leadshine EM705 1/20, 4.2 A ---- 2.091 1.129 0.715
Изменено пользователем xbSlick
Ссылка на комментарий

И более подробно о "влиянии микрошагового режима на крутящий момент шагового двигателя" можно прочитать вот тут.

Изменено пользователем xbSlick
Ссылка на комментарий
3 часа назад, Alexandr сказал:

  В разработке "народного контроллера" ТК есть серьёзные наработки у форумчанина Petr.

Александр, возможно Вы говорите обо мне? :) С праздниками всех!

Если кто не видел моей записи в блоге http://greentalk.ru/blogs/entry/573-система-вентиляции-для-фермерских-и-любительских-теплиц/ , посмотрите, может что-то пригодится. Приводы отработали 2 года. Теперь появились новые идеи.

Буду делать по типу сервопривода. Управляющий контроллер отсылает данные контроллеру привода по необходимости, не чаще раза в 3 мин. Данные представляют собой номер привода, требуемое положение и контрольная сумма. Выбранный привод отрабатывает задание, отправляет подтверждение УК и ждёт следующей команды. 

Привод похож на тот, что в блоге. Только будет управляться собственным контроллером и механическая часть, вместо цепь-звёздочка, заменится тросом 3 мм, причём проскальзывание тросика исключено. Когда сделаю, покажу и расскажу подробней.

 

 

Изменено пользователем Pyotr
Ссылка на комментарий
3 минуты назад, Pyotr сказал:

Александр, возможно Вы говорите обо мне? :) С праздниками всех!

Если кто не видел моей записи в блоге http://greentalk.ru/blogs/entry/573-система-вентиляции-для-фермерских-и-любительских-теплиц/ , посмотрите, может что-то пригодится. Приводы отработали 2 года. Теперь появились новые идеи.

Буду делать по типу сервопривода. Управляющий контроллер отсылает данные контроллеру привода по необходимости, не чаще раза в 3 мин. Данные представляют собой номер привода, требуемое положение и контрольная сумма. Выбранный привод отрабатывает задание, отправляет подтверждение УК и ждёт следующей команды. 

Привод похож на тот, что в блоге. Только бутет управляться собственным контроллером и механическая часть вместо цепь-звёздочка заменится тросом 3 мм, причём проскальзывание тросика исключено. Когда сделаю, покажу и расскажу подробней.

 

 

   Исправил. Рад всех поздравить с наступающим праздником рождества Христова.

На самом деле интересно наблюдать за развитием Вашего проекта. Успехов.

Ссылка на комментарий

Пётр- день добрый. Проникся вашим изделием- большой труд. В качестве контроллера Вы используете что-то из Adruino?

С уважением,Михаил.

Ссылка на комментарий

А что касается скорости - то я спокойно разгонял шаговик до 7000 тыс оборотов в минуту, так что тут совершенно спокоен. Меня интересует вот что - я увидел привод, основанный на двигателе постоянного тока с аналоговой обратной связью. Сам привод имеет постоянные магниты  и  подшипники скольжения плюс  щёточный механизм. А какие ещё реализации можно найти?  Кто из сообщества использовал что-то отличное от такого решения? Меня разбирает любопытство - но я не буду спрашивать Петра про КПД, потому что это на самом деле просто неважно при перемещении раз в 3 минуты за время, меньшее чем 1 минута.

С уважением,Михаил.

Изменено пользователем xbSlick
Ссылка на комментарий
2 часа назад, Greeds74 сказал:

Пётр- день добрый. Проникся вашим изделием- большой труд. В качестве контроллера Вы используете что-то из Adruino?

С уважением,Михаил.

В одной тепличке сделано на атмега8, в другой на атмега328. Но это мои начальные проекты с простыми меню. Памяти (и ОЗУ и флеш) и ног  не хватает для серьёзного функционала. Теперь всё делаю на атмега128.

Про КПД - это совсем не важно. При правильном алгоритме фрамуга должна двигаться 5-20 раз за сутки шагами по 1-20 см.(если полный ход около1 м)
По своим наблюдениям сделал вывод: открываться фрамуги должны за 20-90 сек, а закрываться - за 15-40 сек - на случай начавшего косого ливня.

Для одиночных фрамуг можно присмотреться к механизму электростеклоподъёмника авто. Выбирать те, у которых привод шестерня-рейка.

Например

 forvard-2106-b5.jpg

  • Нравится 1
Ссылка на комментарий

Коллеги, за пару дней, да и еще и в праздники, вы наполнили этот блог ОЧЕНЬ ценной инфой. НО, с вашего позволения, я наберусь сил и немного "отфильтрую" что по теме, а что нет ;)

Ссылка на комментарий

Уважаемый xbSlick - заранее спасибо. Что касается работы с Atmega128 - то у меня есть и такая наработка. Вот фото одной старой платы - их осталось штук 20 ещёatm.JPG

Несмотря на преимущества, пришлось перейти на другую платформу - на STM32. Я прикипел к системам реального времени, а они достаточно требовательны к размеру оперативной памяти. Есть даже проект монстра, у которого к Atmega128 подключается 64 К внешней памяти. Я был рад до первого включения - потребление тока во всех ухищрениях было великовато. Вот так и ушёл на STM.

С уважением,Михаил.

Изменено пользователем xbSlick
Ссылка на комментарий

9) Периферийные устройства - Графическая схема (начало)

Skhema_podkliuchenyia_pereferyy.jpg

Датчики:

  1. DS18B20 - Цифровой датчик температуры.
  2. TSL2561 - Цифровой датчик освещения.
  3. BME280 - Цифровой датчик влажности, температуры и давления.

Другие устройства:

  1. DS3231 - Часы реального времени с батарейкой (аккумулятором).
  2. ADS1115 - Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
  3. PCF8574 - Расширитель цифровых входов / выходов (ЦАП).
Изменено пользователем xbSlick
Ссылка на комментарий

В такой конструкции совсем бы не помешал надёжный датчик влажности почвы - и причём не один.

Можно по шине 1-wire кстати.

  • Нравится 1
Ссылка на комментарий

Коллеги, имеющие опыт реальной эксплуатации теплиц зимой - подскажите, насколько важен такой параметр, как влажность воздуха в зимних условиях?

Ссылка на комментарий

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйте новый аккаунт в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти
×
×
  • Создать...

Важная информация

Мы используем файлы cookie, чтобы улучшить работу сайта. Дальнейшее пребывание на сайте означает согласие с их применением.