Оповещение о необходимости полива на датчиках влажности. Автополив комнатных растений на Arduino

Хотели бы вы, чтобы ваши растения сообщали о том, что их надо полить? Или просто держали вас в курсе уровня влажности почвы?

В этой статье мы рассмотрим проект автоматизированного полива с использованием датчика уровня влажности почвы:

Обзор датчика уровня влажности почвы

Подобные датчики подключаются достаточно просто. Два из трех коннекторов - это питание (VCC) и земля (GND). При использовании датчик желательно периодически отключать от источника питания, чтобы избежать возможного окисления. Третий выход - сигнал (sig), с которого мы и будем снимать показания. Два контакта датчика работают по принципу переменного резистора - чем больше влаги в почве, тем лучше контакты проводят электричество, падает сопротивление, сигнал на контакте SIG растет. Аналоговые значения могут отличаться в зависимости от напряжения питания и разрешающей способности ваших аналоговых пинов микроконтроллера.

Для подключения датчика можно использовать несколько вариантов. Коннектор, приведенный на рисунке ниже:

Второй вариант более гибкий:

Ну и конечно можно напрямую запаять контакты на датчик.

Если вы планируете использовать датчик за пределами квартиры, стоит дополнительно задуматься о защите контактов от грязи и прямого попадания солнечных лучей. Возможно, стоит подумать о корпусе или нанесении защитного покрытия непосредственно на контакты датчика уровня влажности и проводники (смотрите на рисунок ниже).

Датчик уровня влажности почвы с нанесенным защитным покрытием на контактах и изолированными проводниками для подключения:

Проблема недолговечности датчика уровня влажности почвы

Один из недостатков датчиков подобного типа - недолговечность их чувствительных элементов. К примеру, компания Sparkfun решает эту проблему, используя дополнительное покрытие (Electroless Nickel Immersion Gold). Второй вариант продления срока действия сенсора - подавать на него питание непосредственно при снятии показаний. При использовании Arduino, все ограничивается подачей сигнала HIGH на пин, к которому подключен датчик. Если вы хотите запитать датчик большим напряжением чем предоставляет Arduino, всегда можно использовать дополнительный транзистор.

Контроль уровня влажности почвы - пример проекта

В приведенном ниже проекте использованы датчик уровня влажности, аналог платы Arduino - RedBoard и LCD дисплей, на котором выводятся данные про уровень влажности почвы.

Датчик уровня влажности почвы компании SparkFun:

Красный проводник (VCC) подключается к 5 В на Arduino, черный - к земле (GND), зеленый - сигнал - к аналоговому пину 0 (A0). Если вы используете другой аналоговый пин на Arduino, не забудьте внести соответствующие изменения в скетч для микроконтроллера, представленный ниже.

LCD дисплей подключен к 5 В, земле и цифровому пину 2 (также можно изменить и внести изменения в код) для обмена данными с микроконтроллером по серийному протоколу связи.

Стоит отметить, что если вы хотите продлить срок службы вашего сенсора, можно подключить его питание к цифровому пину и питать его только при считывании данных, а после - отключать. Если запитывать датчик постоянно, его чувствительные элементы вскоре начнут ржаветь. Чем больше влажность почвы, тем быстрее будет проходить коррозия. Еще один вариант – нанести гипс на датчик. В результате влага будет поступать, но коррозия значительно замедляется.

Программа для Arduino

Скетч достаточно простой. Для передачи данных на LCD дисплей вам необходимо подключить библиотеку Software Serial library. Если у вас в ее нет, скачать можно здесь: Arduino GitHub

Дополнительные пояснения приведены в комментариях к коду:

// Пример использования датчика уровня влажности почвы с LCD дисплеем.

SoftwareSerial mySerial(3,2); // pin 2 = TX, pin 3 = RX (не используется)

int thresholdUp = 400;

int thresholdDown = 250;

int sensorPin = A0;

String DisplayWords;

int sensorValue;

mySerial.write(254);

mySerial.write(128);

// очистка дисплея:

mySerial.write(" ");

mySerial.write(" ");

// перемещение курсора к началу первой строки LCD дисплея:

mySerial.write(254);

mySerial.write(128);

// "Dry, Water it!"

mySerial.write(254);

mySerial.write(192);

mySerial.print(DisplayWords);

} else if (sensorValue >= thresholdUp){

// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:

mySerial.write(254);

mySerial.write(192);

mySerial.print(DisplayWords);

// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:

mySerial.write(254);

mySerial.write(192);

mySerial.print(DisplayWords);

В программе использованы различные минимальное и максимальное значения. В результате среднее значение может характеризовать влажность в зависимости от того, почва увлажняется или сушится. Если вы не хотите использовать это среднее значение, максимальное и минимальное значения можно принимать одинаковыми. Однако эксперименты показывают, что предложенный подход позволяет более точно характеризовать процессы, которые происходят в почве. Определенного точного среднего значения в реальных условиях не существует. Так что с выборкой диапазона можно поиграться. Если вас интересуют процессы, которые происходят в почве при взаимодействии с водой, почитайте тут, например: Wiki . Процессы достаточно сложные и интересные.

В любом случае, переменные вам надо настроить под собственные условия: тип почвы, необходимый уровень увлажнения. Так что тестируйте, экспериментируйте пока не определитесь с подходящими значениями.

После организации считывания данных с датчика уровня влажности и их отображения, проект можно развить дальше, организовав систему автоматического полива.

Датчик уровня влажности в составе автоматической системы полива на основании Arduino:

Для автоматизации полива нам понадобятся дополнительные детали: возможно, шкивы, зубчатые шестерни, двигатель, муфта, транзисторы, резисторы. Список зависит от вашего проекта. Ну все, что может попасться под руку в быту. Более детально один из примеров показан ниже:

Это один из множества вариантов установки двигателя для системы автоматического полива. Колесо можно установить непосредственно в воде. В таком случае при его быстром вращении, вода будет подаваться к растению. В общем, можете проявить фантазию.

Схема подключения двигателя постоянного тока () на примере копии Arduino от SparkFun приведена ниже:

Ниже приведен скетч для Arduino (по сути он такой же как и приведенный выше с небольшим дополнением для управления двигателем):

// В скетче считываются данные с датчика и отображается уровень влажности почвы

// если почва сухая, начинает работать двигатель

// Для работы с дисплеем используется библиотека softwareserial library

#include <SoftwareSerial.h>

// Подключите пин для обмена данными с использованием LCD дисплея по серийному протоколу RX к цифровому пину 2 Arduino

SoftwareSerial mySerial(3,2); // pin 2 = TX, pin 3 = RX (unused)

// Управляем двигателем с помощью пина 9.

// Этот пин должен обязательно поддерживать ШИМ-модуляцию.

const int motorPin = 9;

// Тут мы настраиваем некоторые константы.

// Настройка констант зависит от условий внешней среды, в которой используется датчик

int thresholdUp = 400;

int thresholdDown = 250;

// Настраиваем пин A0 на Arduino для работы с датчиком:

int sensorPin = A0;

pinMode(motorPin, OUTPUT); // устанавливаем пин, к которому подключен двигатель в качестве выхода

mySerial.begin(9600); // устанавливаем скорость обмена данными на 9600 baud

delay(500); // ждем пока дисплей прогрузится

// Здесь мы объявляем строку, в которой хранятся данные для отображения

// на жидкокристаллическом дисплее. Значения будут изменяться

// в зависимости от уровня влажности почвы

String DisplayWords;

// В переменной sensorValue хранится аналоговое значение датчика с пина А0

int sensorValue;

sensorValue = analogRead(sensorPin);

mySerial.write(128);

// очистка дисплея:

mySerial.write(" ");

mySerial.write(" ");

// перемещение курсора к началу первой строки LCD дисплея: mySerial.write(254);

mySerial.write(128);

// запись необходимой информации на дисплей:

mySerial.write("Water Level: ");

mySerial.print(sensorValue); //Использование.print вместо.write для значений

// Теперь мы проведем проверку уровня влажности по сравнению с заданными нами предварительно числовыми константами.

// Если значение меньше thresholdDown, отображаем слова:

// "Dry, Water it!"

// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:

mySerial.write(254);

mySerial.write(192);

DisplayWords = "Dry, Water it!";

mySerial.print(DisplayWords);

// запуск двигателя на небольших оборотах (0 – остановка, 255 – максимальная скорость):

analogWrite(motorPin, 75);

// Если значение не ниже thresholdDown надо провести проверку, не будет

// ли оно больше нашего thresholdUp и, если, больше,

// отобразить надпись "Wet, Leave it!":

} else if (sensorValue >= thresholdUp){

// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:

mySerial.write(254);

mySerial.write(192);

DisplayWords = "Wet, Leave it!";

mySerial.print(DisplayWords);

// выключение двигателя (0 – остановка, 255 – максимальная скорость):

analogWrite(motorPin, 0);

// Если полученное значение в диапазоне между минимальным и максимальным

// и почва была раньше влажной, а теперь сохнет,

// отображаем надпись "Dry, Water it!" (то есть, когда мы

// приближаемся к thresholdDown). Если почва была сухой, а теперь

//быстро увлажняется, отображаем слова "Wet, Leave it!" (то есть, когда мы

// приближаемся к thresholdUp):

// перемещение курсора к началу второй строки дисплея:

mySerial.write(254);

mySerial.write(192);

mySerial.print(DisplayWords);

delay(500); //Задержка в пол секунды между считываниями

Удачи вам в реализации автоматического полива ваших растений!

ArdСистема автополива автоматизирует работу по уходу за комнатным цветком. В тематических магазинах продают такую конструкцию по безбашенной цене. Однако вещь стоящая, так как машина самостоятельно регулирует «порции» влаги для растения.

В этой статье читателю предлагается создать собственный автополив на arduino. Микроконтроллер в данном случае выступает системой управления периферийных устройств.

Необходимые инструменты и периферия для реализации проекта «Автополив» на базе микроконтроллера Arduino

Ирригатор – устройство, контролирующее влажность почвы. Приспособление передает данные на датчик влажности, который укажет сконструированному автополиву на начало работы. Для составления программы используется язык программирования С++.

Таблица с требуемыми материалами:

Схема подключения и алгоритм работы в проекте «Автополив» на базе мк Arduino

Ниже представлен алгоритм и схема подключения проекта на платформе arduino. Автополив строится следующим образом:

1. Помещаем плату для сенсора на микроконтроллер.
2. Подключаем анализатор влажности с помощью платы, описанной выше, к аналогичному пину – А0.
3. Присоединяем сенсор к микроконтроллеру:
   1. Контакт CS подключается к пину № 9 на плате.
   2. Дисплейные контакты SPI соединяются с соответствующим разъемом на той же плате.
4. Силовой ключ вставляем в пин №4.
5. Коммутатор подводим к силовому ключу в разъемы, обозначаются буквами p+, p-.
6. Теперь подключаем водяную помпу с трубкой с помощью клеммника в контакты с буквами l+ и l-. Постепенно перед конструирующим человеком построится схема.
7. Втыкаем сенсорную панель, анализирующую влажность, в горшок с цветком.
8. Конец трубки вставляем с водой в почву. В случае, если растение вместе с горшком по весу не превышает 2 кг, закрепляем шланг отдельно. Иначе водяная капель может опрокинуть цветок.
9. Опускаем водяную помпу в бутылку, наполненную водой.
10. Подключаем конструкцию к электрическому питанию.

Ниже предлагаем вам две альтернативные схемы для нашего устройства:

Датчик анализирует статус влажности путем определения кислотности земли. Перед вставкой ирригатора в систему необходимо протестировать и откалибровать оборудование:

1. Записываем сведения, выведенные на дисплей. При этом сенсор воткнут в сухой горшок. Это обозначается, как min влажности.
2. Поливаем землю с растением. Ждем, когда вода до конца пропитает почву. Тогда показания на сенсорном экране покажут один уровень. Необходимо записать полученные сведения. Это значит max влажности.
3. В записном блокноте фиксируем константы HUM_MIN и HUM_MAX тем значением, которое было получено в результате калибровки. Прописываем значения в программе, которую переносим затем на микроконтроллер.

Выше описано конструирование автополива для одного цветка. Однако у любителей комнатных растений дом обставлен горшками с цветами. С одной стороны такой вопрос кажется сложным: необходимо подключить несколько помп и анализаторов увлажнения почвы. Но существует более дешевое и простое решение по конструированию автополива.

В шланге от помпы проделываются 25 сантиметровые отверстия с помощью шила. В полученные дырочки втыкаются кусочки стержней ручек шарикового формата. В итоге получается:

• горшки с растениями выстраиваются в ряд на подоконнике;
• трубка устанавливается на цветочный горшок так, чтобы вода из каждого отверстия лилась в отдельный горшок;
• вуаля: изобретение одновременно поливает все растения.

Пользователь самостоятельно выбирает время для полива, но только для одного цветка. Нередко цветки по массе и размерам одинаковы. Следовательно, почва в горшках сохнет за одинаковое время. Для этого придуман метод комбинации: количество горшков делится по группам равного веса и размера.

Пример кода для Arduino для проекта «Автополив»

Переходим к программированию кода:

//Скачиваем библиотеку для работы дисплея и подключаем к программе #include "QuadDisplay2.h"; //Создаем константу, обозначающую контакт, к которому подключена водяная //помпа #define VODPOMPA_PIN 4; // Создаем константу, обозначающую контакт, к которому подключили //анализатор влаги земли #define HUM_PIN A0; //Min по влажности #define HUM_MIN 200; // Max по влажности #define HUM_MAX 700; //Время между проверками полива #define INTER 60000 * 3; //Объявляем переменную, в которой будет храниться значение влажности unsigned int hum = 0; //В этой переменной будем хранить временной промежуток unsigned long Time = 0; // Объявляем объект из класса QuadDisplay, затем передаем номерной знак //контакта CS QuadDisplay dis(9); //Создаем метод, отвечающий за работу дисплея void setup(void) { //Запуск метода begin(); // Объявляем функцию, которая будет отвечать за выход водяной помпы из //контакта pinMode(VODPOMPA_PIN, OUTPUT); //На дисплее загорается число - 0 dis.displayInt(0); } //Создаем метод, отвечающий за показатель влажности на данный момент void loop(void) { //Рассчитываем показатель увлажнения на данный момент int humNow = analogRead(HUM_PIN); // Если значение показателя не равно предыдущему, то... if(humNow != hum) { //Сохраняем полученные сейчас значение hum= humNow; //Вывод значения на экран displayInt(humNow); } //Задаем условия: если прошел заданный пользователь промежуток времени и //статус влаги в почве меньше необходимого, то... if ((Time == 0 || millis() - Time > INTER) && hum < HUM_MIN) { // Даем сигнал о начале работы водяной помпы digitalWrite(VODPOMPA_PIN, HIGH); //Объявляем потом, длящийся 2 секунды delay(2000); // Завершаем работу помпы digitalWrite(POMP_PIN, LOW); // Ставим в значение переменной Time текущее время и добавляем 3 минуты Time = millis(); } }

Дополнительно вы можете посмотреть пару интересных видео от наших коллег.

Всем доброго дня! Вот и настало лето, все уезжают из города, некоторые из страны, а дома есть какие-нибудь растения которые нужно поливать. В добавок ко всему теплая погода способствует более частому поливу растений. И для того что бы не брать свой любимый фикус на отдых, мы предлагаем собрать для него систему автоматического полива, об этом и будет наша сегодняшняя статья.

1. Об устройстве

Для создания системы полива нам понадобиться:

• Обрабатывающее устройство - по старой традиции у нас за него будет arduino uno
• Датчик влажности почвы - модуль arduino
• Помпа(Водяной насос) - водяной насос так же можно купить в Китае или сделать самому. По скольку напряжение помпы у меня 12 вольт включать буду с помощью реле.
• Другие важные мелочи - шланг меленького диаметра, емкость для воды, провода, источник питания.

Сразу что бы не питать иллюзий скажу, подключать к водопроводу все это дело мы не будем. Что бы избежать нештатных ситуаций, для простоты и удобства будем использовать резервуар(емкость с водой). Из резервуара воду будет качать насос(помпа), небольшой мощности будет достаточно, я буду использовать самодельную помпу с питанием 12 вольт. Хотя при подборе помпы стоит учесть: изгибы шланга, расстояние от насоса до поливаемого растения, тип насоса. В подборе шланга сложного ничего нет, выбираем по диаметру выходного отверстия помпы, но он должен быть не сильно широкий на выходе к растению. При построении системы нужно учесть тип полива, считается оптимальным капельный полив. Исходя из этого приспосабливают свободный конец шланга от помпы.

2. Датчик влажности почвы

Датчик влажности почвы измеряет влажность и выводит аналоговым сигналом от 0 до 1023 либо цифровым(0 или 1). Мы будем использовать аналоговый сигнал для большего контроля меняющейся влажности. Значение 0 это максимум влажности, 1023 максимум сухой. Мы будем использовать значение 200 - достаточная влажность, значение 600 - критическая сухость. Пороги влажности и сухости при необходимости можно изменить в скетче arduino. Сам датчик состоит из двух частей: щуп(опускается в землю) и компаратор. Записывается датчик от 3.3 до 5 вольт, можно использовать встроенный разъем arduino.

Схема компаратора на LM393:

Данные получаются по сигнальному проводу a0 и подключается следующим образом:

3. Практическая реализация

Логика работы: раз в секунду(можно сделать более долгие промежутки) arduino получает значение влажности с датчика. При получении значения больше 550 и если помпа не работала ближайшие 15 минут arduino включает реле(к которому подключен насос) на время time_work. Задержка 15 минут между поливами сделана для того что бы влага успела впитаться в почву и помпа перекачала больше воды чем надо. Переменная time_work устанавливает время работы помпы, это время за которое ваш насос успеет выкачать нужное количество воды вашему растению.
После полива устанавливается задержка 15 минут для работы помпы, при этом arduino продолжает следить за влажностью. А дальше все циклично. Со временем сделаю датчик уровня воды, что бы помпа не включалась если в резервуаре мало воды и выдавалась индикация.

Схема подключения:

Собственно сам код:

Int minv = 600;//малая влажность int maxv = 220;//полный полив int normv = 500;//чуть влажная int value = 0;//полученное значение int last_value = 0;//последнее значимое изменение int value_sdvig =50;//значимое изменение int ralay = 6; //пин реле int time_work = 10;//время работы помпы в сек int analogPin = A0;//пин датчика

//Переменные таймаута
int second = 0; // секунды
int time_off = 0; // счетчик оставшегося времени
int pause_time = 15; // время отдыха после полива в минутах

void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
pinMode(ralay,HIGH);//настройка реле
digitalWrite(ralay, HIGH);
}

void poliv()
{
int time_tmp;
time_tmp=time_work;
digitalWrite(ralay, LOW);
while(time_tmp>0 && value>normv){// ждем истечения времени time_work или нормальной влажности почвы
delay(1000);
value=analogRead(analogPin);//обновляем значение влажности
time_tmp--;
}
digitalWrite(ralay, HIGH);
second=0; // сбрасываем секунды на ноль
time_off=pause_time;// устанавливаем задержку между поливами
}

void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
value=analogRead(analogPin);
if (value>(last_value+value_sdvig)||value<(last_value-value_sdvig)){// если last_value отклонился на value_sdvig выводим value в uart
Serial.println(value);
last_value=value;
}
if ((value>(minv-value_sdvig)) && time_off<1) poliv();//если значение влажности > критическая влажность - 50 и не было недавних поливов
// временные функции что бы не играться с таймерами
if (second>59)
{
second=0;
if (time_off>0) time_off--;
}
delay(1000);//пауза 1 сек
second++;
}

На сегодня всё, спасибо всем за внимание! Ждем ваших комментариев.

На следующем рисунке приведена структурная схема комплексного решения для дистанционного управления и мониторинга системы полива.

Контроллер системы управления собирает данные с датчиков системы и с помощью GPRS-модема передаёт их на сервер. В ответ он получает от сервера команды для управления исполнительными устройствами системы (поливочными клапанами, насосом и клапаном блокировки долива воды в резервуар).

Пользователь имеет доступ на сервер через веб-приложение с ПК или мобильного устройства.

Шкаф управления системой

На следующем рисунке приведена структурно-функциональная схема шкафа управления.

Центром системы является контроллер Arduino Mega.

Контроллер управляет модемом SIM900 с помощью AT-команд, передаваемых через COM-порт.

Таким образом осуществляется обмен данными с сервером.

Возникают случаи, когда модем может попасть в «сложную ситуацию». Иногда для того, чтобы восстановить его нормальную работу требуется аппаратная перезагрузка. Для этого в систему добавлен модуль перезагрузки модема, представляющий собой электромагнитное реле, через которое скоммутировано питание модема.

Сигналы от датчиков уровня воды в резервуаре принимает модуль ввода дискретных сигналов. Датчики имеют выход типа «сухой контакт». Подробнее о них можно почитать . Для того чтобы завести дискретные сигналы от датчиков в контроллер, пропитываем их напряжением 24 В от блока питания. Модуль ввода представляет собой дискретные входы с опторазвязкой, преобразующие входной уровень напряжения в 24 В в уровень 5В, понятный контроллеру.

Для измерения температуры на улице к контроллеру подключен датчик DS18B20. Контроллер производит с ним обмен по интерфейсу OneWire.

В данной статье мы не будем приводить электрическую схему шкафа управления, код программы Arduino и подробно рассказывать о работе веб-сервера, т.к. это тема для отдельного разговора. Для тех, кто хочет углубиться в эту тему мы подготовили .

WEB приложение для управления поливом через интернет

Через веб-приложение пользователь:

• отслеживает текущее состояние системы: уровень воды в баке, температуру на улице, состояние линий полива(полив идёт/полив остановлен).
• управляет поливом (включает и выключает необходимые линии) в ручном режиме
• составляет расписание для полива в автоматическом режиме
• получает оповещение о важных событиях в системе (потеря связи, низкий уровень воды в баке и т.д.)
• анализирует график изменения температуры на улице за время работы системы
• просматиривает события, происходящие на объекте, пользуясь журналом событий

Главный экран управления и мониторинга состояния системы

На главном экране веб-приложения отображаются текущие состояния всех узлов системы: показания датчиков уровня воды в резервуаре и датчика температуры (таблица слева), а также состояние электромагнитных клапанов всех контуров полива (таблица справа).

На этом же экране пользователь может вручную включить или выключить любую из линий полива.

В нижней части экрана отображаются последние события, произошедшие на станции.

Экран управления расписанием полива в автоматическом режиме

На данном экране пользователь может создать расписание для работы системы в автоматическом режиме, чтобы сервер включал и выключал полив на станции без участия пользователя.

Журнал событий

В журнал заносятся важные события на станции: включение/выключение линий полива, обрыв связи со станцией, восстановление связи со станцией, температура на улице ниже заданного уровня, резервуар пуст, резервуар почти пуст.

Оповещение пользователя

В настройках станции пользователь может назначить некоторые события как «предупредительные» или «аварийные». При возникновении этих событий сервер будет оповещать пользователя по электронной почте и (или) СМС. Это могут быть события обрыва связи со станцией, низкий уровень воды в резервуаре или низкая температура на улице.

Нижний предел температуры и время таймаута, после которого система регистрирует обрыв связи, — задаются в настройках.

График уличной температуры

На этом экране отображается график изменения температуры в течение заданного промежутка времени (10 мин., 30 мин., час, 12 часов, сутки, неделя, месяц).

Дальнейшее развитие системы

В дальнейшем планируется повысить информативность системы, дополнив её счётчиками воды. Показания счётчиков будут видны пользователю через веб приложение. На основании этих данных можно будет строить графики расхода воды за длительный период времени.

Кроме того, планируется оборудовать линии полива датчиками влажности почвы и управлять поливом, руководствуясь их показаниями. Это позволит создать ещё более комфортные условия для роста растений и повысить экономию воды.

Заключение

Для тех, кто хочет более подробно изучить технологию обмена данными с удалённым сервером с помощью Arduino и модема SIM900, мы подготовили серию уроков на эту тему. Вот .

На этом пока всё! Надеемся, что было интересно! До новых встреч на LAZY SMART ! Чтобы не пропустить новую статью, вступай в нашу