Gestión de planta solar basada en peso con ESP32: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Cultivar plantas es divertido y regarlas y cuidarlas no es realmente una molestia. Las aplicaciones de microcontroladores para monitorear su salud están en todo Internet y la inspiración para su diseño proviene de la naturaleza estática de la planta y la facilidad de monitorear algo que no corre y no suda. Soy relativamente nuevo en el crecimiento de plantas y las guías en Internet parecen estar escritas por personas bien intencionadas, pero no por ingenieros. Un amigo al que le pregunté "cuánto les riego …" respondió que la única forma es sopesar la planta y si se siente ligera la riegas. Es muy bueno "creciendo". Metiendo el dedo en la tierra no ayuda mucho. La mayoría de los Instructables utilizan una sonda de humedad del suelo barata que es propensa a una variedad de fallas, las más evidentes son la inexactitud y la corrosión.

La revisión de la literatura revela que la suciedad puede ser hasta un 40% de agua y medir esto requiere instrumentos bastante costosos. Las sondas más baratas se basan en la conductancia del agua, que variará con las sales disueltas y otros factores. Arriba hay un gráfico que hice de un recipiente de suciedad pesado durante 2 semanas seguido de calentamiento en el horno a 300ºC para eliminar toda el agua no adherida. El cuarenta por ciento del suelo total es agua y durante diez días calurosos de sol directo se perdió el 75% de esta agua a un ritmo relativamente lineal. Entonces, ¿cuál es el nivel correcto de humedad? Depende de una variedad de factores, pero al construir esta máquina, una buena pista es regar cuidadosamente su planta hasta el nivel que crea que es correcto y colocarla en la máquina que mide cuidadosamente su peso y luego, dentro de un límite establecido, agrega agua cuando sea necesario. El diseño se puede modificar para colgar cestas de plantas y sistemas de agua a presión.

La máquina tenía que funcionar con energía solar, ser autónoma con su propio suministro de agua, controlar su suministro de agua mediante notificaciones a la web, dormir cuando no se usaba para minimizar la energía y recordar el peso base y cuántos riegos y otros datos entre el sueño. ciclos. El nuevo ESP32 parecía un buen candidato para el cerebro.

Paso 1: Reúna sus suministros

La máquina está hecha de dos baldosas cerámicas BigBox store de 12 pulgadas en un marco de canal de aluminio que intercala un tanque de agua. La electrónica está asegurada en una caja eléctrica de plástico en la parte posterior. El tanque de agua tiene una manguera de salida de una bomba cerrada y una unidad de sensor pegada al fondo del tanque que alimenta la planta. Los voladizos de la celda de carga de una viga transversal en la parte superior de la unidad.

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Paso 2: construye la caja

El marco de la caja está hecho de un ángulo de aluminio BigBox de 1 pulgada. Obtienes la idea general de las imágenes y no es demasiado difícil de armar. Los marcos se basan en los mosaicos de pies cuadrados que forman los lados frontal y posterior de la unidad. Las baldosas se sujetan a las caras del marco de aluminio con pegamento de silicona. La dimensión de la sección central depende del tamaño de su tanque de agua. La abertura del tanque está diseñada para que pueda sacarlo fácilmente de la unidad y volver a llenarlo desde la parte superior. Los cables y tubos que sujetan el tanque deben ser lo suficientemente largos y curvados en la parte posterior.

La ubicación del panel solar depende del diseño. Iba a usar varios paneles redondos para darle un aspecto de 'dado', pero me decidí por los cuadrados porque daban la mejor combinación de voltaje y corriente. No voy a entrar en detalles sobre la conexión de múltiples paneles solares, pero necesita al menos 5.5v para que el circuito del cargador funcione. Todos estos paneles se engancharon en paralelo para aumentar el amperaje. Los agujeros en la baldosa de cerámica se perforan cuidadosamente con una broca de diamante; asegúrese de usar agua como refrigerante para hacer esto o arruinará la broca. Estos agujeros solo deberían tomar un par de minutos cada uno. Use cantidades abundantes de pegamento de silicona para mantener los paneles y los cables en el interior de las baldosas en su lugar.

La celda de carga es muy razonable y viene clasificada en varios pesos. Usé la variedad de 10 kg, pero si vas a plantar una sembradora pesada, planifica en consecuencia. Al igual que mis otros Instructables: https://www.instructables.com/id/Bike-Power-Pedal-IoT/ estas celdas de carga deben estar en voladizo desde su lado de soporte con sus orificios para tornillos con cinta de 4 mm y 5 mm. En este caso, una pieza transversal de aluminio entre los dos soportes de baldosas de cerámica sostiene un extremo de la celda de carga. El otro soporta una plataforma de barra de silicona plana de aluminio pegada a la copa de drenaje de la planta. Tenga mucho cuidado con los cables de estos tipos: son muy frágiles y casi imposibles de reparar si se rompen cerca de su origen. Aplique mucho pegamento termofusible o silicona para mantener su integridad.

Paso 3: Construya la bomba / soporte de interruptor vacío

La bomba funciona con un relé de la batería Lipo y funciona bien con el voltaje limitado, pero no puede exceder la altura de aproximadamente 2 pies a menos que use un amplificador de potencia para aumentar el voltaje. La bomba es en realidad un campeón, no necesita cebado, es impermeable y tiene un conector USB en un extremo. Sin embargo, no le va bien al secarse. El interruptor de depósito lleno / vacío es simplemente un interruptor de inclinación que froté en silicona para impermeabilizar y luego até a un soporte de barra de aluminio para la bomba y un patito de goma flotante. El patito de goma debe estar atado directamente a la barra de aluminio para quitar la tracción de los cables del interruptor de inclinación. Cuando el depósito tiene agua, el patito flota e inclina el interruptor, haciendo un cortocircuito a tierra y permitiendo que los comandos enciendan el relé y la bomba. También envía estos datos a la web y te enviará un tweet si necesitas agua. La bomba está pegada con silicona a esta estructura de soporte y luego pegada al fondo del depósito de agua.

Paso 4: construcción de la electrónica

Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather Board es un microcontrolador relativamente nuevo y funciona muy bien en este inteligente ayudante de plantas. La ventaja de esta placa sobre la antigua 8266 está en su mejor capacidad para dormir (supuestamente años en lugar de una hora más o menos …) su capacidad para recordar lo que aprendió entre siestas (la antigua 8266 se reinicia desde cero …) y un menor consumo de energía. mientras toma una siesta y más alfileres. El gran Youtuber Andreas Spiess detalla los cambios en el código para que el ESP32 haga un buen trabajo de pesaje y deberías ver su video si quieres saber más sobre cómo funcionan los detalles. El ejemplo de suspensión del IDE de Arduino también se usó y modificó para este software.

El diagrama de Fritzing le muestra cuidadosamente todas las conexiones de cableado. Los componentes se ensamblaron en placas de perforación y luego se conectaron. La batería Lipo es su 18650 barata estándar en su propio trineo. La placa del cargador es un TP4056 que, según Andreas, es muy eficiente en esta función de carga solar. El botón de encendido / apagado con LED incorporado envía energía a todo el sistema, así como a la conexión de relé común que alimenta la bomba. La placa de relés es una bonita placa de relés de enclavamiento Adafruit que funciona con 3 V. El amplificador HX711 se alimenta a través de Adafruit y está conectado hasta dos pines en su placa.

Todos los componentes están apilados en una caja eléctrica exterior de plástico abierta en la sección inferior para permitir el flujo de aire pero bloquear la lluvia. Coloque el ESP32 en la parte superior para permitir la programación y el monitoreo en serie sin la cubierta.

Paso 5: software

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El dispositivo es fácil de usar. Cuando se enciende, el LED del interruptor de encendido parpadea hasta que se coloca en la plataforma una planta en maceta que ha sido regada al nivel que desea mantener. Después de la estabilización del peso, la computadora recuerda este peso inicial y cada hora o intervalo establecido compara el nuevo peso de la planta y lo corrige con agua bombeada adicional o informa el nuevo peso y toda la otra información a Thingspeak y luego se duerme. Los gráficos anteriores reflejan la producción durante un período de tres días para una planta de tomate que mide aproximadamente 2 pies de altura y crece a pleno sol. El crecimiento de la planta con el tiempo obviamente afectará el peso de la maceta y debe compensarse rehaciendo la inicialización después de un tiempo determinado por el aumento de volumen del crecimiento de la planta. Las adaptaciones de software adicionales permitirían el análisis automatizado de los requisitos y la tolerancia al agua máxima y mínima de las plantas inundando la maceta hasta que el peso ya no cambie y luego midiendo la pendiente de la pérdida de peso del agua a lo largo del tiempo. Esto dependerá del tipo de suelo, el clima y la estructura de las plantas y las raíces. Luego, se podrían adaptar algoritmos de riego adicionales basados en evaluaciones de datos de Thingspeak. Las desventajas del peso en lugar del mantenimiento de la planta de sensores conductivos es la necesidad de un área de riego confinada para pesar, pero las macetas inteligentes como esta son baratas, se conectan y controlan fácilmente en red y, de una manera extraña, son divertidas de seguir en Internet.

Paso 7: rehacer

Sí, bien diseñada, la máquina funcionó bien durante una semana más o menos y luego tendría una tendencia a que el ESP32 entrara en un bucle extraño y no arrancara correctamente y agotara la batería durante la noche. Ninguna cantidad de cambio de software podría afectar esto, así que me di por vencido y agregué un Adafruit TPL5111 para controlar el ciclo de energía del ESP, pero como ya no podía usar la memoria como antes, escribí para usar la EEPROM y cambié de Thingspeak a Blynk, que encuentra más diversión en tu teléfono y un sistema realmente bueno. El cambio de hardware es solo una cuestión de conectar el TPL 5111 a la alimentación y a tierra, un pin listo al ESP y la salida Enable al pin EN. Asegúrese de colocar un interruptor de palanca entre EN-out y EN en la placa para que pueda cambiar programas y cargar. Configuré el ciclo de sueño cada dos horas. Para borrar la EEPROM y reiniciar la unidad para una nueva planta o para peso adicional, configuré un interruptor en Blynk para borrar la memoria y reiniciar el proceso de pesaje. El programa para el nuevo software se incluye arriba y el programa en Blynk es obvio de configurar. Esta máquina realmente funciona muy bien y produce algunos productos excelentes. De hecho, estoy impresionado con lo divertido que resultó ser: las células solares funcionan fácilmente y nunca se quedan sin energía.