Arduino + Сад

Собственно продолжение поста про моё устройство для выращивания различных растений.

Первая часть тут - Действительно умная гидропоника. Часть 1.

• Функция измерения веса. Покажу конструкцию в 3д, так как показывать её в реальности весьма затруднительно. Я использую 60мм горшочки для гидропоники, поэтому проектировал под себя и свои нужды.
  
  

Собственно на изображениях видно, по центру стоит тензодатчик и вокруг него равноудаленно 7 слотов под горшочки с субстратом. От тензодатчика провод идет в АЦП HX711, но тут было несколько ньюансов:
А) Обязательно заэкранировать кабель подключения от самого тензодатчика(я обернул экраном наполовину) и довести экран до АЦП.
Б) Провести провод так, что бы если по нему капилярным эффектом начнет подниматься вода, он не добрался до датчика. Я сделал простую петлю и разместил его выше чем сам тензодатчик. Таким образом вода точно никак не попадет на АЦП.
Сам же АЦП в герметичном корпусе. и вынесен отдельно от системы и подключается через TYPEC-TYPEC провод любой длины.

Это нужно для того, что бы провода от тензодатчика и до АЦП были как можно короче. а цифровой сигнал уже все равно на какое расстояние и с какими помехами передавать.

Собственно сама функция измерения веса не замысловата и просто измеряет вес всего что стоит на ней. Тарирована вместе с платформой по умолчанию. Калибровка осуществляется по известному весу и выборкой в 50 измерений. Опять же, я встретил достаточно много проблем с этой фичей, но все удалось побороть.
1) Проблема влажного субстрата. Я знаю сколько весит горшочек с сухим субстратом и с мокрым. Но вода штука капающая. И эти самые капли, на начальных этапах роста дают не просто шум, а шумище. То есть когда растения весят 0.02 грамма, это начинает становится серьезной проблемой. Был введет флаг полива, и примерная интерполяция по времени, за сколько "худеет" горшочек от воды. + мы знали начальный и конечные веса. Это помогло уменьшить шум от измерений. Затем сверху накладывается алгоритм среднего, лимитации пиков (по сути фильтрация сигнала, если он превышает порог, то значит это значение либо шум, либо вода) и просто большая выборка на одно измерение, и вес стал стабильно учитываться.
2) Проблема контрафакта. Очень, ООЧЕНЬ много контрафакта на OZON. 2 штуки HX711 купленные мной, были с затертыми микрухами, неотмытым флюсом и шумели хуже чем пьяный сосед вася, периодически отваливались и отказывались измерять показания во всех режимах. (40\10), причинно следственной связи установить не удалось. В стерильном скетче и с идеальным подключением, вели себя неадекватно. Лишь на 3 раз удалось приобрести действительно хороший модуль, который ведет себя как заявляет производитель. На удивление он даже выглядел иначе.

Собственно, я упомянул, про распределение веса. у меня в системе 25 слотов на данный момент. (без весов 27). Так вот для каждого из слотов можно вычислить свой вес. Даже если растение не на весах, нужно что бы оно хотя бы раз там побывало единственное что.
Работает это по принципу "разумного распределения", у каждого слота в системе есть свой индекс и 1 или 0 является ли этот индекс весами или нет. Если мы знаем, что растение например в системе 15 дней и оно одно сидит на измерительной платформе, то формула следующая

вес платформы - вес горшка - вес субстрата = вес этого конкретного растения.

Если на платформе сидят условно 5 растений, то этот вес просто делится на 5, при соблюдении того факта что это та же партия выращеваемых растений. (помните в предыдущем посте мы задавали количество посаженных растений? вот вот, там же и формируется уникальный ID посадки)

А дальше магия. У нас для каждого поддерживаемого растения системой,базово прописан теоретический вес, который перезаписывается реальным во время использования. Ну то есть по большому счету, некое самообучение.
И логично предположить, что растение сидящее на весовой платформе в слоте с индексом 1, которому 5 дней примет массу A, а растения например в индексе 4,5,6 которым уже 25 дней, примет массу Общая масса растений - масса А / 3. Собственно как то так. А дальше, когда мы знаем уже реальную массу каждого растения, системе собственно не сложно предположить, что остальные растения из этой партии но в слотах не на весах, весят примерно столько же. И она присваивает массу уже этим растениям. Собственно как то так, это весьма сложно объяснить как оказалось. А дальше можно оставить на весах 7 уникальных растений например и с помощью этого алгоритма наблюдать за их поведением в зависимости от например различных факторов. (температуру поднять, чо будет? дать больше EC? и тд. ) все это пишется, запоминается и анализируется.

Видно на графике, что сейчас салаты на платформе в стадии активного роста и прибавляют примерно по 0.1кг в сутки, что очень даже не плохо. Сейчас пару дней назад я снизил дозу EC до 1.2, до этого было 1.6, дальнейшие наблюдения покажут, осталась ли прежней скорость набора зеленой массы или замедлится.
Салат Мини Ромэн.

Внешне это выглядит вот так:

Контейнер

Ну что бы далеко не отходить уже от конструкции, чуть вильнем в эту сторону. Это тоже отдельный и большой этап.

Контейнер для выращивания у меня сделан из ПВХ пластика на фрезерном ЧПУ. Тоесть по сути это был конструктор для склеивания. Клеил специальным клеем и сверху проходился ещё герметиком, тк вода может стоять в процессе эксплуатации весьма большим объемом. (около 1.8 литров. Возможно это не доработка и я поправлю в следующей генерации этот момент, но пока все работает отлично. Спроектирован так, что бы на обычном принтере можно было напечатать 3 крышки для высаживания растений и что бы влез в обычный металический стеллаж. Как по высоте так и по ширине. Идеально входил в стеллаж 800*300, тк изначально собственно под него и проектировался.

Расположение самих форсунок тоже важно. Разместить их надо таким образом, что бы будущая корневая система не загородила собой одну\две\три из форсунок и не отняла питание у остальных растений, так же надо учесть что бы струя не била напрямую в горшочки, а увлажняла воздух вокруг, ну и естественно что бы это не было так, что из щелей фигачит водяной туман и увлажняет все вокруг и вокруг системы лужи.

Я сделал около 4-5 вариантов в модели, примерно просчитал конусами ~55 градусов, что соответствует моему давлению и диаметру форсунок. И самый нормальный вариант как по мне, без лишнего изобретательства велосипеда, это разместить их на будущем уровне воды внизу под 35 градусов к поверхности. Так же они заполняют пробелы друг друга. По одному борту стоят 4, по другому тоже 4 но со смещением на около 50мм.

На дне имеются укрепления в виде полосок того же пластика, что необходимо для того что бы днище не прогибалось под весом жидкости и конструкция получилась легкой и жесткой и так же укреплены сами стенки ближе к крышке такими же полосами, что бы надежнее их скрепить между собой и дать опору для прямоугольника под печатные крышки уже.

Конструкция бака

Тут особо рассказывать нечего. Тут я не изобретал велосипед и сделал из контейнера удовлетворившего мои условия. Он должен закрываться плотно на защелки и быть не прозрачным, подходить по размеру. В принципе это всё. Дальше дело техники, я все монтировал на крышку, что бы при необходимости её поднять и вытащить сам бак и помыть\заполнить водой или что то ещё сделать, но честно я этого не делаю)) потому что заливаю воду просто в контейнер и она сама наполняет бак, но ситуации могут быть разные. Для обслуживания единственное что важно было, это не крепить ничего на сам контейнер, тк провода или шланги в дальнейшем будут мешать его обслуживанию.
Единственное что пришлось сделать, это закрепить на быстросъемном печатном креплении датчик наличия воды на безопасном для насосе уровне. Если вдруг я все таки не увижу отсутствие раствора, он отключит насос и не даст ему работать вхолостую.

Продолжаем по функциям (системные функции)

• Диспетчер задач. Да да, вы не ослышались. У меня есть свой диспетчер задач с блэкджеком и памятью. На самом деле вещь сугубо дебажная. Показывает она приоритет, ядро исполнения, сколько стека ест та или иная задача, за сколько выполняется и есть ли опасность краша системы по Watchdog, так же есть апи поинты для остановки или перезапуска задач, но пока в интерфейс не интегрировал ещё. Конечно это касается только задач FreeRTOS, задачи в Loop цикле при этом никак не отображаются.

Лог система

• Лог система, это отдельная вещь, тк в такой сложной системе надо логировать всё и ещё раз всё что можно. Но все же сталкивались с тем что в луп написал println и значение и больше в логах ты не хозяин. Да, конечно можно Усовершенствовать это делеями, а лучше миллисами или yield ами, но это разве гибкость? Когда логов становится много. Нет, не так. МНОГО, ОЧЕНЬ МНОГО, за пару секунд собирается 30-40 строк, пора что то с этим делать. А ведь так не хочется трогать уже сделанное полезное логирование, вдруг оно опять понадобится позже. Поэтому я уже известным путем и пошел. Сделал просто обертки для функций логирования, но уже с аргументами уровня логирования. DEBUG INFO WARNING ERROR. И собственно параметрами куда это самое логирование отслыать, в телегу на сд карту или в веб интерфейс. В тг просто по приколу, я хрен знает зачем, мне ни разу не пригодилось. А вот на SD очень даже, в связи с этим на фронте на самой ESP появилась даже кнопочка скачать лог. Пришлось ограничить правда размер до 4мб, как правило этого хватает для всех нужд. Но не было печали купила баба порося, это то я все сделал, но как отлавливать PANIC/WDT и прочие неприятности когда ты по ошибке вылез за предел массива или сожрал весь HEAP? Правильно, взять дешман ESP32Dev модуль и подцепить его TX\RX2 в RX\TX0 на Main ESP32S3 и заставить его читать вообще всё и отсылать по вебсокету на свой веб интерфейс. А ещё можно прикрутить кнопку принудительной перезагрузки контроллера, перепрошивки без необходимости лезть в корпус и подсоединять USB.

Тут же прикрутил и фильтрацию логов по системам которые определяются автоматически, прикрутил MQTT для удаленного перезапуска Main и самое главное, на SLAVE сохраняются все Backtrace c Master контроллера и коды ошибок для дальнейшей диагностики + лог за минуту до критической ошибки. И вот это уже настоящая имба. Ты буквально независим от ошибок и USB провода и можешь прочитать всё что тебе нужно независимо от того, что с Master контроллером. Так ещё и ладно, эту идею можно развить и дальше, Slave контроллер может быть и резервным контроллером. Например самые важные функции это полив и свет, вполне можно автоматически дублировать и управлять теми же самыми реле при отключении Master контроллера. Уведомлять пользователя и тд. В будущем такое обязательно будет, но количество лапши внутри корпуса уже заставляет дергаться оба глаза. Поэтому потом, когда нибудь.

Резюмируя систему логирования, она получилась мощная, быстрая, понятная и самое главное удобная для использования. А большего мне и не надо. Красивости в ней только мешают, поэтому тут дизайна как такового и нет.

MQTT и умный дом.

Так же отдельный большой раздел.

Обычно я не шел дальше ручной подписки на нужные топики, но тут что то захотелось ну прям автоматически все чтоб было. Итог таков. Если у вас дома есть Home Assistance и стоит расширение MQTT, вам больше ничего не надо делать. Все найдется и добавится в систему автоматически как надо и без танцев с конфигурациями, отдельным устройством, в котором усе уже сконфигурировано как нужно.

Конечно забавно, но виртуальные реле из HA добавляются снова в HA, можно исправить, но не вижу смысла)

Не знаю, тут особо рассказывать то больше и нечего, из HA можно прокинуть уже куда хотите, хоть в Apple Home, хоть в Алису. Задавать сценарии и тд. В будущем возможно я расширю возможности настроек MQTT, что бы можно было выбрать а что конкретно вообще по этому вашему MQTT передавать то, но пока это жестко захардкожено и он передает все сенсоры и все реле. А больше как будто и не нужно, разве что блокировку таймеров и их настройку ещё бы завести, но как будто ту мач.

Система

Отсюда, можно забэкапить всё, что происходит в системе. конфигурацию реле, насосов, удобрений, бака, посадки и так далее и тому подобное. Всё качается в ZIP архиве и так же восстанавливается в одну кнопку на чистой системе. Это очень очень полезно, тк я за время тестирования и кучи форматирований флешек и Spifs просто устал заполнять всё руками. А так же помогает если вдруг вы сменили SD или отчистили SPIFS обновив прошивку. (Дада, кнопка файловой системы называется LittleFS так это потому что я всегда их путаю, но в данном проекте SPIFS)

Ну и возможность обновить систему через OTA .bin или обновить сам веб интерфейс, чего я делать больше не планирую.

Telegramm

Это последняя в этом посте система, телеграмм уведомления.

Ну и конечно, система может выслать вам неприятные сообщения, которые вас уже изрядно бесят.

Каждый запуск системы, это куча проверок на работоспособность всех микросервисов системы. И их запуск. О чем телеграмм бот и сообщает. Тут немного дублируется логирование, тк STILL BETA. Но ничего)

Давайте на этом закончим вторую часть. В третей, я хотел бы рассказать уже о датчиках, их калибровке, температурных компенсациях, проблемах, шкалах NaCl и других. Австралийских аршинах в измерении EC. А в четвертой, если успею доделать 4.2, расскажу об интерфейсах взаимодействия с фермой. (Веб интерфейс, экран Nextion) вообщем очень много какой инфой могу поделится в этом цикле постов.

Для любителей длинных постов и кривого чтива, прошу велком под спойлер.
Для ЛЛ переходите ниже.

Был у меня мобильный кондиционер, но он шумел аки скутер, что являлось фактором нифига себе отвлекающим от удаленной работы. Расположение у него к сожалению, прямо у меня за спиной, что не добавляло тишины. Кто то скажет, почему бы не поставить сплитку, так то оно и так, да только в СПб как будто бы, сплитка пока не особо горит, хотя уже задумываюсь.

На этапе ремонта, я как человек незнающий в этом деле, обзвонил все конторы с вопросом - протяните трассу, но то ценники загнут, то мастер будет через 2 недели, а сам я не догадался в то время зайти на озон и найти готовый комплект для установки самостоятельно, глядишь и поста бы не было. Ну ничего, с опытом всё приходит. В итоге долго ли коротко ли, мобильный кондей был выброшен на балкон, а выходное отверстие с помощью различных переходников которые не уничтожат на совсем внешний вид кондиционера, было превращено в отверстие 150мм под тот же воздуховод от этого же кондиционера, ну и вставка в балконную дверь из оргстекла с отверстием. Выход сделал так же из 150мм воздуховода в ещё одну вставку но уже в маленькую секцию глухого окна из оргстекла, вдовесок натянул москитную сетку на патрубок и обратный клапан, всё это я надежно присрал к различными переходниками от производителя постаравшись их не испортить (спойлер, получилось) Теперь кондиционер стоит на балконе, не нагревает помещение и в любой момент так сказать болт он, возвращается в стоковое состояние, при этом эффективно охлаждает основное помещение и всё удовольствие по цене среднестатистического чека в ресторане.

И вот спустя пару дней наслаждения, кондиционер громко буркнул и сказал мне смотри в инструкцию и читай коды ошибок. Посмотрел, почитал. Слил литров 7 воды, понял что всё это оказывается придется проделывать раз в какое то время, а учитывая влажность пусть и на застекленном, но всё же балконе, видимо придется это делать часто. Благо есть специальное отверстие под шланг, что бы удалять конденсат куда то. Что я и сделал подсоединив и убрав в свободную 5 литровую баклаху из под воды. Каково же было моё удивление, когда я обнаружил, с какой скоростью этот самый конденсат производится. В среднем за 12 часов попеременной работы, по 5 литров. Ладно, думаю. Выливать раз в день канистру, не так уж и сложно, за то переворачивать и отсоединять кондей от патрубков не нужно. Так и забыл, раза 3, прихожу домой, на балконе потоп.

Ну хоть прохладно думаю. И смешно и грустно. Но пережить потерю трех ковровых дорожек, которые хоть как временный вариант были положены, пока не будет сделан пол, я не смог.

Дико извиняюсь за такое длинное вступление, но перейдем к нашим баранам. Откуда то в моей голове, есть увлечение (или возраст) выращивать различные растения. Я заранее не претендую на какой либо профессионализм, скорее отношусь к этому с пофигизмом, вырастет что то, круто, нет ну и ладно, за то попробовал. Нравится сам процесс что ли.

И вот натыкаюсь я на маркетплейсе, на систему капельного автополива для растений, да ещё и с вайфаем, в экосистеме TUYA, красота вообщем. Была она приобретена для тестирования и последующего использования. Первые тесты прошли успешно, помидорки в количестве 4 штук поливались, и я решил вынести на балкон и подсоединить к этой системе остальные свои растения. Ну и как и ожидалось, такая система питающаяся от 5 вольт USB, явно не сильно мощная и вывезет не безграничное количество растений. Ну и на 15 капельнице, я понял что эффективность уже сходит на нет и просто не додавливает. Но сам эксперимент мне очень понравился, эту систему я буду использовать для других цветов, которые обитают в комнатах.

Подумав, понял что хочу нечто большего и вот чего:
1) Не упираться в мощность устройства, диаметра труб и тд. Максимальную расширяемость. (в разумных пределах естественно)
2) Автоматическое\ручное опустошение емкости для конденсата кондиционера, путём микродисперсного распыления или увлажнения выдуваемого на улицу горячего воздуха
3) Автоматический полив из этой же емкости только нуждающихся в поливе растений.
4) Полная интеграция в умный дом на базе Home Assistance. Так же прокидывание в Apple Home и в Алису.
5) Определение параметров для наилучшего роста растений (сколько нужно света, влажности воздуха, температуры, влажности почвы,
6) Датчик уровня емкости с конденсатом, остановка кондиционера при переполнении емкости или её опустошение.
7) Статистика, всевозможные данные для изучения.
8) Возможность использования различных типов полива (микроджет, капельница, микроразбрызгиватель и тд)
9) Управление светом для досветки растений.
10) Мониторинг расхода электроэнергии, воды.
11) Возможность автоматического добавления удобрения.
12) Управление умными шторами для затенения.
13) Управление кондиционированием\проветриванием.

Итого, мы имеем много запросов, не очень большой бюджет на это развлечение(а это хобби, ну и в целом просто интересно поковыряться было), абсолютное нежелание искать готовые решения, а окунуться в мир DIY.

Все свои желания я решил разделить на то, что есть в готовых решениях и то, чего найти не удалось, либо это неоправданно дорого. Желательно покупать по минимуму.

Итого, с помощью достанной из закромов ардуино(бедная уна, ждала своего часа 6 лет), модуля wifi на esp, и макетной плате, за пару вечеров, была реализована логика работы датчиков влажности почвы, соленоидных клапанов, уровня воды в 10 литровой канистре ПЭТ и на первых этапах сборки, выглядело это примерно такой лапшей. Собственно как обычно. Логика следующая, ардуино собирает всю информацию с датчиков (влажность и уровень воды в емкости), а так же управляет двуканальным реле и передает всю эту информацию по MQTT уже непосредственно на Home Assistance и наоборот, принимает различные команды(в моём случае управление реле)

Из необходимых для реализации вещей, были дозакуплены ещё лампы Quantum Board на светодиодах от самсунга по 50 ватт каждая.
Остальное было реализовано в моем случае из уже имеющихся компонентов. В наличии были два датчика освещенности от Xiaomi, датчик влажности и температуры от этого же бренда, пару умных розеток, умное реле от Aqara тоже было в наличии и даже установлено на свое место, и всё это уже было прокинуто в умный дом довольно давно.
Из самого дорогого, был приобретен самовсасывающий 3х мембранный насос, на 12 вольт и 8.5 ампер. С возможностью выдачи до 3.5 бар на выходе. (это излишне для меня сейчас, однако всякие аквариумные помпы или насосы не самовсасывающие на 12 вольт я не рассматривал)
Так же была важна тишина работы. Отсюда подобные насосы с голубого маркетплейса за тыщу тоже мимо кассы. Был приобретен вот такой насос. Насколько я понял, это хороший китайский аналог немецкого бренда. Но работает просто замечательно. Вдовесок к нему был установлен редуктор и манометр снижающий давление до 1 бара(но я тестировал и на 2.7, в целом всё хорошо, но есть риск срыва трубок на микрокапельном поливе, поэтому уменьшил до 1)

Поливаются они полуавтоматически, что бы избежать каких либо конфузных ситуаций с тем что я забыл закрыть сливной кран или разобрал систему для модернизации, когда влажность грунта падает в каком либо из горшков меньше порогового значения, сейчас не день, а вечер или раннее утро (тоесть автоматизация ждет до заданных временных рамок, которые смещаются в зависимости от восхода или заката) или в пасмурный день, то на телефон падает уведомление с необходимостью подтверждения полива. А дальше просто сопоставляются значения с датчика влажности, расход воды, и проверяется наличие воды в канистре, когда условие по влажности на датчике почвы выполнено - полив автоматически прекращается. И так с каждым горшком в котором есть датчик влажности почвы.
Вот так выглядит пока что ручной полив из распылителей(пока не пришли дополнительные клапана для автоматизации полива всех горшков, но открыть краник и подождать минуту не сложно) в дальнейшем краник заменится на клапан и процесс станет полностью автоматизирован.

В итоге моя панель управления выглядит как то вот так. Тут есть сведения о погоде, о влажности грунта в тех горшках за которыми я особенно слежу (в моем случае 2 штуки всего, но пока как будто бы больше мне не нужно, хотя горшков у меня 8, длинных балконных) возможность включить или выключить насос или сразу полить нужные горшки.

Самое главное, это список растений с краткой индикаторной информацией по ним. Например у помидоров всё хорошо, кроме освещения (сейчас ночь, поэтому это нормально) но в данном примере у них недостаточно освещенности. А вот у базилика, укропа мяты и тд. Есть проблема с тем, что грунт слегка перелит и поливать пока больше не стоит. А в остальном им тоже хорошо живется.
Графики освещенности, погода, расход электричества и кнопки включения света - банальщина, самое простое. К слову, у меня южная сторона, поэтому солнца летом весьма много даже слишком, учитывая окна в пол.

Расходомер воды, реализован путем установки расходомера на 1\2 дюйма, и подключением его к Arduino и передачей так же через MQTT. В будущем хочу добавить сколько воды уходит на полив, на то или иное растение, полезно иметь такие данные, можно примерно прикинуть сколько воды нужно накопить, а какое количество можно слить например. И тоже автоматизировать этот процесс. Пока что у меня излишки воды надо так же сливать вручную(но просто открыв ручной краник и подставив канистру) но надеюсь это не на долго.

И о чудо. наконец то, состояние наполненности канистры с водой. Если она полная, то прийдет уведомление на телефон и кондиционер перейдет в режим вентилятора, до момента пока статус не изменится на "Воды для полива нет, или вода для полива есть" главное не в статусе канистра полная)
В дальнейшем, я буду очень много добавлять функций и модернизировать эту ферму, но на данном этапе выглядит вот так.

А мои растения выглядят как то так, цветут и пахнут. Да, возможно им не сильно много места, но я как обычно недооценил масштабы проблемы и уже думаю про пересадку.

Мне нравится этим заниматься, очень доволен, что в этом пересекаются несколько моих хобби в одно и получается что то интересное на мой взгляд. Спасибо что прочитали, с радостью пообщаюсь с вами в комментариях. Ещё раз замечу, что я не претендую на какую то экспертность, в вопросе выращивания растений, отношусь к этому как к эксперименту и не собственно не запариваюсь о урожае.