Sistema de irrigação controlado por WiFi 'inteligente' alimentado por energia solar: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este projeto faz uso de peças solares DIY e 12v padrão do ebay, junto com dispositivos Shelly IoT e alguma programação básica em openHAB para criar uma rede elétrica de jardim inteligente caseira totalmente movida a solar e configuração de irrigação.

Destaques do sistema:

• Sistema totalmente movido a energia solar (dia e noite)
• Sistema de irrigação de 3 zonas (pode ser mais!)
• Totalmente controlado por wi-fi, com integração Google Home / Alexa usando dispositivos Shelly RGBW2
• Irrigação 'inteligente', use o sistema de rega automático definido, com links para a API do tempo para verificar a queda de chuva recente.

Por que esse design?

1) Eu estava examinando sistemas de irrigação para minha horta e descobri que eles eram muito caros ou tinham funções bastante limitadas (apenas ligavam / desligavam em um horário definido para uma única mangueira).

2) Meu jardim é muito longo e não há energia externa, então configurar uma grade de jardim de 12v movida a energia solar em meu galpão pareceu uma ideia divertida (e segura!) De obter energia em toda a extremidade do jardim)

3) Tenho brincado com dispositivos Shelly e OpenHAB e achei que seria divertido ver o que eu poderia alcançar!

Suprimentos

Sistema solar:

• Painel Solar (120W)
• Bateria (bateria de lazer 130aH)
• Controlador de carga solar (30A)
• Estabilizador 12v
• Cabeamento

Sistema de irrigação 'inteligente':

• Waterbutt / Abastecimento de água
• Bomba de água 12v DC
• Válvulas solenóides 12v (3x = 1 por zona de irrigação)
• Invólucro impermeável
• Mangueira de irrigação, conectores e mangueira
• Cabo de 5 núcleos
• Shelly RGBW2

(+ itens padrão como ferramentas, conectores de cabos, mangueiras, etc., conforme necessário!)

É possível completar muitas das funções do projeto usando o aplicativo Shelly, mas para uma lógica de automação mais avançada na irrigação, tenho usado o OpenHAB.

Etapa 1: configuração do sistema solar

Este passo é apenas uma explicação rápida da minha configuração, existem muitos bons guias sobre a melhor forma de configurar um sistema solar DIY e o objetivo principal deste Instructable é a grade de jardim 'inteligente' e o sistema de irrigação! (Esta etapa também é opcional, você pode alimentar todo o sistema por meio de um transformador de 12 V com alimentação de rede se tiver fácil acesso a uma fonte de alimentação e não quiser usar energia solar.)

Usei um painel solar de 120W (eBay ou Amazon), uma bateria de lazer 130aH (pode usar capacidade menor, mas recomendo usar uma bateria de lazer em vez de uma bateria de carro normal devido ao uso cíclico de um sistema solar como este) e uma carga solar de 30A unidade de controle. Você pode escolher uma unidade de Amp menor, mas a diferença de custo é mínima e ao consumir energia a 12 V, os Amps podem subir em breve!

O próprio sistema solar produzirá uma gama de tensões (a documentação do meu modelo diz 10,7 V a 14,4 V, dependendo do nível de carga da bateria e da entrada solar). Os dispositivos Shelly usados neste projeto são razoavelmente sensíveis à voltagem e precisam de uma alimentação constante de 12V. Para conseguir isso, você precisará de um estabilizador de tensão, facilmente disponível no eBay. Eu tenho uma entrada de 8V-40V para uma saída de 12V capaz de transportar 10A. 10A foi o maior estabilizador que consegui encontrar nesta faixa de tensão, então só poderei desenhar 10A de uma vez por meio desta conexão. Sempre é possível conectar um segundo estabilizador posteriormente para fornecer outra fonte de alimentação de 10A.

Fiz um teste rápido de configuração na minha mesa de jardim para garantir que tudo estava funcionando bem antes da instalação. Eu verifiquei a saída de tensão do controlador solar e era de fato ~ 13,4V. Uma vez que o estabilizador de tensão foi conectado, eu verifiquei novamente e ele era de 12,2 V - adequado para o Shelly RGBW2 e eu o conectei.

O Shelly ligou imediatamente e eu fui capaz de configurá-lo para meu WiFi e testei sua resposta - meu primeiro dispositivo IoT alimentado por energia solar!

Depois que tudo foi testado e funcionando, desmontei a configuração e movi os componentes para o meu galpão de jardim para instalação completa.

Eu construí uma estrutura básica para segurar o painel solar em um ângulo de 40 graus (mais eficiente é voltado para o sul a 40 graus de elevação na minha localização - verifique online, existem muitas calculadoras para obter o melhor ângulo para sua localização!)

Etapa 2: Irrigação inteligente - Alojamento da válvula de irrigação

O primeiro passo para criar o sistema de irrigação inteligente automatizado é criar um sistema de controle de válvula.

As válvulas que usei para este projeto são básicas, normalmente fechadas, 12 V CC, válvulas solenóides de 1/2 ". Podem ser facilmente obtidas no eBay por um preço relativamente baixo. Também estão disponíveis diferentes dimensões. Usei 1/2", pois há muitos padrões diferentes componentes do sistema de irrigação que podem ser usados com válvula / tubulação deste tamanho. As válvulas vêm com uma rosca de parafuso padrão de 1/2 "em cada lado, portanto, você precisará de acessórios apropriados para se adequar ao tipo de mangueira / tubo de irrigação que deseja usar.

Como os componentes elétricos das válvulas não são à prova d'água, você precisa de um invólucro à prova d'água. Descobri que a caixa de junção Schnider Electric de 12 entradas (195x165x90 mm) tinha o tamanho perfeito para caber nas 3 válvulas que eu queria usar, mais os adaptadores de rosca de 1/2 para a mangueira de irrigação de 12 mm que tenho.

Estou fazendo com que a água flua horizontalmente pela caixa, com o cabo de alimentação / controle entrando pela parte inferior da caixa de junção por meio de um painel à prova de intempéries.

Etapa 3: Irrigação inteligente - conectando válvulas ao controlador Shelly RGBW2

Cada válvula possui 2 terminais tipo pá. Nas válvulas que estou usando, não há diferença de polaridade, então posso conectar positivo ou negativo em qualquer um dos terminais. Sem energia, a válvula está fechada. Ligue, a válvula está aberta.

(Nota, para a construção / teste desta parte do sistema, eu usei um transformador 12V DC padrão (driver de LED antigo) para que eu não precisasse sair para o jardim e conectar a fonte de energia solar para testar isto).

Termine 3 dos cabos do cabo de 5 núcleos que vem para a caixa com conectores de espada de tamanho apropriado. (Na foto de exemplo, marrom, preto e cinza são usados para isso). Um cabo (azul na foto) será usado como o + ve comum, então termine um cabo em um conector multi-cabo adequado (usei um terminal 5 Wago 221).

O Shelly RGBW2 deve ser definido para o modo 'Branco' (nas configurações na tela de controle do Shelly). Isso significa efetivamente que o Shelly está operando como 4 relés separados de 12 Vcc (reguláveis).

A fonte de alimentação e Shelly devem estar em algum lugar longe da água em um local seguro (seco) e a conexão feita ao alojamento da válvula usando o cabo de 5 núcleos (o meu tem cerca de 5m de comprimento, indo do galpão à horta). O Shelly está dentro de uma pequena caixa de junção à prova de intempéries dentro do meu galpão.

Conecte a alimentação de acordo com o diagrama em anexo e deve ser semelhante à foto. Observe que o cabo sobressalente e o espaço no Wago de 5 terminais são para conectar a bomba.

Etapa 4: Irrigação inteligente: Conectando a bomba

A próxima etapa é conectar a bomba. Para minha configuração, conectei a bomba por meio da carcaça da válvula, pois usei o cabo principal de 5 núcleos para tirar a energia do galpão, mas você poderia facilmente conectar a bomba separadamente se for mais conveniente.

Usei a bomba de 12 V de maior vazão que encontrei no ebay (1000L / h), mas há muitas opções disponíveis. (Eu tenho várias bombas conectadas a Shelly RGBW2 agora e descobri que algumas bombas funcionam apenas LIGADO / DESLIGADO em 100%, enquanto outras você pode controlar a vazão usando a função dimmer Shelly. Isso não é importante para o sistema de irrigação como você deseja ' fluxo máximo, mas pode ser importante para um recurso de água, etc.).

Observe que, ao contrário das válvulas solenóide, as bombas SÃO sensíveis à polaridade, portanto, você precisa se certificar de conectar a alimentação + ve e -ve da maneira correta.

Depois de concluído, a bomba precisa ser conectada às entradas de cada válvula e cada válvula fornece uma saída da caixa (para não inundar a caixa durante o teste!).

Você pode testar as válvulas sem água, ligando-as / desligando-as na interface Shelly RGBW2. Você deve ver o consumo de energia subindo para ~ 10W quando eles estão abertos (certifique-se de que o 'dimmer' está definido para 100% antes de ligar o canal, eles parecem não gostar de nada além de 100%!). Se você ligou o Shelly RGBW2 conforme mostrado no diagrama de fiação, os canais 1-3 devem controlar as válvulas e o canal 4 a bomba.

A imagem me mostra testando o sistema usando um balde em meu banho para circular a água (a bomba é a coisa vermelha no balde).

A imagem final mostra como conectei esta configuração à minha fonte de água para abastecimento de água.

Etapa 5: Irrigação inteligente: conectando Shelly RGBW2

Todos os cabos do sistema precisam entrar em uma área seca (com conectividade wi-fi!) Onde o Shelly RGBW2 pode ser alojado.

Os cabos devem ser conectados ao Shelly de acordo com o diagrama de fiação. Eu opto por usar um IP estático em todos os meus dispositivos Shelly, pois geralmente torna a conexão mais estável.

Etapa 6: Irrigação inteligente: Sistema de controle

Agora que o sistema está configurado, existem várias maneiras de controlar o sistema e vários níveis de quão 'inteligente' você deseja que ele seja!

Básico: a maneira mais básica de controlar seu sistema é por meio do aplicativo Shelly e integração nativa com o Google Home ou Alexa. No aplicativo você pode configurar horários padrão para cada um dos canais (Bomba, Zona 1, Zona 2 etc) e também conectá-los ao controle de voz se desejar.

Avanço: O Shelly App também permite que você crie 'Cenas', você pode configurar várias 'cenas' que passam por diferentes padrões de irrigação em diferentes horas do dia, etc. Existem muitas opções dentro do aplicativo … seja criativo!

Realmente esperto

Decidi que queria dar um passo adiante. Já estou usando o OpenHAB para controlar a maioria dos dispositivos IoT em minha casa, então configurei meu próprio controle do sistema de irrigação usando o OpenHAB. Anexei os arquivos básicos.items.rules e.sitemap a este Instructable para ajudá-lo se você quiser configurar algo semelhante.

Recursos gerais:

• Controle totalmente automático e manual da página do painel.
• Integração do Google Home - "Ok Google, comece a irrigação". - Veja o vídeo.
• Integração do clima - conectei-me à API OpenWeatherMap para verificar a precipitação total das últimas 24 horas e se choveu mais de 10 mm, o ciclo de irrigação não é executado automaticamente
• A irrigação pode ocorrer em um horário definido a cada dia, ou variável com o pôr do sol / nascer do sol, etc.
• O sistema calcula quanta água será usada para cada ciclo de irrigação (importante se você estiver usando pontas de água para coletar a água da chuva como eu!
• Envie uma notificação para o seu telefone para alertá-lo quando a irrigação automática estiver prestes a começar.