На изображении выше результат многолетних экспериментов и мучений в поисках облегчения такой, казалось бы, простой процедуры как поливать растения, кхе-кхе, вовремя 😊
Это модульная система полива комнатных растений, которая взяла на себя всю заботу о круглогодичном поливе растений. Оно умеет подавать нужную порцию воды в требуемый канал и по необходимости туда же добавить жидкие удобрения. Система масштабируется и можно начать с одного канала и по надобности подключить дополнительные модули расширения.
Ну, а далее распишу про все прототипы, которые придумывал на пути к данному решению.
В суетном ритме жизни у меня всегда была проблема вовремя полить растения, причем растений было мало поначалу, и тут прям напрашивается, что это можно автоматизировать. Задача по началу казалась для меня простой и думалось, что быстро с ней расправлюсь. Отчасти это было так, и ранние прототипы даже почти стабильно работали, какое-то время, к сожалению.
Началось все нетривиально с обычной коробки из-под обуви, которая послужила мне корпусом для первого прототипа изделия.
Первый прототип, раскрывая спойлер вы соглашаетесь познать боль
В этом хаосе можно разглядеть шесть вазовских клапанов от омывателя и одну помпу, также еще одна помпа была в емкости для воды, помпы опять-таки вазовские. Изначально хотел использовать дешевые и легко покупаемые компоненты, поэтому в ближайшем автомагазине выбор пал на них. Далее снизу видны шприцы и серво-машинки – это самодельные насосы для удобрений, в них можно разглядеть еще клапана, через впускной клапан затягивается шприцем из емкости нужная порция удобрения и через выпускной подается в мерную емкость. Емкость с красной крышечкой является мерилом количества подаваемой воды, в ней были два датчика из нержавеющих с��иц на высокий и низкий уровень воды, собственно внешняя помпа наполняла емкость до верхнего датчика, а нижняя помпа опорожняла до нижнего датчика на требуемый открытый клапаном канал. Когда требовалось в эту наполненную водой мерную емкость добавлялись жидкие удобрения, специально оставлялся небольшой запас для этого.
Успешно отладив и оттестировав сие поделие решено, было чуть упорядочить этот хаос и собрать в более привлекательное (нет) изделие, получился второй прототип.
Второй прототип
Тут все тоже самое, только увеличил количество клапанов до 9 и до 4-х насосов удобрений из шприцов. И да тут мы видим, а точнее не видим вазовских клапанов, хотя изначально они там были, а все дело в том, что я разочаровался в вазовской продукции довольно быстро. Через 3 месяца у меня стал сифонить водой один вазовский насос прям под емкостью дозирования, потом еще через месяц стал второй вазовский на подаче из емкости воды протекать, и менял их снова, а они также недолго жили. Да такие помпы не рассчитаны на такой долговременный режим работы на поливе и быстро самоубивались скажете вы, но купив практически в туже цену пару импортных помп я вообще забыл про эту проблему (этой версии установки уже более 5 лет). Далее после 6 месяцев работы начали отказывать вазовские клапана, а они за вальцованные и необслуживаемые. Вскрыв одну не увидел ничего критичного, что могло привести к отказу, но они с завидной регулярностью начали сбоить. Решил сделать что-то более отказоустойчивое и обслуживаемое и тут на помощь пришли опять-таки медицинские шприцы и модельные серво-машинки. Шток шприца с резиновым уплотнителем в таком клапане перекрывал отверстия на впуск и выпуск воды. Данные клапана показали себя довольно хорошо, со временем правда уплотнительная резиновая часть размягчалась и сильно терлась о стенки шприца, серво-машинки уже начинали с трудом их сдвигать, но их хватало где-то на два года. Сами серво-машинки на удивление работали хорошо, за все время был один отказ серво-машинки с металлическим редуктором, просто перестала реагировать на команды.
Еще довольно быстро начали отказывать электродные датчики уровня из нержавеющих спиц, поскольку среда довольно агрессивная из-за кальцированной воды и периодического добавления удобрений, спицы быстро покрывались налетом, и переставали адекватно работать, чистил их, но хватало ненадолго. Решил попробовать переделать на датчики на поплавках.
Датчики уровня воды на поплавках
Слева на концах поплавков были оптодатчики, которые считывались контроллером, а справа на концах поплавков магниты, на которые реагировали герконы. Вариант с оптодатчиками показал себя надежнее в работе.
И далее установка работала, радуя меня хорошей и пышной растительностью на подоконнике.
Фото подоконника
Очень радовала, я только подливал воду и реже удобрения, а когда за растениями вообще не следить (только пересадил в горшки побольше), то получаются джунгли.
Джунгли на подоконнике
В общем как видно агроном с меня еще тот. Кстати от светодиодов с кислотным цветом давно отказался, т.к. тяжело на них смотреть и изготовил самодельные лампы на светодиодах с CRI около 98, теперь мои глаза счастливы.
Но руки чесались все это модернизировать дальше, в первую очередь уменьшить размеры. Продолжил эксперименты по скрещиванию 3D-Печати с медицинскими шприцами и получилось следующее:
Шаговый двигатель крутит вал с резьбой (о как болт назвал), который вращающее движение превращает с помощью гайки в линейное перемещение, поиск нужной позиции происходит с помощью оптодатчика и напечатанных рисок. На 3D-принтере напечатал полый шток, с одной стороны подключается шланг, а с другой стороны стоят два уплотнителя, и вода подается через отверстие между ними, отверстие останавливалось напротив нужного от��ерстия, и вода подавалась в требуемый канал, десять отверстий высверлены в стенках шприца, т.е. такая система могла распределять воду на 10 каналов. Механически это работало, но каналы, которые небыли закрыты пропускали воду обратно с трубок и заливалось все вокруг распределителя. Дальнейшей герметизацией бросил заниматься и начал продумывать другую конструкцию.
Пробовал варианты клапанов с перегибом трубок для остановки потока воды, но результаты по герметичности не очень впечатлили, иногда пропускали, даже фотоотчетов не сохранилось.
Прикупил полимерный принтер для более точных подгонов изделий, и сделал поворотный распределитель.
Первая версия поворотного распределителя
Внутри шайба-распределитель воды, которая поворачивается каналом к нужному отверстию и тем самым подает воду на нужный выход, а сверху идет подача воды. Позиционирование опять-таки с помощью кругового самодельного энкодера на оптодатчике.
В собранном виде
По итогу вода текла со всех каналов, пытался делать уплотнительные проставки между поворотной шайбой и корпусом, но тогда это все переставало проворачиваться из-за сильного трения о стенки и в общем забросил и этот распределитель. Из плюсов корпус уже был герметичным, и вода уже не вытекала непредвиденно наружу.
Начал эксперименты со следующей конструкции:
Следующая конструкция
В этой версии в отверстия с уплотнительными прокладками внутри должно вставляться сопло с помощью серво-машинки в требуемый канал. Поигравшись с этим вариантом, понял, что такой рычаг не может нормально прижиматься с уплотнителем для герметичности и протекал мимо каналов если поток воды сильный.
Другая похожая конструкция
Тут казалось мне что проблема уйдет, но нет, все равно не было герметичности, пробовал разные уплотнительные кольца, на фото вообще разрезанная трубка как эксперимент уплотнителя. Еще намучался с точным позиционированием, оказалось довольно сложно на коленке придумать нормальный энкондер позиции с высокой точностью, а использовать готовое решение довольно дорого, хотя сейчас на рынке уже есть доступные двигатели с интегрированным энкодером. А на тот момент забросил и этот вариант.
Между делом прорабатывал вообще концепцию новой поливалки. Решено было делать ее модульной. Будет модуль управления с контроллером, насосом, счетчиком, управлению как с кнопок и дисплея, так с приложения на андроиде. Далее будет модуль распределения воды на клапанах и модуль удобрения. Модуль управления в системе один и в нем уже есть один канал полива, а остальные модули можно подключать по мере нужды.
Сделал первую версию модуля управления
Поначалу внутри него размещался маленький свинцовый аккумулятор на 12В, поэтому корпус такой удлиненный. Аккумулятор поставил для энергонезависимости системы. Визуально корпус нравился, но в дальнейшем понял, что аккумулятор мне не нужен и усложняет конструкцию, свет отключался очень редко и появлялся быстро, система успешно возвращалась сама в строй при появлении света и продолжала установленный режим полива. Стал прорабатывать корпус покомпактнее, но активно экспериментировал с дальнейшими вариациями распределителя воды.
Идея все крутилась использовать инсулиновые шприцы в качестве клапанов и новое детище.
Линейные клапана на инсулиновых шприцах
Демонстрация работы линейного распределителя
Данный распределитель пристроил для тестирования полива роз
Короткая демонстрация распределения воды
Распределитель работал, но с проблемами, да и сложен был в сборке. Энкодер положения не заложил и откат захвата на нужный канал считал по количеству шагов двигателя от нулевого положения. Нулевое положение находил с помощью кнопки с рычажком в которой захват упирался. Серво-машинку заложил маленькую и иногда она не дожимала на закрытие канала и при перемещении потом втыкалась в недозакрытый канал и логика работы ломалась без обратной связи по положению. Да и в целом работало все медленно. Опять стал думать, как бы все это дело улучшить, на работе подсказали идею с клапанами на постоянных магнитах, и пошло проектирование.
Четвертая? версия поворотного распределителя
Демонстрация работы, к сожалению, без звука весело перещелкивающих магнитов
В основе этого распределителя лежат неодимовые магниты, большинство которых работает на отталкивание друг от друга, но есть один на притягивание, т.е. он останавливается над нужным каналом и магниты притягиваясь друг к другу открывают внутри канал. И эта конструкция в принципе работала, но иногда внутри магнитные запоры заклинивали и канал то не открывался, то не закрывался, обратной связи для контроля состояния канала не было и приводило иногда к поливу нескольких растений сразу. Но работал он достаточно быстро. Но опять-таки сложен в обслуживании, надо было полностью все разобрать из-за отказа-загрязнения одного канала. Но пока остановился на таком распределителе воды и стал дорабатывал модуль управления, он стал короче за счет отказа от аккумулятора внутри.
немного его фотосессии с магнитным распределителем воды в сборе
Грызла идея сделать еще одну версию распределителя с обратной связью открытия канала и легкостью обслуживания и это удалось.
Пятая версия поворотного распределителя
Клапана были практически копией идеи с самой первой версии поливалки, где я на каждый шприц использовал по серво-машинке для открытия канала, тут просто реализовал поворотный захват, что позволило использовать одну серво-машинку, но уже мощную и довольно быстро позиционировать ее с помощью мощного шагового двигателя. Но как видно получился здоровый монстр, долгий по печати, зато легкий доступ к каждому каналу, можно индивидуально почистить требуемый канал без разбора всего.
Демонстрация работы пятой версии поворотного распределителя
И он работал хорошо, прям радовал. Энкодер оставил для позиционирования и обратной связи о корректности работы, хотя можно было чисто шаги отсчитывать двигателя. Закрытие канала контролировалось оптодатчиком и решил на этом пока остановится и делать обновленную версию модуля управления.
На модуле управления поменял дисплей на OLED, кнопки на готовую энкодеровую крутилку-нажималку.
Вторая версия модуля управления
Хотел красивую мордочку сделать и на полимерном принтере стал экспериментировать и примерять.
Эксперименты на полимерном принтере
Сравнение первой и второй версии модуля управления
Подсветку с мордочки убрал внутрь освещать корпус. Да, полимерная накладка улучшала вид, но стыки прилегающие зазоры мне не нравились, но позже я найду решение.
А что внутри модуля управления?
А внутри модуля управления таилось такое:
Коротко из интересного по компонентам:
-
Контроллер STM32F105RBT6 как сердце системы
-
Дисплей OLED и рукоять управления на энкодере
-
Датчик DS18B20 — контроль температуры помпы, для остановки при перегреве
-
Датчик AMS2302 – Мониторинг окружающей влажности и температуры
-
Реле – для управления лампами досветки растений
-
Фоторезистор – мониторинг уровня освещенности, можно по нему отключать реле, когда, например, выглядывает солнце.
-
Линейка светодиодов WS2812B для создания красивой подсветки, а также визуальной индикации ошибки.
-
Звуковой излучатель – звуковое оповещение об ошибке (можно отключать).
-
Батарейка – для работоспособности внутренних часов при отключении питания.
Для сборки плат даже собрал установщик компонентов на основе открытого проекта OpenPnP который очень облегчил монтаж компонентов
Собранный модуль управления но без кожуха
Тем временем на алишке попались на глаза маленькие клапана для воды и опять зачесалось переделать распределитель воды в более компактный вид.
Компактный распределитель на готовых клапанах
Получился компактный модуль и работало все хорошо. На подоконнике подсадил помидоры к другим растениям и начал испытывать работу новой системы на долгосрочную стабильность.
Тестирую на помидорах
Тест пройден успешно
Настало время растения удобрять и изготовить модуль удобрений.
Вжух-вжух и модуль удобрений готов
Красивую подсветку внутри модуля в обязательном порядке
Почему-то мне казалось обязательным наличие внутри модуля удобрений емкости для смешивания жидких удобрений с водой, намучался я с ней, полимер вел себя капризно и трескался.
Герметичная емкость напечатанная на полимерном принтере для смешивания удобрений с водой
Но емкости стали герметичные после пропитки трещин этим же полимером и отверждения его с помощью спец ламп. В дальнейшем от емкостей отказался, поправил алгоритм чтобы с начало открывался нужный канал, а потом уже добавлялись удобрения и затем водой проталкивалось и все работало как надо.
Общий вид модулей удобрения с модулем управления
Все получившиеся модули вид сверху
Верхний левый модуль клапанов собран на первоначально найденных на али маленьких клапанах, все бы хорошо, но они оказались неразборные и соответственно необслуживаемые, что в дальнейшем выдаст проблемы с прочисткой. Верхний правый модуль уже собран на других разборных клапанах опять-таки с алишки, но они имели больший размер и соответственно модуль получился больше. На стенках каналах клапанов (да и в целом во всех трубках) нарастают отложения от воды и удобрений и примерно раз в год какие-то из них требуется разобрать и тампоном почистить. Возможно, поможет прогон очищающих жидкостей на основе допустим перекиси водорода, но пока не экспериментировал. В модуле управления как видно помпа уже частично вынесена наружу, это для удобства ее обслуживания без разбора всего модуля.
И в целом на этом конструктивные изыскания у меня пока завершились, далее только дорабатывал программную составляющую. Написал для Android приложения, на котором стало гораздо удобнее проводить первичную наладку с подбором необходимых дозировок для полива, настраивать расписание полива и удобрения. Также через приложение можно обновить прошивку модуля управления и еще несколько приятных фич.
Пару скринов из программы для Android
Тем временем обновил 3D-принтер с возможностью автоматической смены пластика во время печати (AMS система) и смог делать красивые панельки без полимерного принтера и избавится от стыков, передние и задние панельки стали приятные.
Обновленный модуль управления
Обновленный модуль клапанов
Как видно разборные части клапанов вынес за корпус для упрощения их обслуживания без разборки модуля.
Обновленный модуль удобрения
Общий вид сверху всех обновленных модулей
Перенес подсветку (снова) из внутренней области на лицевую часть, теперь подсвечивается логотип на передних панелях:
Также логотипы меняют цвет при ошибке, цвета отображения можно менять через приложение на Android
Назвал всю эту систему ProLeyka как по аналогии с продвинутой лейкой.
Общая схема сборки и подключения модулей
К модулю управления можно подключить до двух модулей удобрения и до четырех модулей распределения, в такой конфигурации на данный момент это даст 4 канала подключения жидких удобрений и 20 каналов полива.
Вот такой путь пока пройден для достижения, казалось бы, простой цели. Почему пока? Да уже есть идея и даже уже ее протестировал по изготовлению нового распределителя воды, но опять на самодельных клапанах, но там есть нюансы с погружением в науку гальванических покрытий, и там есть успехи у меня.
Некоторые конструкции и нагромождения кажутся непонятными, но когда полет фантазии прет и хочется попробовать все варианты и 3D-Принтер дает просто суперские возможности для разработки и испытания прототипов вживую, да и вообще просто магия когда что-��о виртуальное превращается в материальное, что было в голове и быстро превратилось в реальность. Ни и ниже немного фото где система трудится у меня.
система на клубники
система на домашних растениях
система на работе
Всем спасибо за проявленный интерес раз дочитали до сюда! Также оставлю телеграмм канал, если есть вопросы то добро пожаловать: t.me/ProLeyka
Автор: proleyka
