Умная система автополива растений на Arduino Nano

Компоненты и материалы

Arduino Nano R3	×	1
Adafruit LCD 16x2 (белый на синем)	×	1
Микронасос для воды	×	1
Ротационный энкодер с кнопкой	×	1
Драйвер двигателей L298N	×	1
Фоторезистор	×	1
Транзистор NPN (общего назначения)	×	1
Резистор 10 кОм	×	1
Потенциометр 10 кОм	×	1
Конденсатор 10 мкФ	×	1
Конденсатор 1000 мкФ	×	1
Конденсатор 470 мкФ	×	1
Конденсатор 100 нФ	×	7
Диод 1N4001	×	8
RCA-разъем	×	1
Датчик влажности почвы	×	1
Клеммные блоки (3 шт.)	×	3
Стабилизатор AMS1117-ADJ	×	1
Резистор 2 кОм	×	1
Резистор 680 Ом	×	1
Блок питания DC 9V 3A	×	1

Инструменты

Паяльник

Приложения и сервисы

Arduino IDE

О проекте

Еще один автополиватель

В интернете много проектов и руководств по использованию датчиков влажности почвы. В этом проекте лучшие идеи из сети объединены и дополнены программной частью для создания контроллера системы автополива домашних растений. Иногда решение кажется очевидным, пока не углубишься в детали. Давайте разберем эти детали.

Основные функции контроллера

• Поддержка двух растений — два независимых канала; любой канал можно отключить
• У каждого канала два общих параметра: время полива вперед и назад (в десятках секунд)
• Ручной режим — полив по нажатию кнопки
• Проверка влажности после полива: канал отключается, если влажность не выросла
• Датчик освещенности предотвращает работу ночью
• Меню настройки параметров. Конфигурация сохраняется в EEPROM

Измерение влажности почвы

Как точно измерить влажность почвы? Можно заказать датчик, вставить в горшок и измерить сопротивление. Так делают многие руководства. К сожалению, в моем случае сопротивление «сухой» и «влажной» почвы было близко (300 кОм и 500 кОм) — точно определить момент полива сложно. Проблема в том, что чистая вода не проводит ток — проводят минералы. Измеряемое сопротивление сильно зависит от количества и типа минералов, а не от количества воды.

В интернете нашел блестящую идею: измерять не сопротивление, а емкость датчика. Вода имеет высокую диэлектрическую проницаемость, поэтому емкость «влажного» датчика в миллион раз больше «сухого» (200 мкФ против 200 пФ)!

Как измерить емкость?

Гениальные люди превратили Arduino в точный измеритель емкости. Но этот метод сложен и избыточен для наших целей. Другой способ проще: использует всего два аналоговых пина и дает приемлемую точность для различия «сухое/влажное». Поскольку показания «сухого» и «влажного» сильно отличаются, в коде используется натуральный логарифм показаний емкости, чтобы сузить диапазон значений.

Зачем H-мост?

Казалось бы, достаточно одного MOSFET для насоса. Но уровень воды в баке может быть выше растения. В таком случае вода течет по инерции после остановки насоса. Как гарантированно остановить поток? Запустить насос в обратную сторону на короткое время. Для DC-мотора достаточно поменять полярность. Для этого нужен H-мост. L298N — хороший выбор. Насосы потребляют 9V и 3A, поэтому нужны радиатор на чипе и мощный резистор (1 Ом 5Вт). L298N управляет двумя моторами, поэтому контроллер может поливать два растения одновременно.

Меню контроллера

Управление через ротационный энкодер. После запуска появляется главный экран:

• Верхняя строка: текущие показания датчиков обоих каналов. Если канал отключен — xxxx
• Нижняя строка: пороги сухости

Ручной полив: короткое нажатие энкодера → экран ручного управления.

Настройка: длинное нажатие (~1 сек) на главном экране → меню:

• Левый канал
• Правый канал
• Яркость подсветки дисплея (или авто)
• Яркость ночью

Меню каждого канала:

• Включение канала
• Порог сухости (натуральный логарифм емкости датчика). Текущие значения на главном экране
• Время работы насоса вперед (десятки секунд)
• Время работы насоса назад (десятки секунд)
• Тест параметров — проверка работы полива перед сохранением в EEPROM

Аппаратная часть

Контроллер собран на двух двусторонних платах 3×7 см.

Плата 1: драйвер L298N, диоды, клеммные блоки для питания и насосов, разъемы датчиков. Модуль питания AMS1117-ADJ для 5В (L298N и Arduino). Удобно для отладки. Можно использовать стабилизатор на самой Arduino.

Плата 2: Arduino Nano, разъемы для энкодера и фоторезистора, сокет для LCD.

Код

WateringSystem

Исходный код: GitHub

Схемы