Contrôleur de culture hydroponique : 7 étapes (avec photos)

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

Une organisation astucieuse appelée Seeds of Change ici à Anchorage, en Alaska, aide les jeunes à se lancer dans le commerce productif. Elle exploite un grand système de culture hydroponique vertical dans un entrepôt reconverti et offre des emplois pour apprendre le métier de l'entretien des plantes. Ils étaient intéressés par un système IOT pour aider à automatiser leur contrôle de l'eau. Cette instructable est principalement de documenter mes efforts de bénévolat pour construire un système de microcontrôleur abordable et extensible pour les aider dans leurs efforts.

Les grandes opérations de culture hydroponique se sont succédées au cours des dernières années. La consolidation de cette activité a été marquée par la difficulté à la rentabiliser. Vous devez automatiser comme un fou par tous les comptes pour faire vendre de beaux sacs de laitue à profit. Ces unités verticales ne produisent rien avec de vraies calories - vous cultivez essentiellement de l'eau bien emballée - vous devez donc la vendre à un prix plus élevé. Cette unité réglable résistante à l'eau est conçue pour contrôler le niveau d'eau dans le réservoir principal et mesurer en permanence sa profondeur, son pH et sa température. L'unité principale fonctionne sur un ESP32 Featherwing et rapporte ses résultats via le Web à une application blynk sur votre téléphone pour la surveillance et les avertissements par e-mail ou par SMS si les choses tournent mal avec vous.

Étape 1: Rassemblez vos documents

La conception était basée sur des boîtiers électriques résistants à l'eau bon marché de Lowes et quelques supports imprimés en 3D. Les autres pièces sont toutes relativement bon marché, à l'exception de l'unité de pH de DF Robot et de l'ETape d'Adafruit. DF Robot vend sa nouvelle version 3 volts de son capteur de pH analogique avec une sonde de pH moins chère et vous devrez probablement investir dans une version chère de celle-ci pour une immersion constante. Je n'ai pas encore inclus de testeur de conductivité, mais ce sera probablement une mise à niveau après avoir vu comment celui-ci se comporte.

1. Deux boîtiers électriques résistants à l'eau de Lowes - avec divers raccords pour contenir des tubes droits et coudés - 10 $

2. Capteur de niveau de liquide eTape standard de 12 avec boîtier en plastique Adafruit -- 59 $, vous pouvez l'obtenir sans le boîtier en plastique pour 20 $ de moins…

3. Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board - super planche. 20 $

4. Aiskaer 2 pièces réservoir d'aquarium monté sur le côté interrupteur à flotteur de liquide horizontal monté sur le côté niveau d'eau 4 $

5. Adafruit Mini relais non verrouillable FeatherWing

6. Lipo - batterie 5 $ (alimentation de secours)

7. Couplez différentes couleurs de LED

8. Capteur de température numérique étanche DS18B20 + extras 10 $ Adafruit

9. Gravité: Kit de capteur/mètre de pH analogique V2 Robot DF 39 $ - La sonde de pH industrielle coûtera 49 $ de plus

10 Interrupteur marche/arrêt en métal robuste et étanche avec anneau LED rouge - 16 mm rouge marche/arrêt

11 Électrovanne d'eau en plastique - 12V - 3/4 (N'obtenez pas le 1/2 pouce - il ne convient à rien…)

12. Diymall 0.96 pouce jaune bleu I2c IIC série Oled LCD module LED 5 $

Étape 2: le câbler

Suivez simplement le schéma de Fritzing pour le câblage. L'esp32 était monté sur un panneau photo avec l'écran OLED du côté opposé où il ferait face au petit trou à l'arrière central de la boîte à gangs. Les LED étaient connectées à deux sorties numériques de l'ESP. L'un indique une connexion WiFi et l'autre annonce si le relais est allumé à la sortie d'eau. La batterie Lipo est attachée à l'entrée de batterie sur la carte. Toutes les autres cartes (pH, relais, Etape, température à un fil, OLED) sont toutes alimentées par le 3 volts de la carte. L'interrupteur marche/arrêt est connecté à la terre par la broche d'activation de la carte principale - la LED n'est alimentée par AUCUNE connexion à l'alimentation. L'eTape est certainement quelque chose à examiner attentivement - sur ma carte, l'alimentation et la masse étaient inversées (ROUGE/NOIR) et cela semble être le cas avec d'autres qui ont eu ce problème (faites une recherche sur le site Web d'adafruits pour ce problème…) De plus, la résistance incluse dans la tête doit être mesurée avec soin - elle n'est pas telle que publiée. La nouvelle carte DH Robot fonctionne maintenant avec 3V et fonctionne donc avec l'ESP32. Impossible de faire fonctionner A0 - ne prend pas d'entrées avant la connexion Wifi, j'ai donc utilisé d'autres entrées analogiques.

Étape 3: Construisez-le

Tout s'intègre assez bien dans la boîte principale. Deux pôles de conduit électrique s'intègrent bien dans les mamelons étanches en bas. Ceux-ci soutiennent les instruments de mesure. Ils peuvent être arbitrairement plus longs ou plus courts pour suspendre la boîte plus haut ou plus bas au niveau de l'eau - vos seules limites sont la longueur de vos fils de connexion qui doivent aller dans la boîte. Ces tubes doivent être scellés au fond avec du silicone. Les instruments sont suspendus à des connecteurs imprimés en 3D qui correspondent à la courbure du corps de l'étape et du conduit. Ils sont facilement réglables avec des écrous à oreilles. Des supports spéciaux pour la sonde de pH et la sonde de température à un fil ont également été imprimés. Le support du boîtier pour les interrupteurs de contrôle de niveau - eau a également été imprimé en 3D. Ces interrupteurs sont étanches, bien conçus et bon marché. Ils semblent être des interrupteurs à lames fermés. La boîte a été remplie de silicone après avoir été fixée avec l'écrou inclus à l'intérieur. La distance entre ces commutateurs déterminera la quantité de fluide autorisée avant l'arrêt. Tous les fils sont passés à travers une ouverture inférieure puis scellés avec du silicone. Le fil de la sonde pH a été introduit par l'ouverture supérieure car il sera très probablement changé fréquemment. L'interrupteur marche/arrêt a été collé à chaud en position. Un rack pour monter en toute sécurité l'esp32 avec écran a été imprimé en 3D. Une petite fenêtre ronde en plastique a été siliconée sur l'ouverture du couvercle arrière pour protéger l'écran OLED de l'eau.

Étape 4: Fichiers d'impression 3D

Ce sont les fichiers STL de tous les supports et supports associés. Ceux-ci ont tous été conçus pour s'adapter aux fonctionnalités de support. Le boîtier du solénoïde doit être modifié après l'impression pour les ports de commande d'alimentation/de relais et le trou de LED à l'avant.

Étape 5: Contrôle de l'eau

Le solénoïde de 12 volts a été placé dans son propre boîtier imprimé en 3D personnalisé qui comprenait également un port pour une alimentation séparée et une ligne de commande de la carte de relais de plume dans le boîtier principal. Il comprenait également une petite led rouge qui s'allumait lorsque le solénoïde est activé. Un tuyau d'arrosage ordinaire peut se connecter aux ouvertures de 3/4 de pouce - n'obtenez pas la variété de 1/2 pouce de ceci - vous aurez du mal à trouver des connecteurs….

Étape 6: programmez-le

Le code est assez simple. Il gère quelques sous-programmes différents et les signale sur le réseau Blynk. Si vous avez travaillé avec Blynk avant de connaître l'exercice. Vous devez inclure tous les logiciels Blynk et la clé de connexion pour votre microcontrôleur et votre station de rapport. Vous devez également fournir des informations d'identification à votre connexion Wifi. Tout fonctionne plutôt bien et fournit un moyen très simple de rapporter des données compliquées sans faire beaucoup de travail. Vous devez configurer une série de minuteries Blynk pour chaque capteur mesuré. Ceux-ci doivent être démarrés et exécutés dans un sous-programme séparé. J'en ai des séparés pour le pH, la température, la hauteur de l'eau et le temps pendant lequel l'électrovanne reste ouverte - c'est pour vérifier si l'eau est allumée trop longtemps sans remplir le réservoir - pas bon. Le sous-programme de hauteur d'eau prend juste une moyenne de lectures multiples du diviseur de tension sur l'eTape (voir la note précédente - cet instrument a été mal câblé en usine….), puis corrige la lecture avec les fonctions de carte et de contrainte effectuées avec des mesures dans une eau réservoir aux limites haute et basse de la bande. Le sous-programme pH était plus compliqué. DH Robot incluait un logiciel pour effectuer l'initialisation, mais je n'arrivais pas du tout à le faire fonctionner. Vous devrez prendre des lectures brutes du port A2 avec des tampons à 4.0 et 7.0 (inclus dans le kit) et les définir dans la "valeur acide" et la "valeur neutre" dans la partie supérieure du programme. Il identifiera ensuite la pente et l'intersection y pour calculer toutes les valeurs de pH ultérieures pour vous. Le pH devra être recalibré de la même manière environ tous les 2 mois pour le vérifier. Le sous-programme temp est votre programme standard à un fil. La seule activité dans la section de boucle vide est de vérifier l'état des deux interrupteurs à flotteur pour déterminer quand ouvrir l'eau et démarrer une minuterie.

Étape 7: l'utiliser

Lors des premiers essais, la machine a bien fonctionné, avec une plage facilement réglable pour les instruments et un boîtier résistant à l'eau pour une configuration plus facile dans un environnement en évolution rapide. Il faudra voir si la distance entre les deux interrupteurs de niveau d'eau s'avère suffisante. L'environnement Blynk a facilité le reporting et le contrôle avec le téléphone portable. Le contrôle direct du relais de sortie par téléphone permet des dérogations au système lorsque des situations de niveau d'eau effrayantes surviennent. La facilité avec laquelle vous pouvez immédiatement fournir une sortie canalisée à autant d'appareils que possible facilite le partage de données avec plusieurs personnes. Les intérêts futurs seront l'automatisation de l'approvisionnement en nutriments, les tests de conductivité (problèmes connus avec la mesure du pH) et la mise en réseau maillé avec d'autres nœuds pour mesurer les emplacements éloignés dans le complexe de culture.