Gestion d'installation solaire basée sur le poids avec ESP32 : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Cultiver des plantes est amusant et les arroser et en prendre soin n'est pas vraiment un problème. Les applications de microcontrôleur pour surveiller leur santé sont partout sur Internet et l'inspiration pour leur conception vient de la nature statique de la plante et de la facilité de surveiller quelque chose qui ne court pas et ne transpire pas. Je suis relativement nouveau dans le domaine de la croissance des plantes et les guides sur Internet semblaient être écrits par des personnes bien intentionnées, mais pas par des ingénieurs. Un ami à qui j'ai demandé "combien dois-je les arroser…" a répondu que le seul moyen est de soulever la plante et si elle semble légère, vous l'arrosez. Il est très doué pour "grandir". Enfoncer votre doigt dans le sol n'aide pas vraiment beaucoup. La plupart des Instructables utilisent une sonde d'humidité du sol bon marché qui est sujette à une variété de défaillances, dont les plus flagrantes sont l'imprécision et la corrosion.

L'examen de la littérature révèle que la saleté peut contenir jusqu'à 40 % d'eau et que la mesure nécessite des instruments assez coûteux. Les sondes les moins chères reposent sur la conductance de l'eau qui varie en fonction des sels dissous et d'autres facteurs. Ci-dessus est un graphique que j'ai fait d'un récipient de saleté pesé sur 2 semaines suivi d'un chauffage au four à 300 pour éliminer toute l'eau non attachée. Quarante pour cent du sol total est de l'eau et sur dix jours chauds de soleil direct, il a perdu 75 % de cette eau à un taux relativement linéaire. Alors, quel est le bon niveau d'humidité ? Cela dépend de divers facteurs, mais lors de la construction de cette machine, un bon indice est d'arroser soigneusement votre plante au niveau que vous pensez être correct et de la placer sur la machine qui mesure soigneusement son poids, puis dans une limite définie, ajoute de l'eau si nécessaire. La conception peut être modifiée pour suspendre des paniers de plantes et des systèmes d'eau sous pression.

La machine devait fonctionner à l'énergie solaire, être autonome avec son propre approvisionnement en eau, surveiller son approvisionnement en eau par des notifications sur le Web, dormir lorsqu'elle n'était pas utilisée pour minimiser l'énergie et se souvenir du poids de base et du nombre d'arrosages et d'autres données entre les sommeils cycles. Le nouvel ESP32 semblait un bon candidat pour le cerveau.

Étape 1: Rassemblez vos fournitures

La machine est composée de deux carreaux de céramique BigBox de 12 pouces dans un cadre en profilé d'aluminium prenant en sandwich un réservoir d'eau. L'électronique est sécurisée dans un boîtier électrique en plastique à l'arrière. Le réservoir d'eau a un tuyau de sortie d'une pompe fermée et d'une unité de capteur collée au fond du réservoir qui alimente la plante. La cellule de charge est en porte-à-faux à partir d'une poutre transversale en haut de l'unité.

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Étape 2: Construisez la boîte

Le cadre de la boîte est fabriqué à partir d'un angle en aluminium BigBox de 1 pouce. Vous obtenez l'idée générale à partir des images et ce n'est pas trop difficile à assembler. Les cadres sont basés sur les carreaux de pied carré qui forment les côtés avant et arrière de l'unité. Les dalles sont fixées sur les faces du cadre en aluminium avec de la colle silicone. La dimension de la section centrale dépend de la taille de votre réservoir d'eau. L'ouverture du réservoir est conçue pour que vous puissiez facilement le retirer de l'appareil et le remplir par le haut. Les fils et les tubes qui fixent le réservoir doivent être suffisamment longs et s'enrouler à l'arrière.

L'emplacement du panneau solaire dépend de la conception. J'allais utiliser plusieurs panneaux ronds pour lui donner un aspect "dés", mais je me suis installé sur les carrés car ils offraient la meilleure combinaison de tension et de courant. Je ne vais pas entrer dans les détails du raccordement de plusieurs panneaux solaires, mais vous avez besoin d'au moins 5,5 V pour que le circuit du chargeur fonctionne. Ces panneaux ont tous été accrochés en parallèle pour augmenter l'ampérage. Les trous dans le carreau de céramique sont soigneusement percés avec une mèche en diamant - assurez-vous d'utiliser de l'eau comme liquide de refroidissement pour le faire ou vous ruinerez la mèche. Ces trous ne devraient prendre que quelques minutes chacun. Utilisez des quantités généreuses de colle silicone pour maintenir les panneaux et les fils à l'intérieur des carreaux en place.

La cellule de charge est très raisonnable et est disponible en différents poids. J'ai utilisé la variété de 10 kg, mais si vous optez pour un planteur lourd, prévoyez en conséquence. Comme mes autres Instructables: https://www.instructables.com/id/Bike-Power-Pedal-IoT/ ces cellules de charge doivent être en porte-à-faux de leur côté support avec leurs trous de vis scotchés de 4 mm et 5 mm. Dans ce cas, une traverse en aluminium entre les deux supports de carreaux de céramique maintient une extrémité de la cellule de charge. L'autre supporte une plate-forme de barre plate en aluminium silicone collée à la coupelle de drainage des plantes. Soyez très prudent avec les fils de ces types - ils sont très fragiles et presque impossibles à réparer s'ils sont cassés près de leur origine. Goop avec beaucoup de colle chaude ou de silicone pour maintenir leur intégrité.

Étape 3: Construire le support de pompe/interrupteur vide

La pompe est alimentée par un relais de la batterie Lipo et fonctionne avec la tension limitée, mais vous ne pouvez pas dépasser la hauteur d'environ 2 pieds à moins d'utiliser un amplificateur de puissance pour augmenter la tension. La pompe est en fait un champion, n'a pas besoin d'amorçage, étanche et possède une prise USB à une extrémité. Ne fait pas bien avec aller à sec, cependant. L'interrupteur plein/vide du réservoir est simplement un interrupteur d'inclinaison que j'ai tamponné dans du silicone pour l'imperméabiliser, puis attaché à un support de barre en aluminium pour la pompe et à un canard en caoutchouc flottant. Le canard en caoutchouc doit être directement attaché à la barre en aluminium pour retirer la traction des fils du commutateur d'inclinaison. Lorsque le réservoir contient de l'eau, le canard flotte et incline l'interrupteur - court-circuitant la terre et permettant aux commandes d'alimenter le relais et la pompe. Il envoie également ces données sur le Web et vous enverra un tweet si vous avez besoin d'eau. La pompe est en silicone collée à cette structure de support puis collée au fond du réservoir d'eau.

Étape 4: Construire l'électronique

Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board est un microcontrôleur relativement nouveau et fonctionne très bien dans cet assistant végétal intelligent. L'avantage de cette carte par rapport à l'ancienne 8266 réside dans sa meilleure capacité de sommeil (soi-disant des années au lieu d'une heure environ…) pendant la sieste et plus d'épingles. Le grand Youtuber Andreas Spiess détaille les changements de code pour que l'ESP32 fasse un bon travail de pesée et vous devriez regarder sa vidéo si vous voulez en savoir plus sur le fonctionnement des détails. L'exemple de veille de l'IDE Arduino a également été utilisé et modifié pour ce logiciel.

Le schéma de Fritzing vous montre soigneusement toutes les connexions de câblage. Les composants ont été assemblés sur des planches perforées puis câblés ensemble. La batterie Lipo est votre 18650 pas cher standard sur son propre traîneau. La carte du chargeur est un TP4056 qui, selon Andreas, est très efficace dans ce rôle de charge solaire. Le bouton marche/arrêt avec LED intégrée alimente l'ensemble du système ainsi que la connexion relais commune qui alimente la pompe. La carte de relais est une belle carte de relais à verrouillage Adafruit qui fonctionne sur 3 V. L'ampli HX711 est alimenté par l'Adafruit et est connecté jusqu'à deux broches sur sa carte.

Tous les composants sont empilés dans un boîtier électrique extérieur en plastique ouvert sur la partie inférieure pour permettre la circulation de l'air mais bloquer la pluie. Placez l'ESP32 sur le dessus pour permettre la programmation et la surveillance série avec le couvercle retiré.

Étape 5: Logiciel

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L'appareil est simple à utiliser. Lors de la mise sous tension, la LED de l'interrupteur d'alimentation clignote jusqu'à ce qu'une plante en pot qui a été arrosée à un niveau que vous souhaitez maintenir soit placée sur la plate-forme. Après la stabilisation du poids, l'ordinateur se souvient de ce poids initial et chaque heure ou intervalle défini compare le nouveau poids de la plante et le corrige avec de l'eau pompée supplémentaire ou signale le nouveau poids et toutes les autres informations à Thingspeak, puis se met en veille. Les graphiques ci-dessus reflètent la production sur une période de trois jours pour un plant de tomate d'environ 2 pieds de haut poussant en plein soleil. La croissance de la plante dans le temps affectera évidemment le poids du pot et devra être compensée en refaisant l'initialisation après un temps déterminé par le gonflement de la croissance de la plante. Des adaptations logicielles supplémentaires permettraient une analyse automatisée de la tolérance et des exigences maximales et minimales en eau des plantes en inondant le pot jusqu'à ce que le poids ne change plus, puis en mesurant la pente de la perte de poids de l'eau au fil du temps. Cela dépendra du type de sol, des conditions météorologiques et de la structure de la plante et des racines. Des algorithmes d'arrosage supplémentaires basés sur les évaluations de données Thingspeak pourraient alors être adaptés. Les inconvénients du poids au lieu de la maintenance de l'usine de capteurs conducteurs sont la nécessité d'une zone arrosée confinée pour peser, mais les planteurs intelligents comme celui-ci sont bon marché, facilement mis en réseau et contrôlés et d'une manière étrange et amusante à suivre sur Internet.

Étape 7: Refaire

Oui, bien que conçue, la machine a bien fonctionné pendant une semaine environ, puis aurait tendance à ce que l'ESP32 entre dans une boucle étrange et ne démarre pas correctement et vide sa batterie pendant la nuit. Aucun changement de logiciel n'a pu affecter cela, j'ai donc abandonné et ajouté un Adafruit TPL5111 pour contrôler le cycle d'énergie de l'ESP, mais comme je ne pouvais plus utiliser la mémoire comme avant, j'ai écrit pour utiliser l'EEPROM et je suis passé de Thingspeak à Blynk que j'ai trouver plus de plaisir sur votre téléphone et un très bon système. Le changement de matériel consiste simplement à connecter le TPL 5111 à l'alimentation et à la terre, une broche terminée à l'ESP et la sortie Enable à la broche EN. Assurez-vous de mettre un interrupteur à bascule entre la sortie EN et l'EN sur la carte afin de pouvoir changer de programme et télécharger. Je règle le cycle de sommeil toutes les deux heures. Pour effacer l'EEPROM et réinitialiser l'unité pour une nouvelle usine ou pour un poids supplémentaire, j'ai configuré un commutateur dans Blynk pour effacer la mémoire et redémarrer le processus de pesage. Le programme du nouveau logiciel est inclus ci-dessus et le programme sur Blynk est évident à configurer. Cette machine fonctionne vraiment très bien et produit des produits dandy. En fait, je suis impressionné par l'amusement de la chose --- les cellules solaires fonctionnent facilement et ne manquent jamais d'énergie.