Стремление человечества делать все вещи «умными» понемногу переходит с домов на прочие постройки, к примеру, теплицы. Существует множество примеров умных теплиц, которые могут почти всё: измерять температуру, автоматически регулировать влажность и прочее.
В сегодняшней статье мы научимся применять датчик уровня влажности почвы (далее просто датчик) на примере автоматизированного полива.
Для реализации проекта из этой статьи нам потребуются следующие компоненты:
Существует бесконечное множество датчиков влажности почвы и практически все варианты работают по схожему принципу; подключение датчиков, соответственно, тоже не претерпевает сложных изменений.
У всех подобных датчиков имеется 3 выхода – VCC (питание), GND (земля) и S (сигнальный выход). Из-за особенностей работы датчика и относительно небольшого его потребления, питать датчик желательно от цифрового пина микроконтроллера, включая лишь на время замера и выключая после него.
Для подключения датчика к Arduino в комплекте обычно идут все необходимые компоненты:
Предупреждение – если планируется использование датчика в экстремальных (отличных от идеальных) условиях, желательно (очень желательно, практически обязательно!) предусмотреть защиту микросхемы и контактов датчика от попадания грязи и влаги.
Один из возможных вариантов защиты – применение так называемой жидкой изоленты или обычного лака для ногтей, оба варианта справятся с задачей!
Измерение производится по простому принципу – на один из контактов датчика подаётся питание, а с другого оно считывается. Чем влажнее будет почва – тем меньше будет разница между двумя этими сигналами.
Из-за такого способа измерения процессы окисления разрушают контакты датчика, поэтому питание лучше подавать только на время измерения. Также, различные компании применяют специализированные покрытия контактов (например иммерсионное золото)
Эта часть поделится на две вложенные части – просто считывание и отображение данных и реализация умного полива.
В этом примере мы используем Arduino Uno, датчик влажности почвы и LCD-дисплей 16*2.
Так как пример не рассчитан на длительную работу, мы не будем защищать датчик отключением питания, а подключим его на пин+5 Arduino-платы; но мы настоятельно рекомендуем регулировать питание датчика, или, на худой конец, защитить контакты гипсом, это тоже работает.
Датчик необходимо подключить следующим образом:
Вы можете подключить датчик к любому аналоговому пину Arduino, но не забудьте поменять пин в скетче, если используете не А0.
ЖК дисплей подключён к питанию +5В, земле и цифровому пину 2 (TX программной реализации UART).
Просим обратить внимание – это НЕ ОБЫЧНЫЙ LCD 16*2! Это его немного изменённая версия с переходником на UART, что позволяет использовать всего 1 цифровой пин для управления. Обычный дисплей 16*2 подключить не получится, нужно менять код.
Всё, что требуется – скопировать следующий код и залить его в Arduino.
Обратите внимание: вы должны иметь библиотеку SoftwareSerial для компиляции скетча, если её у вас нет, то её можно скачать на GitHub.
В программе имеется несколько переменных-эндпоинтов, которые задают крайние положения влажности, что позволяет добавить так называемую «среднюю точку» – это заметно улучшает точность показаний датчика.
Вы можете приравнять эндпоинты друг к другу, чтобы оставить дискретность «в лоб» – либо мокро, либо сухо. В любом случае, эндпоинты надлежит подогнать под значения, устраивающие вас, ведь почва везде разная. Подробнее о процессах в почве можно почитать в Википедии.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 |
// Данный пример демонстрирует работу датчика уровня влажности почвы с LCD дисплеем 1602. // В программе считываются все данные с датчика с выведением уровеня влажности почвы на дисплей // Для работы с дисплеем используется библиотека softwareserial library #include <SoftwareSerial.h> // Подключите контакт для обмена данными с использованием LCD дисплея по серийному протоколу RX к цифровому контакту 2 Arduino SoftwareSerial mySerial(3,2); // pin 2 = TX, pin 3 = RX (не используется) // Здесь мы введем несколько констант // Настройка констант зависит от условий внешней среды, в которой используется датчик int upLevel = 400; int downLevel = 250; // Определяем контакт A0 на Arduino для работы с датчиком: int sensorPin = A0; void setup(){ mySerial.begin(9600); // устанавливаем скорость обмена данными на 9600 baud delay(500); // ждем, пока наш дисплей загрузится } void loop(){ // Здесь мы объявляем строку, в которой хранятся данные для отображения на дисплее. // Значения будут изменяться в зависимости от уровня влажности почвы String DisplayWords; // В переменной sensVolue хранится аналоговое значение датчика с контакта А0 int sensVolue; sensVolue = analogRead(sensorPin); // перемещаем курсор к началу первой строки дисплея: mySerial.write(254); mySerial.write(128); // очищаем дисплей: mySerial.write(" "); mySerial.write(" "); // перемещаем курсор к началу первой строки дисплея: mySerial.write(254); mySerial.write(128); // выводим необходимую информацию на дисплей: mySerial.write("Water Level: "); mySerial.print(sensVolue); //Используем .print вместо .write для значений // Теперь мы проведем проверку уровня влажности по сравнению с заданными нами предварительно числовыми константами. // Если значение меньше downLevel, отображаем слова: // "Dry, Water it!" if (sensVolue <= downLevel){ // перемещение курсора к началу второй строки дисплея: mySerial.write(254); mySerial.write(192); DisplayWords = "Dry, Water it!"; mySerial.print(DisplayWords); // Если значение не ниже downLevel надо провести проверку, не будет ли оно больше нашего upLevel и, если, больше, отобразить надпись "Wet, Leave it!": } else if (sensVolue >= upLevel){ // перемещаем курсор к началу второй строки дисплея: mySerial.write(254); mySerial.write(192); DisplayWords = "Wet, Leave it!"; mySerial.print(DisplayWords); // Если полученное значение в диапазоне между мин. и макс. и почва была раньше влажной, а теперь сохнет, отображаем надпись "Dry, Water it!" (когда мы приближаемся к downLevel). // Если почва была сухой, а теперь быстро увлажняется, отображаем слова "Wet, Leave it!" (когда мы приближаемся к upLevel): } else { // перемещаем курсор к началу второй строки дисплея: mySerial.write(254); mySerial.write(192); mySerial.print(DisplayWords); } delay(500); // Ставим задержку в 500 миллисекунд между считываниями } |
Настало время применить полученные нами знания в серьёзном деле – сейчас мы соберем установку для автоматического полива растений при высыхании почвы до определённого уровня. Вот пример получившейся у нас установки:
Для автоматизации полива нам понадобится ещё кучка радио- и не только радиоэлементов! Вообще, ваша цель – сварганить насос для подачи воды, а вот как вы это сделаете – решайте сами.
Мы использовали запатентованную технологию передачи воды по шкиву, а вы можете за “недорого” купить насос с рабочим напряжением 12В и будет вам счастье, а не куча мороки.
В любом случае, для управления двигателем понадобится резистор (от 100 до 1000 Ом), полупроводниковый диод Шоттки и биполярный транзистор типа PNP.
Подробная схема подключения представлена ниже:
Естественно, потребуется еще и программа для работы проекта. Вот она:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 |
// В данном 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 контакт для обмена данными с использованием LCD дисплея по серийному протоколу RX к цифровому контакту 2 Arduino SoftwareSerial mySerial(3,2); // pin 2 = TX, pin 3 = RX (unused) // Управляем двигателем с помощью контакта 9. // Этот контакт 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 levelUp = 400; int levelDown = 250; // Настраиваем контакт A0 на Arduino для работы с датчиком: int sensorPin = A0; void setup(){ pinMode(motorPin, OUTPUT); // устанавливаем контакт, к которому подключен двигатель в качестве выхода mySerial.begin(9600); // устанавливаем скорость обмена данными на 9600 baud delay(500); // ждем пока дисплей загрузится } void loop(){ // Здесь мы объявляем строку, в которой хранятся данные для отображения на дисплее. // Значения будут изменяться в зависимости от уровня влажности почвы String DisplayWords; // В переменной sensorValue хранится аналоговое значение датчика с контакта А0 int sensorValue; sensorValue = analogRead(sensorPin); // перемещаем курсор к началу первой строки дисплея: mySerial.write(254); mySerial.write(128); // очистка дисплея: mySerial.write(" "); mySerial.write(" "); // перемещаем курсор к началу первой строки 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 levelDown, отображаем слова: // "Dry, Water it!" if (sensorValue <= levelDown){ // перемещаем курсор 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 levelDown надо провести проверку, не будет // ли оно больше нашего levelUp и, если, больше, // отобразить надпись "Wet, Leave it!": } else if (sensorValue >= levelUp){ // перемещаем курсор 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!" (когда приближаемся к levelDown). // Если почва была сухой, а теперь быстро увлажняется, отображаем слова "Wet, Leave it!" (когда приближаемся к levelUp): } else { // перемещаем курсор к началу второй строки дисплея: mySerial.write(254); mySerial.write(192); mySerial.print(DisplayWords); } delay(500); //Задержка в 500 миллисекунд между считываниями } |
Вольтик
1 комментарий. Оставить новый
Для контроллеров, у которых одна и та-же физическая нога может внутрисхемно переключаться с аналогового порта на цифровой, можно эту ногу использовать последовательно
1. как питание , через диод, для зарядки конденсатора (емкость подбирается так, чтобы хватило заряда на время измерения)
2. собственно само измерение.
Этим мы экономим порты контроллера но добавляем кондер + диод, и увеличиваем объем кода прошивки.
(надо проверить эту идею)