На даче хочется отдыхать. Поэтому часто рутинных сельхоз работ желательно автоматизировать. Электронное устройство, описание которого приведено в этой статье, поможет решить эту задачу.
Для получения хорошего урожая растения требуют регулярного полива, а для этого необходимо часто ездить на дачу, но это не всегда получается.
Есть еще проблемы. Вода для полива из колодца или скважины слишком холодная. Потому ее предварительно набирают в бочку или другую емкость достаточного объёма, где вода прогревается до температуры окружающей среды естественным образом, и полив производят уже этой водой.
Авторы решили проблему наполнения бочки с помощью насоса. Затем другой насос подает воду из бочки в разбрызгиватели. Для автоматизации процесса полива был создан автомат на микроконтроллере РІС16F873A производства фирмы Microchip Technology Inc.
Описанная выше «система» полива снабжена несколькими датчиками (рис. 1). В бочке установлены датчики уровня воды, которые представляют собой штыри из медного провода диаметром 4 мм. Штырь датчика нижнего уровня заканчивается на расстоянии 10 см выше дна бочки, штырь датчика верхнего уровня – на 5 см ниже крышки бочки, а общий штырь, на который подается +5 В, — на 5 см выше дна бочки.
К прибору подключается также датчик влажности почвы, который представляет собой два штыря из нержавейки длиной 5 см, которые закапывают в зону полива на глубину 1..2 см от уровня почвы, на расстоянии 8 см друг относительно друга. Один из этих штырей подключен на +5 В, а другой – на вход «Влажность» устройства.
Кроме того, устройство снабжено датчиком температуры воды в бочке типа DS18B20.
Особенностью этого автомата является то, что он работает в режиме реального времени. Для этого в устройство введены микросхема часов реального времени DS1307, которые имеют автономный источник питания 3 В, что обеспечивает работу этой микросхемы при выключении напряжения питания устройства. Вся необходимая информация выводится на двухстрочный жидкокристаллический индикатор.
При этом на индикаторе высвечиваются следующие параметры:
- В верхней строке слева – часы;
- В верхней строке справа – время полива;
- В нижней строке слева – температура воды и влажность почвы;
- В нижней строке справа – длительность полива
Автомат состоит из дох блоков:
- Блок реле;
- Блок контроллера.
Блок реле
Принципиальная схема блока реле показана на рис. 2.
В блоке реле расположен промышленный блок питания на 24 В, стабилизатор 5 В на микросхеме U1 7805 и два реле управления насосами: RL1 — реле включения насоса наполнения, RL2 — реле выключения насоса полива. Типы реле следует подбирать с учетом мощности насосов. Транзисторы Q1 и Q2 – это ключи включения реле RL1 и RL2. Транзистор Q3 – ключ команды срабатывания и индикации датчика верхнего уровня воды в бочке, а Q4 – ключ команды срабатывания и индикации датчика нижнего уровня. Светодиод D1 – индикатор срабатывания датчика верхнего уровня, D2 – индикатор срабатывания датчика нижнего уровня воды в бочке.
Блок контроллера
Принципиальная схема блока контроллера показана на рис. 3.
Основой блока контроллера является микроконтроллер U1 типа РІС16F873A в корпусе PDIP с 28-ю выводами. Он тактируется частотой 4 МГц. Кварцевый резонатор Z2 на эту частоту подключен между выходами 9 и 10 U1. Часы реального времени это микросхема часов реального времени DS1302 типа DS1307. Для ее работы используется «часовой» кварц Z1 32768 Гц. Эта микросхема обменивается с микроконтроллером U2 по шине I2C (SDA – 5 U2 и 12 U1, SCL – 6 U2 и 11 U1), причем эта шина в контроллере U1 организована програмно.
Сигнал с датчика температуры води U3 типа DS18B20 поступает на вывод 15 DS18B20 (порт RC4). Датчик температуры установлен в бочке.
Сигнал с датчика влажности поступает на вывод 2 DS18B20 (порт RA0).
А автомате использован двухстрочный жидкокристаллический индикатор HG1 типа WH1602 (см. фото в начале статьи) производство фирмы Winstar, информация на который поступает по четырехбитной шине DB4-DB7 (выводы 11-14 HG1) с 4-хлиний порта В (выводы 25-28 (PB4-PB7) U1).
Команда разрешения на вход Е (вывод 6) HG1 поступает с линии DB3 U1 (вывод 24). Оптимальная контрастность индикатора устанавливается подстрочным резистором RV1.
Алгоритм работы автомата полива
При подаче питания включается насос наполнения и работает до момента наполнения (устанавливается в меню). Затем устройство ожидает,, установленное в меню время включения полива, проверяет температуру воды (должны быть более 14˚С) и влажность почвы. Если влажность менее установленного в меню значения, включается насос полива на установленное время или до размыкания датчика нижнего уровня воды..
Через минуту после завершения полива включается насос наполнения и работает до полного наполнения бочки (до срабатывания датчика верхнего уровня) или окончания максимального времени наполнения. Полив производится один раз в сутки.
Настройка
Замкните датчик верхнего уровня с линией +5 В и включите питание устройства. Резистором RV1 установите контрастность индикатора. Для установки времени нажмите одновременно кнопки «+» и «-». Установите минуты кнопками «+» и «-». Затем нажмите кнопку «м», далее установите часы, а потом число и месяц с помощью тех же кнопок.
Для установки времени полива нажмите «м», установив время полива (минуты и часы), следует установить длительность полива (секунды, минуты) , максимальное время наполнения (минуты), а также уровень влажности, ниже которого будет включатся полив. Кнопка «м» используется для листания меню, а кнопки «+» и «-» — для установки значений выбранных параметров. Все установленные значения параметров сохранятся в энергозависимой памяти микроконтроллера U1.
Для настройки датчика влажности необходимо подключить его к выводам «=5 В» и «Влажность». Потом следует установит датчик в почву и полить вместо установки водой. Переменным резистором RV2 установить показания влажности примерно равным 75% а через сутки, когда земля подсохнет, посмотрите показания влажности.
Затем в меню выставляется значение влажности,, ниже которого будет включатся полив.
Замети, что показания влажности датчика условны, так как прибор не тарирован. Кроме того, они зависят от многих факторов.
Контролер запомнит данные о поливе за каждый день (ведет журнал полива). Посмотреть данные этого журнала можно, пролистав кнопкой «м» меню до входа в журнал полива, листать журнал можно кнопками «+» и «-». Выход из журнала – кнопка «м».
Скачать файл прошивки микроконтроллера (НЕХ-файл).
Автор: Алексей Петров, Александр Шубенин, г. Ярославль
Источник: Радиоаматор №2, 2014
