Gerenciamento Solar da Planta com Base no Peso com ESP32: 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Cultivar plantas é divertido e regar e cuidar delas não é realmente um incômodo. Aplicativos de microcontroladores para monitorar sua saúde estão em toda a internet e a inspiração para seu design vem da natureza estática das plantas e da facilidade de monitorar algo que não corre e transpira. Sou relativamente novo no cultivo de plantas e os guias na Internet parecem ter sido escritos por tipos bem intencionados, mas não por engenheiros. Um amigo a quem perguntei "quanto devo regá-los …" respondeu que a única maneira é pesar a planta e se parecer leve rega-a. Ele é muito bom em "crescer". Enfiar o dedo no solo não ajuda muito. A maioria dos Instructables utiliza uma sonda de umidade do solo barata que é propensa a uma variedade de falhas - as mais flagrantes das quais são imprecisão e corrosão.

A revisão da literatura revela que a sujeira pode ser até 40% de água e a medição requer instrumentos bastante caros. As sondas mais baratas dependem da condutância da água, que varia com os sais dissolvidos e outros fatores. Acima está um gráfico que fiz de um contêiner de sujeira pesando mais de 2 semanas, seguido de aquecimento no forno a 300 para remover toda a água não aderida. Quarenta por cento do solo total é água e em dez dias quentes de sol direto perdeu 75% dessa água a uma taxa relativamente linear. Então, qual é o nível correto de umidade? Depende de uma variedade de fatores, mas ao construir esta máquina, uma boa dica é regar cuidadosamente sua planta até o nível que você acha que é o correto e ajustá-la na máquina que mede cuidadosamente seu peso e então, dentro de um limite definido, adiciona água quando necessário. O projeto pode ser modificado para pendurar cestas de plantas e sistemas de água pressurizada.

A máquina precisava funcionar com energia solar, ser autônoma com seu próprio abastecimento de água, monitorar seu abastecimento de água por notificações na web, dormir quando não estava em uso para minimizar a energia e lembrar o peso base e quantas regas e outros dados entre o sono ciclos. O novo ESP32 parecia um bom candidato para o cérebro.

Etapa 1: Reúna seus suprimentos

A máquina é feita de dois ladrilhos de cerâmica BigBox de 12 polegadas em uma estrutura de canal de alumínio imprensando um tanque de água. Os componentes eletrônicos são protegidos em uma caixa elétrica de plástico na parte traseira. O tanque de água possui uma mangueira de saída de uma bomba fechada e uma unidade de sensor colada ao fundo do tanque que alimenta a planta. A célula de carga vibra de uma viga transversal na parte superior da unidade.

1. Arrow Home Products 00743 Recipiente Slimline para bebidas de 2 galões em transparente

2. Uxcell 5Pcs 5.5V 60mA Poly Mini Solar Cell Panel Module faça você mesmo

3. Interruptores de posição de oscilação da inclinação da bola de metal Gikfun para Arduino

4. Célula de carga de balança eletrônica de liga de alumínio Uxcell a14071900ux0057 10Kg

5. Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board

6. Módulo de conversão de célula de carga de pesagem de peso HX711 Sensores Módulo de anúncio para Arduino

7. Mini Relé de Travamento Adafruit Asa de Pena

8. Módulo carregador de célula de lítio TP4056 com proteção de bateria

9. ECEEN USB Pump Mini submersível de bombeamento de água para aquário hidropônico através de USB DC 3.5-9V

10. Bateria 18650 Lipo com suporte de bateria

Etapa 2: construir a caixa

A moldura da caixa é feita de ângulo de alumínio de 1 polegada BigBox. Você obtém uma ideia geral das fotos e não é muito difícil de montar. As molduras são baseadas nos ladrilhos de pés quadrados que formam a frente e o verso da unidade. Os ladrilhos são fixados às faces da moldura de alumínio com cola de silicone. A dimensão da seção central depende do tamanho do seu tanque de água. A abertura do tanque é projetada para que você possa puxá-lo facilmente para fora da unidade e recarregá-lo por cima. Fios e tubos que prendem o tanque devem ser longos o suficiente e enrolados na parte traseira.

A colocação do painel solar depende do design. Eu ia usar vários painéis redondos para dar uma aparência de 'dado', mas me decidi pelos quadrados porque eles deram a melhor combinação de voltagem e corrente. Não vou entrar em detalhes sobre como conectar vários painéis solares, mas você precisa de pelo menos 5,5 V para fazer o circuito do carregador funcionar. Esses painéis foram todos enganchados em paralelo para aumentar a amperagem. Os furos no ladrilho de cerâmica são cuidadosamente perfurados com uma broca de diamante - certifique-se de usar água como refrigerante para fazer isso ou você vai estragar a broca. Esses orifícios devem levar apenas alguns minutos cada. Use uma quantidade generosa de cola de silicone para segurar os painéis e os fios da parte interna dos ladrilhos no lugar.

A célula de carga é muito razoável e vem classificada em vários pesos. Usei a variedade de 10 kg, mas se você está planejando uma plantadeira pesada de acordo. Como meus outros Instructables: https://www.instructables.com/id/Bike-Power-Pedal-IoT/ essas células de carga devem ser salientes de seu lado de suporte com seus orifícios de parafuso com fita de 4 mm e 5 mm. Neste caso, uma peça transversal de alumínio entre os dois suportes de ladrilhos de cerâmica segura uma extremidade da célula de carga. O outro sustenta uma plataforma de barra plana de silício de alumínio colada ao copo de drenagem da planta. Tenha muito cuidado com os fios desses caras - eles são muito frágeis e quase impossíveis de consertar se quebrados perto de sua origem. Goop com muita cola quente ou silicone para manter sua integridade.

Etapa 3: construir a bomba / suporte do interruptor vazio

A bomba é alimentada por um relé da bateria Lipo e funciona bem com a voltagem limitada, mas você não pode exceder a altura de cerca de 2 pés, a menos que use um amplificador de energia para aumentar a voltagem. A bomba é realmente uma campeã, não precisa de primer, é à prova d'água e tem um plugue USB em uma das extremidades. Não se dá bem com a secagem, no entanto. O interruptor de reservatório cheio / vazio é simplesmente um interruptor de inclinação que apliquei em silicone para impermeabilizar e depois amarrei a um suporte de barra de alumínio para a bomba e um patinho de borracha flutuante. O patinho de borracha deve ser amarrado diretamente à barra de alumínio para tirar tração dos cabos do interruptor de inclinação. Quando o reservatório tem água, o patinho flutua e inclina a chave - causando um curto no solo e permitindo comandos para alimentar o relé e a bomba. Ele também envia esses dados para a web e enviará um tweet se você precisar de água. A bomba é colada com silicone nesta estrutura de suporte e depois colada no fundo do reservatório de água.

Etapa 4: Construindo a Eletrônica

Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board é um microcontrolador relativamente novo e funciona muito bem neste ajudante de planta inteligente. A vantagem desta prancha sobre o 8266 mais antigo está em sua melhor capacidade de dormir (supostamente anos em vez de uma hora ou mais …), sua capacidade de lembrar o que aprendeu entre os cochilos (o antigo 8266 reiniciado do zero …) e menor consumo de energia enquanto cochilava e mais alfinetes. O grande Youtuber Andreas Spiess detalha as mudanças no código para fazer o ESP32 fazer um bom trabalho de pesagem e você deve assistir ao vídeo dele se quiser saber mais sobre como os detalhes funcionam. O exemplo sleep do Arduino IDE também foi usado e modificado para este software.

O diagrama de Fritzing mostra cuidadosamente todas as conexões de fiação. Os componentes foram montados em placas de desempenho e, em seguida, ligados entre si. A bateria Lipo é o seu padrão 18650 barato em seu próprio trenó. A placa do carregador é uma TP4056 que Andreas diz ser muito eficiente nessa função de carregamento solar. O botão liga / desliga com LED embutido envia energia para todo o sistema, bem como para a conexão de relé comum que alimenta a bomba. A placa de relé é uma bela placa de relé com travamento Adafruit que funciona em 3 V. O amplificador HX711 é alimentado através do Adafruit e está conectado a até dois pinos em sua placa.

Todos os componentes são empilhados em uma caixa elétrica externa de plástico aberta na seção inferior para permitir o fluxo de ar, mas bloquear a chuva. Coloque o ESP32 em cima para permitir a programação e o monitoramento serial sem a tampa.

Etapa 5: Software

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O dispositivo é simples de usar. Quando ligado, o LED no botão liga / desliga pisca até que um vaso de plantas que foi regado até o nível que você deseja manter seja colocado na plataforma. Após a estabilização do peso, o computador lembra esse peso inicial e a cada hora ou intervalo definido compara o novo peso da planta e o corrige com água bombeada adicional ou relata o novo peso e todas as outras informações para Thingspeak e então vai dormir. Os gráficos acima refletem a produção ao longo de um período de três dias para um tomate com cerca de 2 pés de altura crescendo em pleno sol. O crescimento da planta ao longo do tempo obviamente afetará o peso do vaso e deve ser compensado refazendo a inicialização após um tempo determinado pelo aumento do crescimento da planta. As adaptações de software adicionais permitiriam a análise automatizada da tolerância máxima e mínima de água e dos requisitos das plantas inundando o vaso até que o peso não mudasse mais e então medindo a inclinação da perda de peso da água ao longo do tempo. Isso dependerá do tipo de solo, clima e estrutura da planta e da raiz. Algoritmos de rega adicionais baseados em avaliações de dados do Thingspeak poderiam então ser adaptados. As desvantagens do peso em vez da manutenção da planta de sensor condutivo é a necessidade de uma área confinada de irrigação para pesar, mas plantadores inteligentes como este são baratos, facilmente conectados em rede e controlados e de uma forma estranha de TOC divertida de acompanhar na internet.

Etapa 7: Refazer

Sim, bem como projetado, a máquina funcionou bem por uma semana ou mais e então teria uma tendência para o ESP32 entrar em um loop estranho e não inicializar corretamente e descarregar sua bateria durante a noite. Nenhuma quantidade de mudança de software poderia afetar isso, então desisti e adicionei um Adafruit TPL5111 para controlar o ciclo de energia do ESP, mas como eu não podia mais usar a memória como antes, escrevi para usar o EEPROM e mudei de Thingspeak para Blynk, que encontre mais diversão em seu telefone e um sistema realmente bom. A mudança de hardware é apenas uma questão de conectar o TPL 5111 à alimentação e aterramento, um pino pronto para o ESP e o Enable para o pino EN. Certifique-se de colocar uma chave seletora entre EN-out e EN na placa para que você possa alterar os programas e fazer o upload. Eu defino o ciclo do sono a cada duas horas. Para limpar a EEPROM e redefinir a unidade para uma nova planta ou para peso adicional, configurei um interruptor em Blynk para limpar a memória e reiniciar o processo de peso. O programa para o novo software está incluído acima e o programa em Blynk é óbvio para configurar. Esta máquina realmente funciona muito bem e produz alguns produtos elegantes. Na verdade, estou impressionado com a forma como a coisa acabou sendo divertida - as células solares funcionam facilmente e nunca fica sem energia.