Линейный привод для теплиц

Линейные актуаторы для огурцов и помидоров или автоматизируем дачную теплицу по-взрослому

Опытный читатель, увидев заголовок, воскликнет: «Как? Уже всё это было: и актуаторы в теплице, и ардуина… Что, снова-здорово?».
Спешу успокоить, нет-нет, никаких повторений.
Нисколько не пытаясь принизить замечательный опыт Юрия, расскажу о своей реализации данного проекта. Справедливости ради, общего в наших с ним реализациях будет совсем немного; пожалуй, только использование актуаторов в качестве приводов форточек, использование ардуины в качестве мозга, да герметичный DS18B20 в качестве датчика температуры.
А дальше начинаются различия.

И этих различий множество.
1. Юрий, как я понимаю, используют дачу в качестве всегодичного жилья, он может себе позволить поднять там вай-файную сетку для периферии, делать веб-интерфейсы для датчиков и т.д, и прочее.
Мои условия прямо противоположны. Дача — это дача, куда приезжают, в основном, на выходные дни. Веб-интерфейсы никому не нужны — туда попросту некому смотреть, всю трудовую неделю никого в округе нет, а на выходных все или на грядках или за столом :). Управление из-под андроидов-айосов — это, конечно, понтово — но, допустим, моей тёще это определённо не надо, по известной причине. Поэтому мой проект, в смысле интерфейса, максимально прост, самодостаточен и аскетичен.
Теплица просто молча делает своё дело. Есть ЖК-дисплей и несколько кнопок, но предполагаю, что за сезон к ним никто ни разу не подойдёт кроме меня.
1а. Теплица должна не управляться с кнопок или веб-интерфейса, а сама принимать решения о поливе, проветривании, открывании окон и т.д.
2. Я, в отличие от Юрия, принципиально не согласен вести питание 220v через весь огород к теплице. Даже в гофре или в трубах. Мой вариант предполагает разделение всей начинки на две разнесённые в пространстве части: первичный блок, который будет находиться у дома под навесом, и, собственно, блок теплицы. В первичном блоке будет вся силовая часть, к теплице потянется только низковольтный кабель и водопроводный шланг. Все датчики и прочие ардуины будут работать в теплице, но сетевого напряжения там не будет.
С учётом того, что в проекте для полива будет применяться подогретая вода (я это реализую с помощью проточного водогрея), отказ от прокладки силовых кабелей на значительные расстояния по огороду (возможно, даже через грядки и борозды) становится принципиальным, учитывая токи для проточного подогрева воды.

Читайте также:  Задний привод велосипеда для трехколесного велосипеда

Для себя я сформулировал следующие тезисы для реализации в проекте:

Из условий становится понятно, что актуаторов мне надо два. Дороговато, но что поделать — альтернатив я не нашёл. А проветривать только одну секцию теплицы бессмысленно.
Мне нужна была версия 12V 200mm.

Выбор именно этого лота обусловлен тем, что на момент заказа это была самая низкая цена. Порадовало, что вместе с актуаторами в комплекте идут крепёжные кронштейны, штифты и даже шплинты для фиксации штифтов; очень приятно. Продавец понравился, отправил довольно быстро, претензий нет.

На момент первого выдвижения штока мне показалось, что смазки маловато, шток был почти сухой. Литола мне не жалко, обильно смазал и вдвинул-выдвинул пару раз.

Рассмотрим актуатор чуть подробнее и измерим его габариты.

В исходном состоянии межосевое расстояние составило

318мм

При полностью выдвинутом штоке получим

510мм

С учётом поправок и неточностей, 200мм хода мы получили. Отлично.

Диаметр отверстия под штифт составляет 6 мм

Диаметр штока:



Измеренные характеристики:
При питании напряжением 12V потребляемый ток при движении ненагруженного штока составил около 700mA.
Нагрузил шток мышечными усилиями, получил что-то около 1,2А.
Продавец говорит, что при механической нагрузке возможны значения до 3А.
Время полного выдвижения штока — 28 секунд.
Продавец говорит, что штатным будет время до 40 секунд.
Продавец заявляет класс защиты IP54. Это означает, что актуаторы пылезащищённые (при этом некоторое количество пыли может проникать внутрь, однако это не нарушает работу устройства), и что актуаторы брызгозащищённые (т.е. капли и брызги в любом направлении не помешают работе устройства). Вполне похоже на правду. Нас для автоматизации теплицы такой класс защиты вполне устроит.

Актуатор имеет два контакта для подключения. Направление движения штока (выдвигание/задвигание) осуществляется изменением полярности. С подачей напряжения начинается движение штока. Внутри актуатора стоят два концевых микропереключателя, так что в крайних положениях штока двигатель останавливается даже при подведённом питании. Алгоритм управления очевиден: для движения штока подаём напряжение нужной полярности на время, чуть превышающее время движения штока, для быстрой остановки замыкаем оба контакта двигателя. Всё управление сводится к паре переключающих реле:

Можно, конечно, сделать мост из четырёх переключающих транзистора и включить мотор в диагональ, но это будет несколько дороже и сложнее, хотя и надёжнее. Меня же способ на двух реле вполне под данные условия устраивает. С учётом того, что у нас актуаторов будет два, релюшек нам потребуется четыре. Ну, а если учитывать, что у нас будет ещё несколько шаровых кранов, то и модуля на 8 реле будет маловато. В моём проекте трудятся три шаровых крана (полив огурцов, полив помидоров, полив грядок возле дома) и два актуатора (форточка огурцов и форточка помидоров). Итого десять реле.

Данные актуаторы не имеют защиты от нештатного заклинивания. А специально конструировать её я тоже не вижу резонов:
• форточки у меня располагаются на крыше теплицы, вероятность случайного попадания в них людей или живности очень низка.
• время движения штока чуть больше двадцати пяти секунд, за это время любой мыслящий организм успеет принять меры, чтобы уйти с траектории медленно закрывающейся форточки.
• после тридцати секунд мотор всё равно будет обесточен и остановится, так что дальнейшего усилия привод создавать не будет. Кому надо — тот освободится. А форточка всё равно «зависшей» не останется надолго — алгоритм в полночь «на всякий случай» контрольно закрывает все краны и форточки.

О конструкционном внедрении приводов в конкретной теплице.

Тут, конечно, пришлось поразмыслить. Мне не хотелось применять сварку. Во-первых, качественно варить я не умею. Во-вторых, сварка нарушит цинковое покрытие (это решаемо, конечно, но пришлось бы покупать цинковый спрей-аэрозоль), в-третьих, ради сварки пришлось бы демонтировать весь поликарбонат вместе с коньком, а вторичная сборка — это риск нестыковок, потери погодной герметизации (дождевых протечек) и «увода» конька. Применение резьбового крепления, против сварки, в данном случае я считаю оправданным.
В ближайшем строительном гипермаркете была куплена алюминиевая труба квадратного сечения 25×25 мм. Под каждую форточку из данной трубы я сделал поперечную балку и, для поддержки от провисания, от середины балки вверх пустил фермовую стойку до конька.

Балка опирается на стеновые прогоны и крепится к ним уголками.
Комплектные кронштейны актуаторов крепятся к балке и к раме форточки. Штифты чуть сдобрил литолом.

В этой части обзора вполне уместным будет показать видео, на котором обозреваемый актуатор закрывает форточку теплицы.
Согласно алгоритму, это происходит на закате. Прошу прощения за не очень яркое видео.

Пожалуй, об актуаторах в рамках данного обзора я рассказал всё. Тот, кто спешит, и кому дальше не интересно, может закрывать вкладку.

Но было бы нечестным с моей стороны дальше не рассказать об автоматизации теплицы.

Я не считаю себя специалистом-огородником, я не нахожу в себе склонности к земледелию, я не могу оценить свои знания в этой области хоть сколько-нибудь высоко. Но, работая над этим проектом, я прокурил огромное количество интернет-ресурсов, перелопатил достаточное количество литературы и теперь, определённо, о выращивании огурцов и помидоров я знаю гораздо больше, чем в начале работы. 🙂
Вся проблема в том, что садоводы-огородники, чаще всего, свою работу(хобби) видят как некую эмоционально-творческую область. И делятся опытом, устным или письменным (в литературе, на форумах, на сайтах), чаще всего, используя ту же эмоциональную «призму»:
«Рассаду высаживаем с наступлением устойчивого тепла», «Если лето дождливое, поливаем реже», «Чтобы листва не сгорела, надо проветривать парник», «Обильность полива определяется потребностью растения» (нормально, да?), «Огурцы до цветения поливают менее активно, чем в период цветения», «Томаты в период цветения требуют больше воды, чем в период плодоношения».
Им-то хорошо. Меня же, как человека с высшим инженерским образованием, да ещё и сисадмина, такие расплывчатые формулировки просто сводили с ума: мне нужны чётко сформулированные и формализованные условия. Вы мне лучше скажите даты полива и интервалы в днях, вы мне дайте объём воды на квадратный метр или в литрах в минуту, задайте мне температуру для проветривания, привяжите эти ваши «периоды цветения-плодоношения» к датам… Эх. Никто мне такого, конечно, предоставлять не собирался. Пришлось ко всему приходить самостоятельно.

Итог длительного погружения в увлекательный мир агро-информации у меня вылился в следующий алгоритм, реализованный в контроллере теплицы:

• Производится тёплой водой.

• Продолжительность полива:
— до 20 мая — в течение 8 минут ( по расчёту 3 л/м 2 );
— с 20 мая по 10 июня — в течение 10 минут ( по расчёту 5 л/м 2 );
— с 10 июня по 15 сентября — в течение 16 минут ( по расчёту 9 л/м 2 );
— после 15 сентября — в течение 8 минут ( по расчёту 3 л/м 2 ).

• Интервал полива огурцов – один раз в 2 дня.

• Производится тёплой водой и при открытой форточке.

• Начинается в 17 часов
• Продолжительность полива – 20 минут (по расчёту 5л на растение).

• Интервал полива помидоров:
— до 30 мая – один раз в 7 дней;
— с 30 мая по 15 июля – один раз в 4 дня;
— с 15 июля по 15 августа – один раз в 3 дня;
— после 15 августа – один раз в 9 дней.

Для тех, кто сразу не заметил разницы.

Огурцы поливаются различным объёмом (выраженным во времени полива), в зависимости от фазы развития растения при фиксированной периодичности полива.

У помидоров же фиксирована обильность полива при различной периодичности полива, в зависимости от фазы развития.

Полив грядок возле дома и вокруг теплицы.

• Производится тёплой водой один раз в 4 дня.

• Продолжительность полива – 30 минут.

• Открывание форточек производится при +18°C в течение светового дня.
• Закрывание форточек производится при +17°C.
• Форточки в любом случае будут закрыты с закатом.
• Форточка секции помидоров открывается на время полива помидоров для снижения риска фитофтороза.

• Для понижения температуры в секции огурцов с целью предотвращения стерилизации пыльцы и подгорания листьев, предусмотрено мелкодисперсное дождевание холодной проточной водой при открытых форточках.
• Дождевание производится в течение всего светового дня при превышении температуры в теплице +35°C
• Дождевание осуществляется короткими двухсекундными импульсами с минутным интервалом. Сравнительно малое время разбрызгивания каждой порции выбрано с целью предотвращения сильного залития грядок под дождевателем и возможности испарения значительной доли распылённой порции.

В общем, я не планировал реализовывать это на данной стадии автоматизации теплицы. Эта функция у меня получилась сама собой, рикошетом.
Но раз уж это всё равно уже получилось в алгоритме, почему бы и не реализовать.

• Досветка фитолампами привязана к наступлению заката. Алгоритм позволяет установить фиксированное опережение или отставание включения ламп относительно точки заката. В моём случае включение досветки опережает закат на 2 часа.
• Продолжительность досветки в моём случае — 4 часа; впрочем, любая переменная легко настраивается.

Немного об аппаратной части проекта.

Ардуина. Взял в конструкцию Мегу 2560 R3. У меня довольно много периферии к ней подключено. Уны не хватает по количеству ног. Заморачиваться со сдвиговыми регистрами для клавиатур-релюшек не захотелось, да и всё равно не хватает. Слушайте, ну «Ардуино-мега» нынче на Али — это всего 6 баксов. Чего там мелочиться-то…
Часы. Я уже когда-то в одном из комментариев написал, что с давних-давних лет, ещё с первых электронных часов на К155 и К514ИД1 + АЛС304, я мечтал создать устройство, чтобы ему не надо было устанавливать каждый раз время, и чтобы оно (время) само восстанавливалось после сбоев по питанию. С появлением интернетов и NTP эта мечта стала вполне осуществимой 🙂
Но не для данного случая. Как я писал выше, бóльшую часть времени на даче никого нет. Поэтому ставить роутеры, коннектить 3G-модемы, поднимать внешние антенны (у нас приём неважнецкий), покупать симку, да плюс оплачивать, пусть небольшой, но тариф — и всё это заради нескольких NTP-пакетов? Нет, не в данной ситуации. Тут есть более элегантное решение. GPS. Уж где-где, а в теплице помех для приёма точно не будет. Плюс, мне всё равно нужно рассчитывать восходы/закаты. А для этих астровычислений нужно знать время (дату) и координаты на местности. Так что тут данное решение даёт фору любому другому: никаких менюшек с установками времени/дат, никаких констант в коде с координатами из гугломапсов. Вообще никакого вмешательства человека: подали питание — и коробочка сама разберётся, сколько сейчас времени, где она находится, и когда тут восходы/закаты. Справедливости ради, в скетче установить часовую зону один раз всё-таки придётся 🙂
Алгоритм синхронизации времени с GPS я сделал универсальным, под будущие реализации в других девайсах. На всякий случай сделал две кнопки для ручной установки часов-минут, но даже выводить наружу не стал, незачем. Синхронизированное время периодически пишу в EEPROM. Так что сразу после подачи напряжения девайс берёт время оттуда. Оно, конечно, неточное, но это лучше, чем каждый раз начинать с 00:00 01 января. А потом, по мере нахождения спутникового сигнала, это недостоверное время уточняется. Выставленное с кнопок вручную время более приоритетно по отношению к скомпрометированному, считанному из EEPROM. Полученное без ошибок время с GPS ещё более приоритетно. Мозгов ардуины вполне хватает для разбора символьного потока с GPS-приёмника, контроля ошибок и пересчёта времени под выставленную часовую зону, без ущерба для работы по основному алгоритму…
GPS модуль брал такой. *Все приводимые тут и далее ссылки имеют лишь иллюстративный характер. Вероятнее всего, сегодня можно купить аналогичный товар у другого продавца дешевле.
Шаровые краны с приводом. Брал у этого продавца. Брал несколько раз. Брал не одну штуку. Брал в разное время. Очень доволен продавцом и товаром. Для дачной автоматизации — идеальный вариант. Цена $19.99 выглядит вполне адекватной (данная цена периодически бывает у этого продавца). Я их перебирал, смазывал силиконовой смазкой редуктор (там суховато изначально). Для квартиры, конечно, лучше, всё-таки, что-то посолиднее и понадёжнее (от того же Гидролока, например), а для дачи — отличные.Ток открытия/закрытия 30mA при 12v. Время открытия/закрытия около 5-8 секунд. Управление открытием/закрытием — такое же, как было описано выше для актуаторов.
В данной конструкции у меня их трудится три — для полива огурцов, помидоров и грядок возле дома.
Реле. Мне в данной конструкции потребовалось 10 переключающих реле (2 актуатора+3 шаровых крана, по паре на каждый мотор). Можно сделать самому (каждая релейная ячейка — это транзисторный ключ на маломощном транзисторе + само реле, ну, для эстетов ещё +оптрон). Можно купить нужное количество модулей на нужное суммарное количество ячеек. Каждый решит для себя сам.
LCD индикатор 1602. (16 символов, 2 строки). Русифицированный. Я не покупал (русифицированные как-то значительно дороже в Китае), нашёл старый Datavision жёлто-зелёный с подсветкой, в какой-то старой конструкции. Разумеется, подойдёт любой русифицированный индикатор на 2 строки по 16 символов, совместимый с HD44780.
Датчик температуры DS18B20 в герметичном исполнении, типа такого.
Управляемый клапан. Для кратковременного периодического дождевания. Шаровой вентиль тут избыточен: и дорого, и медлительно. Взял вот такой. Пока работает нормально. Реле для него использовать не стал: клапан будет довольно часто включаться/выключаться. Транзисторный ключ для данного случая гораздо надёжнее, да и тише.
• Для управления проточным водогреем просто напрашивается твердотельное реле FOTEK. Важно только, чтобы это была версия, управляемая постоянным низковольтным напряжением.
Для полива воду нет смысла греть горячее, чем «слегка тёплая вода». Поэтому в алгоритме я предусмотрел «макро-ШИМ» для выбора мощности нагревателя: в полуторасекундном цикле управляющее напряжение подаётся на определённое число полусекунд, т.е. мы имеем четыре ступени заполнения, а, значит, и регулирования мощности; инерционности нагревателя вполне хватает для сглаживания таких интервалов. Нужное значение нагрева устанавливается один раз, в зависимости от давления в системе и скорости прохода воды через капельницы.
Дождеватель. Брал вот такой. «Дымит» хорошо при давлении от обычного водопровода. Взвесь, конечно, не такая мелкая, как после ультразвукового увлажнителя, это именно орошение, типа как из ручного пульверизатора. Но для охлаждения вполне подходит. Важный момент. Посадочная резьба не привычная 1/2″, а M14x1.5. Это есть в описании товара у продавца. Так что подключить её к садовому водопроводу — задача довольно нетривиальная и творческая. Я нашёл на рынке у мужиков переходник на стандартные 1/2″. Но, в принципе, были и другие варианты подключения.
• Кнопки, рокерные переключатели, разъёмы — по вкусу. Я применял свои любимые 2РМ18Б7 (со сдабриванием резьбы силиконовой смазкой) и РС4ТВ. Но это остатки с давних советских запасов, сейчас такое покупать очень дорого. Впрочем, на Али есть какие-то «авиационные» GX… Словом, эту часть каждый решит по-своему. Текста и без того довольно много, нет смысла на этом акцентироваться.

Конструктивно, как я уже говорил, вся система разделена на две разнесённые в пространстве части: первичная находится возле дома, в ней располагаются фильтр очистки воды, водогрей, силовая часть: твердотельное реле для управления водогреем, источник питания постоянного тока 12V, и, заодно, управляемый вентиль полива грядок (они возле дома). Эта часть системы оформлена в металлическом навесном электрошкафу; 3,5 киловатта и хороший напор воды, — как-то без металлического шкафа мне не «комильфо».
Вторичная часть находится внутри теплицы. Она оформлена в гермобоксе. До неё тянется шланг с водой и гибкий пятижильный кабель с максимальным напряжением 12V. Тут уже располагаются клапана и шаровые вентили для полива секции огурцов и помидоров, для дождевания, многочисленные реле для реверсивного управления актуаторами и шаровыми вентилями, вся электроника, включая ардуину.
Изюминка проекта в том, что в теплицу по одному шлангу подаются либо холодная, либо подогретая вода, ардуина по кабелю командует твердотельным реле в первичном блоке, оно либо включает, либо отключает проточный водогрей. Вода подогревается только для полива, для дождевания и в остальное время она остаётся холодной. Очевидно, что в первые секунды полива объём воды, оставшийся в шланге между первичным и вторичным блоком, не будет подогрет водогреем, но поливать им безопасно, ведь эта часть воды прогрета естественным образом.

Вот блок-схема, иллюстрирующая пространственное разделение блоков:

Алгоритм ардуины описан выше.
Электрическая принципиальная схема довольно очевидна и скучна, но, раз уж начал рассказывать, приведу и её:

Небольшая зарисовка об этапах постройки системы.

О первичном блоке рассказывать особо и нечего, там всё понятно.
Вот промежуточный этап постройки первичного блока:

Фильтр подключён гибкой подводкой, поскольку его периодически надо будет обслуживать. Всё остальное сварено из полипропиленовых водопроводных труб.
Как видно по фото, внутри шкафа уже установлен белый пластмассовый электрощиток, там уже смонтированы автоматы и установлено твердотельное реле. Обратите внимание, от реле мы видим только переднюю часть, без подложки. Всё дело в том, что задняя часть с радиатором находится за плоскостью пластмассового щитка. Я вынес радиатор, чтобы он грел не щиток, а пространство внутри металлического шкафа. Щиток отодвинут от дна металлического ящика на шпильках.
Если посмотреть от фильтра вдоль дна ящика вниз, то картинка будет вот такая:

Видны рёбра радиатора и полипропиленовая труба, закрытая на предыдущей картинке корпусом пластмассового электрощитка. Чуть позже в него установится и блок питания.

Готовый первичный блок, уже установленный на своё место под навес и введённый в эксплуатацию, выглядит так:

Обратите внимание на цвет фильтра. Он был белоснежный при покупке. Система пока отработала чуть больше месяца. Это к разговору о целесообразности фильтрования воды даже для садового полива.

Для блока теплицы я выбрал пластиковый герметичный корпус Шнайдеровского электрощитка для наружной проводки.
Вот самое начало постройки блока. Сваренную водозапорную часть я примеряю в корпус. Затем внизу просверлятся отверстия, в которые выйдут резьбы фитингов.

Шаровые вентили мне тут нужны исключительно в качестве дросселирующих элементов: когда на грядки будут установлены капельницы, вентили будут нужны при настройке объёмов полива.
Затем в этом корпусе разместится вся электроника.
По какой-то причине я не делал фоток этого этапа. Но там особых хитростей нет. Несколько плат у меня разместились выше труб на задней стенке и на «потолке» ящика. Это сделано для того, чтобы в случае протечки не залить электронные компоненты. В нижней части, помимо отверстий для резьбовых подключений, просверлены отверстия для разъёмов подключения кабеля, термодатчика, приводов форточек.
Старался, чтобы выглядело не колхозно.
Блок теплицы у меня получился вот таким:

Потом закупались шланги, капельницы в комплекте с фитингами, и всё это, вместе с первичным и тепличным блоками, вывозилось на место. Где и монтировалось. И отлаживалось. И настраивалось.
Рассказывать об этом я смысла особого не вижу. Тот, кто будет повторять данный опыт всё равно эти проблемы уже решать не будет, (они уже учтены в конструкции), а под каждую индивидуальную ситуацию всё равно будет нужно индивидуальное решение.
Однако, опишу немного граблей и подводных камней, для тех, кто пойдёт следом за мной.
Я не стесняюсь об этом говорить. Надеюсь, это кому-то поможет в будущем.
Главной моей ошибкой была идея использовать модные садовые клик-коннекторы. Мне казалось это хорошей идеей — система легко разбирается на зиму, легко масштабируется, единый «стандарт» на огороде, опять же. В первой версии всё было собрано именно так. Идея оказалась не очень хорошей, эти коннекторы совершенно не держат длительного давления стандартного водопровода. Нет, для садового полива (еврокуб, бочка на крыше, полив не больше часа-двух) — это замечательное решение, правда. Но при длительном постоянном давлении водопровода эти коннекторы начинают течь, причём, в совершенно неожиданных местах: где-то зубцы не удерживают шланг и он «уползает», хотя был зажат очень туго, где-то начинает течь между посадочной втулкой и шлангом, где-то — при незначительном движении, вроде бы, хорошо защёлкнутого коннектора, из-под резинового колечка. Я потратил несколько дней, не буду утомлять читателей подробностями, но чёткого и надёжного результата не получил. Словом, в той части, где давление присутствует всегда (между вводным краном и первичным блоком, между двумя блоками) эти коннекторы были заменены привычными всем штуцерами с обжимными хомутами. Проблема решилась моментально. Клик-коннекторы остались только в той части, которая работает на время полива.
Вторая собака оказалась зарыта там, где я её совсем не ждал, в фотековском твердотельном реле. На нём самом ясно написано, что оно управляется постоянным напряжением довольно широкого диапазона от 3V до 32V. Этого утверждения мне показалось достаточно, чтобы уверовать, что уж TTL-совместимые уровни будут им управлять вполне чётко. И, действительно, весь этап постройки и наладки «на столе», мой фотек радостно мигал красным контрольным светодиодом. В готовом изделии «в поле» мне потребовалось полдня, чтобы понять простую вещь: зажигание контрольного светодиода говорит лишь о наличии управляющего напряжения на реле, но никак не об открытии вторичной силовой цепи. Ещё раз. Контрольный диод в реле, да, действительно зажигается даже от трёх вольт. Надёжное открывание симисторной части начинается примерно вольт от девяти. Запараллеливание двух ног (я думал, что недостаточно тока), также не приводит к открыванию реле, ему банально нужно бóльшее напряжение. Поставил четырёхногий оптрон, который транзисторной частью включает фотек от двенадцати вольт, проблема решилась. Бонусом — опторазвязка всей схемы от силового элемента китайского производства, который управляет нагрузкой 3,5kW и находится недалеко от воды.
Ещё акцент, хотя и не «грабля». При настройке системы я использовал адаптер питания 12V 1,5A. Всё вполне работало. На практике же, в холодную погоду в актуаторах подгустевала смазка, токи становились существенными, наблюдались просадки напряжения. Впрочем, выше, в рассказе об актуаторах, я об этом говорил. Это надо иметь в виду. В готовой конструкции установлен блок питания на 12V 5A.
Ещё маленькая ремарочка, о которой говорят постоянно и которая уже набила оскомину. При подключении далассовских датчиков подтягивавйте линию к плюсу. Не надо надеяться, что китайцы поставят подтягивающий резистор внутри герметичной гильзы термометра. Не поставят. Я просто решил акцентировать на этом внимание, вдруг кто-то из новичков не знает.
Ещё я немного доделывал транзисторный ключ, управляющий клапаном дождевания. В первой версии это был просто n-канальный IRFZ44N; он у меня нашёлся в тумбочке, его и применил. Всё работало. Клапан уверенно открывался логической единицей и закрывался логическим нулём. Ну тут уже заговорил перфекционизм. В момент инициализации, ардуина на всех ногах устанавливает уровень, отличный он нуля. И такой ключ оказывался включённым. Т.е. при каждой инициализации или перезагрузке контроллера у меня на несколько секунд включалось дождевание. Мне не понравилось. Добавил ещё один инвертирующий каскад на биполярном npn-транзистре, найденном в той же тумбочке. Теперь дождевание включается только при низком логическом уровне на ноге, а уж его устанавливает исключительно программа.
На приведённой выше электрической схеме все перечисленные ремарки учтены.

Так смотрится готовая система в интерьере теплицы:

Чуть позже. Рассада успела подрасти:

Вот такая получилась конструкция. О выводах ещё говорить рано, система не проработала даже первый летний сезон.
Те пару недель, пока писалась и готовилась эта статья, я успел немного понаблюдать за внедрённой и отлаженной системой. В принципе, если это и не «умная» теплица (я очень осторожно отношусь к данному термину, даже не стал выносить это в заголовок), то она уже на верном пути. Дождевание себя показало с хорошей стороны, в жаркий солнечный день превышение температуры, конечно, всё равно было зафиксировано, но эффект явен и ощутим. Подогревание воды работает, но скорость потока довольно высока, макро-ШИМ, по большому счёту можно было не делать: на время полива водогрей работает постоянно. Форточки открываются/закрываются вполне адекватно, к ним вопросов нет никаких. Досветку фитолампами в этом году я и не планировал, поэтому эта часть автоматизации закончилась пока на этапе логических уровней на ноге контроллера, в следующем году, если будет потребность, дострою ей силовую часть и подключу лампы.
Дальнейшее развитие конструкции я вижу в дооснащении её датчиком ветра (направление ветра мне не так важно, важна скорость) +(программное отслеживание порывов) и датчиком дождя. Оба датчика будут работать на закрывание форточек в критических погодных условиях.
На момент публикации статьи, уже закуплен на ебее чашечный анемометрический датчик и коромысельный датчик осадков.

Так или иначе, конструкция предоставляет широкий простор для творческой фантазии.

Главное, ради чего всё это писáлось. Я искренне надеюсь, что моя статья предоставит достаточное количество идей и информационной помощи тем, кому эта сфера интересна, кто тоже увлекается дачной автоматизацией. А, возможно, кому-то послужит недостающим импульсом для начала собственного творчества и реализации собственных идей.

И последняя нота: не надо пытаться считать на калькуляторе экономический эффект и окупаемость этой системы. Понятно, что помидорина окажется золотая. Этот проект надо рассматривать как реализацию хоббийной творческой идеи, ну и утверждение «я это смог построить, было интересно», а DIY никогда не бывает дешёвым.
Именно поэтому я бы не стал отвечать на вопросы типа «А не думал ли автор запускать это в серию, я бы купил». Нет, не думал запускать. По таким ценам никто не купит, это неокупаемо в существующем виде. Но это работает, это прикольно и это радует. А, значит, результат достигнут.

PS: Никто ничего для обзора не предоставлял и не спонсировал. Всё, что описано в конструкции, покупалось в разное время за свои собственные деньги или было найдено в собственных закромах.

Добавление спустя год эксплуатации.
Проект пережил зиму, весну и половину нового лета.
Пришла пора подвести некоторые итоги и сделать выводы.

1. Первое и главное.
За это время я сделал то, что публично обещал в комментариях ниже и о чём сам прекрасно знал. Удалённую часть с нагревателем, фильтром и силовой электрикой я разнёс на два независимых ящика. Теперь «вода» — отдельно и «силовое электричество» — отдельно. В новый ящик из большого я вынес автоматы, твердотельное реле с радиатором и блок питания, в старом остался только фильтр и водогрей.

Так стало гораздо правильнее.

2. В этом году я увеличил количество форточек до четырёх. Потому что той пары штук (это то, что выше в обзоре) оказалось мало. Не было достаточного движения воздуха. У томатов, таки, к осени вылез фитофтороз. 🙁 Они любят сквозняк. Поставил ещё две. Соответственно, закупил ещё два актуатора. Теперь и в секции огурцов, и в секции помидоров по две управляемые форточки по разные стороны конька теплицы.
Алгоритм движения приводов модифицировал так, что вторая пара приводов начинает двигаться только после остановки первой пары. Всё дело в том, что все четыре привода одновременно потребляют очень большой стартовый ток, особенно на открывание, когда форточки надо тащить вверх. Разнёс это по времени, секунд на 30.

Если не хватит и четырёх форточек, в следующем году приспособлю принудительное движение воздуха у поверхности земли вентиляторами.

3. Два добавочных актуатора не потребовали увеличения числа реле в конструкции. Поскольку шаровыми приводами теперь управляют L293D. Спасибо Юрию, я и сам знал, да он ещё и подтолкнул в эту сторону. Освободившиеся от кранов реле и пошли на управление актуаторами.

4. Был ещё один фейл, серьёзный, и тоже из-за непродуманности конструкции. Я, как и писал выше, не стесняюсь писать о «граблях», по которым прошёл. Наоборот, я надеюсь, что это поможет другим, кто это будет читать после.

Я устранил главное слабое место: я разнёс по разным ящикам то, что было «удалённой частью».
Но было неправильно и внутри теплицы объединять в одном корпусе ардуину/мозги/управление и гидрозапорную арматуру. Это-то я пофиксить тогда и не успел. В середине прошлого лета прямо внутри контроллера теплицы образовался, хм. маленький «бассейн». Один из полипропиленовых фитингов, как оказалось, имел заводской брак, он лопнул в резьбовой части. Образовался свищ. Вода внутри корпуса контроллера коротнула по питанию.
Как же хорошо, что я применил разделение в пространстве сетевой и низковольтной части! Десять раз уже порадовался этой идее. В силовом щитке от короткого по цепи 12V сгорел китайский БП (да-да, китайская защита от КЗ, верим-верим), внутри же контроллера накрылся модулёк LM2596. И это все потери. Ну. Совсем невеликая плата за хороший урок.
БП в щите поменял на другой. LM2596-модуль в контроллере поменял на KIS. Всё включилось и заработало дальше. Шаровые и клапан вынес из корпуса контроллера на поверхность земли, к грядкам и шлангам. Больше проблем никаких не было.

5. Актуаторы. Они не пережили зиму. Китайская IP54. Скажу точнее. Не пережили зиму концевики внутри актуаторов. Всё остальное: моторы, редукторы, механика — вполне. Но замена концевиков — это полностью разбор всего актуатора, поэтому, попутно по ходу работы, я и смазки набил в редуктор погуще, и герметиком стыки пролил пощедрее. Так что в нашей климатической полосе надо это учитывать. Подключил актуаторы через GX12-3, теперь буду уносить их на зиму, благо крепёж простой — достать шплинты, вынуть штифты. Да, концевики в актуаторах специфичные, кому это интересно, наши ПМ22 не подойдут по габаритам, хотя и похожи внешне, но там всё очень точно. Подходящие нашлись только на Тао и Yoycart; ни на Али, ни на Ebay в тот момент таких не находилось.

6. Запустил в эксплуатацию погодный модуль. Ураганы и дожди этого года не дадут соврать — метеомодуль для теплицы очень нужен. Без него эксплуатация совсем не та. Построй я его в том году, может, и актуаторы бы зиму пережили.

7. О конструкции в целом.
Анализируя весь прошлый сезон, могу сказать, что мне практически не пришлось бегать/прыгать вокруг теплицы, чтобы что-то презапустить/доделать. Конструкция отработала вполне стабильно и надёжно. Разочарования абсолютно не принесла. Желания «бросить эту неудачную глупость» не возникло ни разу. Как видно из самого факта написания этого дополнения, наоборот, пока она способна заинтересовывать, пока я настроен её развивать и дополнять новыми фишками.

Источник

Оцените статью
Авто Сервис