Как сделать автополив своими руками

Плюсы и минусы автополива

К преимуществам можно отнести:

1. Контроль начала и окончания работы.
2. Снижение расхода воды.
3. Подача строго необходимого объема воды.
4. Возможность параллельно вносить удобрения.
5. Длительный срок службы системы.
6. Сокращение расходов на весь проект.
7. Возможность создания уникального проекта, полностью соответствующего нуждам.
8. Подобные системы отлично подходят для организации единой системы полива культур, деревьев, газона и теплицы.

Из недостатков можно выделить:

1. Серьезные требования к расчету всех параметров.
2. Затраты на приобретение комплектующих.
3. Потребуются знания в слесарном деле, опыт в электрике.
4. Необходимость ухода за системой.

Основные правила построения системы

При проектировании системы полива требуется учет многих параметров. Только правильный расчет составных элементов и характеристик позволит создать наиболее эффективную и долговечную сеть.

Как рассчитать расход воды и интенсивность орошения?

Расчет расхода воды делается с учетом следующих параметров:

• норма полива для каждой культуры;
• количество культур на участке.

Например:

• норма суточная норма полива картофеля составляет 1,3 л/ч;
• количество культур 50;
• 50*1,3=65 л/час.

При условии, что площадь участка занимает несколько гектаров, расчет делается по формуле Q = (60*S)/T.

Формула состоит из следующих значений:

• Q – общая норма полива или пропускная способность;
• 60 – 60 м3 расход на 1 гектар площади;
• Т – время полива.

Для конкретного участка расчет делается следующим образом:

• общая площадь участка 3 гектара;
• норма на 1 гектар 60 м3;
• время полива 2 часа;
• (60*3)/2 = 90 м3 воды для участка площадью 3 гектара.

Также садовод должен учесть потребность в воде для различных культур, их расположение (удаленное/близкое) от источника водоснабжения.

Какие есть схемы?

Системы орошения автоматического типа предполагают 3 основные схемы прокладки:

1. Простая система. Она состоит из источника воды, разветвленных магистралей и эмиттеров. Такая система имеет небольшую площадь, подпитывается от емкости, может оснащаться насосом и фильтром. Особенностью является заранее рассчитанная пропускная способность.

   Расчет делается исходя из пропускной способности эмиттеров, их количества, давления воды источника. Регулируется подача воды при помощи запорного крана. Садоводу необходимо самостоятельно открыть кран и закрыть его через определенное время.

2. Полностью автоматическая система. Имеет более сложную схему. Состоит из разветвленной распределительной магистрали с эмиттерами с разной пропускной способностью, автоматического таймера, регулятора давления, счетчика расхода воды и иной автоматики.

   Особенностью подобной системы является регулирования расхода воды для отдельных частей системы. Например, на грядки расходуется меньше воды, чем на деревья. При этом полив осуществляется одновременно. Регулировка проводится при помощи регуляторов давления, установленных на каждом отрезке системы, и кранов.

3. Заглубленная система. Может быть смонтирована по простой или сложной схеме, усиленной автоматикой. Особенностью является более эффективный и точечный расход воды. У системы есть и недостаток. Она может быть установлена только до начала высадки всех растений.

Как определиться с источником заборы воды?

Садовод должен учесть следующие критерии:

1. Емкость. Наиболее эффективна. Емкость позволяет отстаивать воду, повышать ее температуру. Полив из емкости может быть оборудован насосом и фильтром.

   Недостатком емкости является только необходимость установки на возвышение и периодическая очистка.

2. Водопровод. Позволяет питать небольшие системы полива из-за слабого давления. Недостатком является необходимость использования насоса для разветвленных сетей. Также водопроводная вода часто загрязнена, подается в смеси с хлором, она более холодная.
3. Естественные источники. В них вода также часто холодная, имеет примеси песка, органические частицы, различную степень загрязнения химикатами. Естественные источники часто находятся на удалении, поэтому потребуют прокладки сложной системы труб и более мощного насоса.
4. Колодцы и скважины. Содержат холодную и часто грязную воду, требуют приобретения дорогого погружного насоса.

Наиболее эффективным является полив из емкости. Воду из любого источника можно просто перекачать в бочку, дать ей нагреться и отстояться, только потом использовать для полива.

Определяемся с поливочным оборудованием

Качество и характеристики, комплектующих прямо влияют на эффективность оросительной сети. Далее будет дано описание всех элементов, согласно их расположению в системе:

1. Емкость. Ее объема должно хватать минимум на 2-3 полноценных полива. Лучше использовать пластиковые бочки. Они не ржавеют, не накапливают металлические отложения.
2. Запорный кран. Требуется приобрести кран для работы именно с водой. Лучше, если это будет пластиковая или латунная модель. Такие краны не подвержены коррозии, которая часто деформирует места сочленений.
3. Фильтр. Существует 4 основных вида фильтров для систем полива: сетчатый, дисковый, гравийный, гидроциклонный. Для небольших участков, подключенных к центральному водоснабжению или емкости, подойдут модели сетчатого или дискового типа.

   Их легко обслуживать и устанавливать. Гравийные и гидроциклонные модели применяются для забора воды из скважин, колодцев и естественных источников с большой степенью загрязнения.

4. Автоматика. Для сложных систем потребуется блок таймера с возможностью подключения через насос и регулированием времени работы.
5. Регуляторы давления. Используются для регулировки расхода.

   Для систем с большим разветвлением по участкам с разными культурами потребуются регуляторы для каждого разветвления.



6. Трубы или шланги. Шланги не смогут обеспечить длительную эксплуатацию системы. Для системы полива потребуется магистральная труба от емкости диаметром до 35-50 мм. Такой диаметр позволит наполнять большой объем воды в системе и создать эффект ударного давления.

   Распределительные магистрали также выполняются из труб, диаметром до 25 мм. Распределительная магистраль может монтироваться из шлангов с эмиттерами, если предполагается создание системы капельного полива.

7. Фурнитура. Потребуются переходники, адаптеры, тройники и заглушки. Лучше, чтобы это были качественные, пластиковые расходники, диаметром, совпадающим с размером распределительной и основной магистралей.
8. Эмиттеры и распылители. Эти элементы контролируют расход воды. Их количество должно соответствовать количеству культур (актуально для капельной системы) или площади орошения (для полива дождеванием). При выборе строго учитывается их пропускная способность. Общее количество эмиттеров и их пропускная способность должны соответствовать объему емкости для разового полива.

К щиту должен быть подведен электрический кабель, создана цепь с простым подключением и предохранителями. Именно через этот щит подключается вся автоматика и насосное оборудование.

Как сделать?

Каждый тип оросительной системы требует индивидуального расчета и составных элементов. Важно учесть каждый критерий перед созданием будущего проекта.

Капельный

Перед приобретением комплектующих для капельного полива необходимо составить общий план системы. Делается это следующим образом:

• на лист бумаги наносится общий план участка с расположением всех грядок, деревьев, кустов;
• измеряется длина грядок и расстояние между культурами;
• к длине грядок прибавляется расстояние до места расположения магистральной трубы;
• все замеры наносятся на план;
• измеряется ширина участка — по ширине будет располагаться магистральная труба, дополнительно измеряется расстояние между грядками и отмечается расположение этих грядок, по этим меткам будут располагаться ответвления;
• нанести на план расположение всех тройников, уголков и адаптеров.

Далее будет дано описание по сборке капельного полива на 4 грядки с картофелем, томатами, огурцами, луком:

1. Длина каждой грядки 5 м.
2. Ширина участка 15 м.
3. Потребуется 4 ленты для капельного орошения длиной по 5 м.
4. Для лука подбирается лента с расположением эмиттеров через 70 см, для томатов 1,4 м, для огурцов 3,2 м, для картофеля 75 см.
5. Диаметр лент 25 мм.
6. 4 штуцера с наружной резьбой.
7. 4 адаптера с внутренней резьбой.
8. 3 тройника диаметром 35 мм.
9. 3 переходника с диаметра 35 на 25 мм.
10. 1 уголок и переходник к нему.
11. Труба длиной 15 метров, диаметром 35 мм.
12. 4 заглушки диаметром 25 мм.
13. Магистральная труба диаметром 35 мм.
14. Фильтр грубой очистки.
15. Запорный кран.
16. Адаптер с наружной резьбой.
17. Емкость.

Далее все элементы собираются в обратном порядке:

1. В емкости на высоте 15 см вырезать отверстие диаметром 35 мм.
2. Вставить в отверстие резьбу адаптера и зафиксировать гайкой.
3. К адаптеру припаять трубу длиной 15 см.
4. К трубе припаять кран.
5. Ко второй стороне крана припаять трубу длиной 2-3 длины фильтра.
6. Припаять или вкрутить фильтр (в зависимости от типа соединения).
7. От фильтра провести трубу до распределительной трубы, и при помощи уголка 35 соединить их.
8. В распределительную трубу врезать 3 тройника в ранее отмеченные места.
9. К тройникам припаять переходники.
10. В переходники вкрутить адаптеры.
11. В адаптеры вкрутить штуцеры.
12. На конец трубы припаять уголок 35, присоединить к нему переходник, адаптер, штуцер.
13. Проложить по грядкам ленты капельного полива, учитывая расположение эмиттеров.
14. Заглушить концы лент заглушками.
15. Вставить концы лент в штуцеры и зафиксировать хомутами.

Далее необходимо открыть все эмиттеры и подать воду в систему. После проводится регулировка эмиттеров для подачи необходимого количества воды.

Как сделать систему капельного полива из медицинских капельниц, подскажет видео:

Дождевателями

Система орошения дождеванием проектируется более просто:

• на бумагу наносится план участка с расположением всех зон орошения;
• измеряется каждая зона;
• в зависимости от площади каждой зоны подбираются дождеватели с требуемым радиусом орошения;
• расположение дождевателей отмечается на плане;
• от места расположения емкости делается замер до каждого оросителя;
• дополнительно наносится расположение распределительной трубы, количество фурнитуры и место ее расположения.

Далее необходимо приобрести комплектующие:

1. Требуемое количество дождевателей, например, 4.
2. Трубы или шланги, длиной в зависимости от расположения дождевателей, например, 4, 10, 15, 18 м.

   Диаметр магистралей должен быть схож с входными патрубками распылителей.

3. 4 адаптера.
4. Разводящая труба длиной от 1 до 2 м со схожим диаметром.
5. 3 тройника и 2 уголка.
6. Электрический насос с пропускной способностью равной параметру распылителей.
7. Автоматический таймер с регулировкой подачи воды.
8. Фильтр грубой очистки.
9. Запорный кран.
10. Емкость.

Далее требуется:

1. К емкости присоединить адаптер и зафиксировать его.
2. К адаптеру присоединить трубу длиной 10 см.
3. Припаять запорный кран.
4. К крану припаять фильтр.
5. От фильтра отвести трубу и через адаптер соединить с насосом.
6. От насоса отвести магистральную трубу.
7. Припаять к ней уголок.
8. От уголка отвести отрезок распределительной трубы.
9. Через равные промежутки присоединить к трубе 3 тройника, а на конец 1 уголок.
10. К тройникам и уголку припаять адаптеры.
11. Установить на отметки дождеватели и прокопать к ним траншеи глубиной 30 см.
12. Присоединить к адаптерам магистральные линии и протянуть их по траншеям к дождевателям.
13. Соединить распылители с водяными линиями.
14. Закопать линии в траншеях.
15. Теперь требуется подключить насос. Подключение проводится через ранее приобретенный блок автоматики. Необходимо следовать схеме подключения. Важно, чтобы насос питался строго от включения таймера.
16. Установить время полива на таймере и запустить систему для проверки.

Как сделать поливалку-дождеватель из пластиковой бутылки, подскажет видео:

Подземный

Подземная система полива самая простая. Она проектируется и монтируется перед высадкой растений. Садоводу необходимо:

• нанести на план весь участок;
• замерить расстояние от источника воды до участка;
• далее при помощи веревки на поверхности участка создается спираль;
• веревка укладывается от места подключения по внешнему контуру к середине — таким образом можно точно определить необходимую длину всей магистрали.

Для проекта потребуется:

1. Длинная гибкая пластиковая труба или шланг с защитной оплеткой.
2. Распределительная труба диаметром 25 мм.
3. Адаптер со штуцером.
4. Фильтр.
5. Регулятор давления.
6. Запорный кран.
7. Емкость.

Если система длиной более 70-100 м, необходимо приобрести насос.

После замера и приобретения комплектующих, начинается монтаж:

1. С поверхности участка снимается верхний слой, глубиной до 40 см.
2. По спирали укладывается шланг или труба.
3. Центральный конец трубы выводится за уровень поверхности. На него припаивается заглушка или краник.
4. Через равные промежутки необходимо просверлить в трубе или шланге отверстия, диаметром не более 3 мм.
5. Сверху трубы насыпается земля с удобрениями.
6. К емкости присоединить адаптер.
7. От адаптера отвести кусок трубы и припаять к нему кран.
8. От крана, через кусок трубы, отвести фильтр.
9. К фильтру присоединить регулятор давления.
10. От регулятора давления отвести трубу к ранее уложенной спирали.
11. Присоединить к трубе адаптер.
12. Если спираль смонтирована из шланга, присоединить к адаптеру штуцер, а к нему уже шланг. Зафиксировать его хомутом.
13. Спирать из трубы крепится к распределительной магистрали через адаптер типа «Американка».
14. Подать воду для проверки работы.

Если культуры рассажены на грядках, расположенных на удалении друг от друга, то требуется спроектировать систему схожую с капельной (описана выше).

Правила эксплуатации

Правильная эксплуатация системы полива залог ее длительного и эффективного использования. Садовод должен соблюдать некоторые требования.

Капельной

Капельная система орошения очень требовательна к чистоте воды и рабочему давлению. Правила ее эксплуатации:

• следует расположить ленты или трубы, эмиттеры которых направлены в сторону растения;
• эмиттеры не должны засыпаться землей;
• запрещено увеличивать рассчитанную величину давления в системе;
• использовать при подаче воды фильтр и периодически чистить его;
• в зависимости от качества воды проводить очистку всей системы;
• на период холодов полностью осушать шланги или собирать их.

При работе нужно также устранять возникшие неисправности и течи. Строго следить за расположением шлангов при работе лопатой.

Дождевателями

При эксплуатации дождевателей садовод должен:

1. Следить за рабочим давлением системы.
2. Вовремя устранять неисправности.
3. Прочищать систему и распылители 1 раз в 2-3 месяца.
4. Прочищать фильтр.

С наступлением холодов следует демонтировать распылители, очистить и просушить их.

Подземной

При эксплуатации подземной системы следует осторожно проводить работы садовым инструментом.

Заключение

Система автоматического полива позволит создать сеть орошения с четко выверенными параметрами. Это позволит снять с владельца большую часть трудовых затрат и повысить эффективность орошения.

Любой из выбранных проектов требует самых качественных комплектующих, которые не подведут садовода в течение 2-3 лет эксплуатации.

Источник: o-vode.net

Вступление с отступлениями. Задача первой итерации

Долго ли, коротко ли, решено было сделать шайтан-машину для полива растений, которая будет “сама” выращивать представителей флоры. Кавычки тут подразумеваются уместными в силу, на первый (а может и более) взгляд, необъятности задачи автономности подобных устройств (впрочем, любых роботов, начиная от пылесосов, заканчивая андроидами, которые, как известно, неизвестно, думают ли об электроовцах). Вобщем, для первой итерации было задумано дать растниям воду по расписанию, да не из бака куда её предусмотрительно налил пользователь, а прямо из водопровода (следует заметить, это требование, само по себе оказалось, по сложности реализации, сопоставимым с остальными функциями. Но об этом позже). Чтобы присматривать и корректировать поведение машины, был задуман интерфейс. Сначала локальный (дисплей 16х2, да кнопки), а затем удалённый, в браузере (интернет, локальная сеть).

В этой статье рассмотрена история развития материальной части комплекса — исполнительные устройства, аппаратное обеспечение.

За дело

Были приобретены компоненты в виде ардуины, твердотельных реле, монтажной коробки, розеток, шарового клапана для полива с таймером (таковой оказался первым, в доступе из местного строительного магазина) и прочей мелочёвки, вроде отладочной плашки и проводков. Был приобретён шуруповёрт, которым достаточно быстро, в ходе сборки начинки в монтажной коробке, был засверлен недешевый стол в арендованой квартире. Это, во всехх смыслах, ознаменовало переход от работы головой к работе руками. Было решено, что полностью уходить от работы мозгами не следует и лучше бы думать заранее, да использовать жертвенные подкладки и прочие средства защиты, когда используется ручной инструмент и вообще.

Первый результат

Спустя несколько дней от твердотельного реле заработал (по расписанию) фен для сушки волос. Не то, чтобы это был оглушительный успех, но шум от фена присутствовал и я был доволен результатом. Встал вопрос о том, как теперь подключить тот клапан, что уже имелся. Разобравшись с его устройством (шаровый клапан с актуатором, приводящим шар в движение, и микропереключателем, сменяющим состояние в момент полного открытия или закрытия клапана) я вынул из него всю штатную электронику и подключил к своему контроллеру через полевой транзистор.

Отложим ардуину

Примерно тут случился поворот судьбы, в ходе которого, помимо прочего, был утерян компьютер с исходниками прошивки. Этого показалось достаточным, чтобы перейти с ардуины на STM32.

STM32

Была приобретена STM32VL-Discovery и уже на ней был запущен тот шаровый клапан. Это был ещё один момент ликования. Работает мотор, щёлкает микрик, мотор останавливается, вода идёт. После годов работы в офисе с монитором, мышкой, да клавиатурой, эти новые звуки мотора, воды были настоящей музыкой.

Потом прошло ещё немало времени, чтобы вновь написать то, что было ранее написано для ардуины, только уже на STM32. По завершению такого портирования наступил новый виток развития.

Плата

К моменту разработки удалённого интерфейса устройство уже было оформлено в виде печатной платы. Последняя была отрисована в Eagle и был получен первый опыт производства своих плат на заводе. Это был тот ещё опыт. Одним из запомнившихся моментов стал лак паяльной маски, «внезапно» оказавшийся в местах пайки. Пришлось его скоблить ножом, чтобы припаять компоненты. В целом, плата была – без слёз не взглянешь (если понимать в этом деле хоть каплю).

Удалённый интерфейс

Для реализации удалённого управления было решено использовать Raspberry Pi. А связать Pi с STM32 через UART. Писать простенькие сайтики к тому моменту я уже умел, опыт PHP и JS небольшой был.

Задачей посложней оказалось работать с последовательным портом как под Linux, так и на STM32. Под Linux для начала были использованы какие-то стандартные средства (типа, cat /dev/tty > dumpfile и echo -e «data» > /dev/tty), плюс на PHP написан парсер самодельных пакетов, идущих с STM32. Так появился первый протокол устройства. Одновременно с этим я узнал, что PHP годится не только для разовой отрисовки сайтов, но и для работы в бесконечном цикле, в стиле демона. Позже для решения этой задачи был написан демон на C. Разумеется, последний работает на порядки быстрей, прямей и весит меньше.

Поскольку опыт написания сайтов уже какой-то был, смастерить простейший интерфейс для управления железкой на STM32 теперь было не сложней версии с дисплейчиком 16×2. В этом интерфейсе появились кнопки ВКЛ/ВЫКЛ для ряда твердотельных реле, кнопки Открыть/Закрыть для четырёх клапанов и формочки для четырёх дозаторов удобрений, с длительностью работы оных и кнопкой запуска дозирования. Для визуального контроля результатов работы контроллера была использована веб-камера, подключенная в USB порт Raspberry Pi. Картинки выводились в тот же интерфейс

Дозаторы

Первыми были опробованы самые дешевые перильстатические насосы из Китая. Два вида.

В ходе испытаний они показали себя с не лучшей стороны. Их клинило, дозирование было неравномерным. Следом за ними были опробованы дозаторы японского производителя Welco. Эти устройства оказались значительно более качественными. Настолько, что используются и по сегодняшний день. Меняются только трубки, как расходный материал.

Клапаны

Тот шаровый клапан с мотором-актуатором со временем достаточно плотно сросся с контроллером STM32 и в итоге, вкупе с дальномером HC-SR04 получилось устройство, которое стало исправно поставлять чистую воду в систему полива. Клапан открывал подачу воды из водопровода в фильтр обратного осмоса, наполняя буферный (накопительный) бак. Затем, система полива брала воду уже из накопительного бака.

Тем временем, в деле были опробованы клапаны соленоидного типа. Самые дешёвые, китайские. Такие, которые повсеместно используются в стиральных машинах.

Главными отличительными особенностями клапанов-соленоидов от шаровых стали более высокое потребление электричества (около 0.4А при 12В, пока открыт) и необходимость создавать на входе повышенное давление воды, чтобы происходило их открывание. Вместе с этими клапанами были найдены более дорогие (тоже соленоидные, тоже пластик, нейлон), не менее китайские, так называемые чёрные клапаны.

Они потребляли ещё больше тока (до 2А, 12В), но открывались уже без внешнего давления. Чёрные клапаны ставились, к примеру, на входе из накопительного бака в систему полива.

Mixtank. Бак для смешивания растворов

Чтобы получить питательный раствор, системе полива потребовался промежуточный бак, куда сначала наливалась вода, в которую, затем, при помощи дозаторов, примешивались удобрения. Назовём этот бак — микстанк. Таким образом, система полива обзавелась штатным входом из микстанка и штатным выходом в него же. Сначала система полива набирала воду в микстанк, открыв клапан забора воды из буферного бака и клапан возврата воды в микстанк. Затем, клапан забора воды закрывался и открывался клапан забора воды из микстанка и, вода, прокачиваемая насосом через магистраль смешивания удобрений, обогащалась удобрениями, которые дозировались перистальтическими насосами.

Магистраль смешивания

Первые прототипы включали в себя гибкие шланги, выполняющие функции проводников воды. С появлением дозаторов шланги были заменены на жесткие трубки из ПВХ. Так появилась первая зафиксированная сначала на бумаге, а затем и в первом корпусе система трубопроводов. В этой системе трубопроводов одной из частей оказалась магистраль смешивания удобрений. Это был кусок ПВХ трубки диаметром 20мм, в котором были насверлены отверстия около 5мм и с усилием вставлены соединители для ирригационных трубочек 4/6мм. В месте стыка трубы и переходника была применена эпоксидная смола для герметизации стыка.

Вода, подаваемая насосом из микстанка в него же, по замкнутому контуру, проходила через магистраль смешивания. Дозаторы, подключенные в торчащие концы соединителей, подавали в этот поток воды удобрения. Так происходило насыщение раствора жидкими удобрениями.

Системный насос

Насос, который использовался на начальных стадиях развития системы полива был самый простой, дешёвый, обязательным было только условие – вход и выход имеют резьбу в пол-дюйма. Он выдавал в лучшем случае 0.3 атмосферы давления на выходе.

В ходе экспериментов с поливами выяснилось, что подводить трубочки из системы полива и поливать растения таким образом, без обратной связи по влажности почвы получается не очень качественно. Малейшее засорение, изгиб или различная длина трубок от системы полива к растению приводили к неравномерности полива. Один горшок получал больше воды, чем другой, за равное количество времени работы полива. Было найдено решение в виде компенсированных капельниц, которые используются в системах капельного полива. Это такие устройства, которые пропускают через себя фиксированный объём воды, при условии подачи последней под давлением в заданном диапазоне (типичный диапазон рабочих давлений составляет от 1 до 4 атмосфер). Для обеспечения такого давления используются принципиально иные насосы, нежели тот, который имелся. Потому был приобретён мембранный насос высокого давления. Сначала, тоже самый дешёвый, китайский. Он работал от 12В и потреблял до 5 ампер и при работе шумел и вибрировал так, что невольно, система полива, в числе прочих тестов, стала проходить вибрационные тесты, а соседи — тесты терпимости. Тем не менее, тот насос дал требуемое давление и даже с лихвой – до 5 атмосфер до срабатывания механической отсечки. Отсечка, к слову, регулируемая винтом, но на тот момент я дополнительно взял датчик давления воды и сделал отсечку программную.

Датчики давления воды

Не сразу нашлись подходящие. Сначала был датчик из нержавейки, с метрической резьбой, в сантехнику никак не подходящий (сейчас, имея опыт работы с токарным станком, это вообще не выглядит проблемой, а тогда стало серьёзным препятствием). Такие используются в автомобилях. Он был, с применением силы, вкручен в высверленное отверстие сантехнического переходника из мягкого полипропилена и на десятой попытке даже не подтекал.

После стального был хромированный, с резьбой на четверть дюйма.

Этот ожидаемо стал ржаветь (соли в растворах не жалеют обычное железо). И уже после него, спустя часы поисков вариантов на алиэкспрессе, был найден пластиковый датчик с резьбой на четверть дюйма. Они оказались долговечными.

Опять насос

Самый дешевый мембранный насос в плане производительности был слабоват. В виду этого, входы и выходы доступных его вариантов имели максимальный размер резьбы – 3/8 дюйма. Из которых, полезное сечение для прохода воды и того меньше. А трубки ПВХ и детали к ним имели диаметр 20мм и резьбы в пол-дюйма. Насос был однозначно слабоват. В результате были найдены варианты насосов покрупней и среди них выбран с минимальными шумами, тоже мембранный. Стоил он уже в несколько раз дороже. Такие используются, к примеру, в водопроводе домиков на колёсах, или в лодках для откачивания морской воды. Сам насос покрупней, потяжелей и, в соответствии с ценой, выглядит тоже внушительно.

Прокачиваемый поток воды с прежних 4-5 поднялся до 10-12 литров в минуту. И насос, действительно, стал работать гораздо тише, с меньшими вибрациями.

Логика и силовая часть. Разделение

Уже на первых порах, при работе с шаровыми клапанами, иногда случались проблемы в виде зависаний контроллера. С внедрением мембранного насоса стало наглядным влияние наводок от мощных нагрузок на работу логики. Тогда у меня ещё не было осциллографа, чтобы увидеть это воочию. Но частота зависаний и сбоев стала невыносимой. То о чём я только читал, подозревал и предполагал, стало закономерным.

Итак, было решено сделать отдельно контроллер, где будет работать логика устройства вкупе с частью измерительных приборов и, отдельно, систему управления силовой частью – насосами, дозаторами удобрений, клапанами. Силовую систему предполагалось сделать модульной, расширяемой. Чтобы если понадобится изменить количество исполнительных компонентов в аппарате, можно было бы их добавлять/убавлять без переделки схемотехники. Дабы исключить проникновение электрических помех из силовой части в логику, была задумана гальваническая изоляция.

Покумекав над требованиями, набросал первую версию силового модуля и новый контроллер.
В первой версии силового модуля для управления нагрузками была неудачно выбрана микросхема L293. Неудачной она оказалась потому, что в её составе использованы биполярные ключи. Это даёт немалое собственное потребление (и, соответственно, тепловыделение) микросхемы в моменты работы нагрузок. Радиаторы, установленные на микросхемах работали на пределе. В следующем варианте схемы были выбраны драйверы L6205PD. Они выполнены на полевых транзисторах и грелись уже существенно меньше. При этом, позволяли нагружать на каждый канал значительно больше тока. Кроме того, корпус микросхем с окончанием PD в названии микросхемы имеет хорошее теплоотводящее основание, которое позволяет отводить тепло прямо в плату. В результате, в дизайн платы были заложены приличные площади меди как раз для этой функции. Испытания показали удовлетворительные результаты, без использования дополнительных радиаторов, в условиях пассивного охлаждения. Следует заметить, что крепилась плата управления нагрузками внутри пластикового короба, вместе с основным контроллером и Raspberry Pi. Последняя, справедливости ради, в таких условиях, в жаркие дни, в теплице, перегревалась до состояния зависания, в отличие от остальной электроники.

Поскольку разделение силовой и логической частей делалось ради снижения влияния помех от мощных нагрузок на логику, то здесь была применена гальваническая развязка. Выполнена она была на ADUM1250. Соответственно, на плате силового драйвера был поставлен I2C-декодер (экспандер) – MCP23017. Рядом с ADUM разместилась сдвоенная оптопара, которая одним каналом делала декодеру сброс и вторым каналом включала/выключала питание на микросхемы драйверов через мощный полевой транзистор. Для питания MCP23017 изначально использовался MINI360, который впоследствии был заменен на LM317. Схема драйвера может работать начиная с около 10 вольт и выше. Потолок не проверял, но оценочно можно смело утверждать 24В, может 36В (теоретически, это разумный предел для LM317). Для L6205 заявлены вообще 50В. На практике вся система проверялась в работе на 12В.

На 4 микросхемы L6205, установленных на одной плате, получается 16 каналов управления для исполнительны устройств. Модульность позволяет подключать несколько плат. Для этого необходимо задать разные I2C адреса для MCP23017 при помощи трёх резисторов, предусмотренных на плате. Одиночные L6205 каналы можно сдваивать (согласно аппноту), чтобы получить больше пропускной способности. Именно так и были запитаны чёрные клапаны (наиболее прожорливые), на минимальной конфигурации системы полива, где одной платы управления нагрузками хватает в самый раз.

Что касается основного контроллера, то его крепежные отверстия были расположены так, чтобы можно было механически и электрически соединить его сразу с силовым драйвером, расположив один над другим, с расстоянием между плат в пару сантиметров. Были сомнения, относительно электромагнитных наводок с одной платы на другую, по воздуху. Но на практике они не оправдались (или просто не были зафиксированы в течение нескольких циклов тестов с однолетними растениями).

На основной, системный насос, поскольку он имеет приличную инерцию и мощность, в паре-другой сантиметров от мотора был поставлен ультрабыстрый диод в обратной полярности, чтобы гасить обратное напряжение (fly back diode). Насос, ввиду хорошего потребляемого тока, был запитан не напрямую в силовой драйвер, а через полевой транзистор, затвор которого уже подключен к силовому драйверу.

На клапанах и дозаторах, подключенных напрямую к L6205PD силового драйвера проводились эксперименты с быстрым (десятки раз в секунду) включением и выключением, без обратных диодов. Ничего не погорело, несмотря на опасения (особенно по части соленоидов клапанов).

Измерительная техника

Поскольку аппарат сам готовит растворы, то одним из самых важных (после датчика уровня воды) приборов для измерений стал кондуктометр (он же, EC-метр, он же TDS-метр). В список измерительной техники так же попал измеритель кислотности (он же pH-метр), датчик давления воды и термометр. Таким был первоначальный и основной список сенсоров, поддерживаемых логикой основного контроллера.

EC-метр

Не мудрствуя лукаво, был опробован ряд схем, найденных в поисковике. Самая первая страдала недостаточной повторяемостью (половина собранных модулей почему-то не работала). Вторая схема не заработала в железе вообще. Третья заработала, четвертая была дорогая. Выбор пал на третий вариант, которым стал модуль на таймере 555. Суть проста – измеряем частоту меандра, которая задаётся парой конденсатор плюс сопротивление. Сопротивление – раствор воды с удобрениями. Датчики электропроводности поначалу были сделаны самопальные. Чтобы снизить коррозию электродов, последние были сделаны из позолоченных пинов. Весь датчик был сделан из эпоксидной смолы, что позволило залить сразу в него термодатчик. В роли последнего был выбран DS18B20.

Впоследствии эта конструкция заливалась в деталь из ПВХ — переход с трубы 20мм на резьбу пол-дюйма.

Это позволяет вкручивать его в остальную гидросистему аппарата.

Чтобы снизить скорость налипание ионов удобрений на электрод, была сделана схема управления питанием модуля измерения. Включение производилось программно, перед самим измерением. После чего модуль уходил в спячку.

pH-метр

Тут, поначалу, пробовалась схема на CA3420, которая в ходе экспериментов зарекомендовала себя как весьма надёжная и легко повторяемая. На первые аппараты она ставилась весьма уверенно. Причиной отказа от неё стала сложность с экранированием.

В итоге, была найдена микросхема LMP91200. Этот кандидат требовал минимальной обвязки, в виде того же АЦП и развязки, что и в варианте выше. В качестве ADC был поставлен ADS1110, для развязки — ADUM1250 и всё сразу заработало. Показания с модуля, при свежем (свежий — имеется в виду новый и не полежавший пару лет на полке. Как известно, pH сенсоры, которые просто лежат без дела, приходят в негодность со временем. Возможно, чуть медленней, чем те, которые используются, но всё же становятся непригодными) сенсоре кислотности обладали завидной стабильностью.

Питание модуля гальванически развязал недорогими (около доллара за штуку) DC-DC преобразователями, типа 0505, на 1 ватт.

Опять EC

Отсутствие развязки по EC модулю на таймере 555 не давали спать спокойно. Кроме того, вода проникала в под эпоксидку и иногда достигала встроенного датчика DS18B20. Это приводило к печальным последствиям в виде ржавчины и почернения проводов датчика температуры. Иногда металл позолоченных пинов съедался вовсе. Помогала их лакировка.

Тем не менее, к тому времени в загашниках уже имелся модуль EVAL-0349.

В испытаниях он неплохо себя зарекомендовал. Присутствует изоляция питания и сигнала, достаточная точность измерений, помимо входа для сенсора EC есть и вход для резистивного термодатчика. Но не очень нравилось то, что он в виде отдельного модуля.

В очередной итерации схемы и платы контроллера был заменен блок измерения EC со старого (с таймером 555) на примерно тот, который предлагался в EVAL-0349. Добавлена та же ADUM1250 для изоляции сигнала, 0505 по питанию и показания электропроводности воды вместе с её температурой стали электрически отделены от контроллера. Вместе с этим были испробованы относительно дешевые сенсоры EC из Китая. За два цикла испытаний нареканий не обнаружено.

По ходу дела был также обнаружен весьма экзотический способ измерения солей в воде — индуктивный. Это когда наматывается катушка, изолированная от воды, а в роли сердечника выступает измеряемая вода. Индуктивность получившейся системы, очевидно, зависит от электропроводности воды-сердечника. Таким образом осуществляется измерение. Такие сенсоры обладают повышенной (в сравнении с традиционными, контактными) долговечностью. На али был обнаружен карманный экземпляр за 70 долларов, однако пределы измерений и точность годятся для морской воды, нежели слабых растворов, применяемых в растениеводстве. Мои мимолётные эксперименты намотать катушку на трубу с водой пока не дали положительных результатов.

Влажность субстрата

Скорость, с которой растения потребляют залитый под корень объём жидкости, кроме прочего, зависит от погодных условий (температура, влажность, количество света на листьях). Влажность почвы (или иного субстрата) влияет на состояние корней и, следовательно, также влияет на скорость потребления раствора растением. Перелив – плохо, недолив тоже не очень. Чтобы учитывать этот фактор, было решено добавить датчиков. Чтобы минимизировать переделки платы контроллера и оставить её размеры в разумных пределах, было решено использовать беспроводные датчики влажности. Поначалу были интегрированы Bluetooth датчики Xiaomi. Спустя некоторое время по почте пришла ещё пара этих датчиков, с иной прошивкой. Шаманства с версиями прошивок не оставили равнодушным – было решено сделать самодельные датчики. В очередной версии платы контроллера был добавлен беспроводной трансивер NRF24.

Беспроводные датчики, которые подключались далее, в гальванической изоляции, разумеется, уже не нуждаются. Питание NRF24 и измерительных модулей сделано через полевые транзисторы, чтобы иметь возможность программно отключать измерительную технику. Полезно иметь возможность измерений кислотности при выключенном измерителе солей и наоборот, дабы не происходило влияния одного на другой.

Беспроводные датчики влажности почвы

Подглядев, как китайцы делают за доллар датчики, в которых сенсором является часть платы (Capacitive soil moisture sensor на алиэкспресс), покрытой лаком, сделал аналогичный сенсор. В качестве контроллера был взят уже знакомый STM32, на 20 пинов, только серия уже F0. В качестве измерителя был взят уже знакомый таймер 555. И теперь сенсор стал не сопротивлением (как в EC измерителе), а ёмкостью. На практике изучая вопрос скорости опустошения получившимся датчиком батарейки CR2032, узнал, что есть версия таймера 555, построенная на полевых транзисторах, что означает меньшее энергопотребление (привет L293 и L6205). Называется LMC555.

Помимо этого на плате датчика был добавлен TMP100 – I2C термодатчик. Он был запланирован, чтобы узнавать температуру воздуха вокруг датчика. По правде, в STM32 уже встроен термодатчик. Но я решил, что на испытательных образцах, второй датчик лишним не будет. Также добавлен светодиод, для индикации работы и, возможно, определения освещённости датчика.

Первые испытания таких датчиков показали, что генерируемая таймером 555 частота (которая расценивается как влажность субстрата) сильно зависит от температуры почвы/датчика. Справедливости ради, аналогичная ситуация и с датчиками кислотности и электропроводности, где для более корректных считываний значений аналогично применяются алгоритмы температурной компенсации показаний. Именно поэтому, подавляющее большинство датчиков EC уже снабжены термодатчиком.

В датчиках от Xiaomi показания выдаются как по влажности субстрата, так и по его насыщенности солями. Подозреваю, что соли измеряются двумя стальными пиптиками на концах лепестков, позволяя скорректировать ёмкостные измерения с лепестков. Но это неточно.

Следует также упомянуть, что существуют датчики влажности почвы, выполненные на принципе поверхностного натяжения воды — тензиометры. В керамический конус (типа, blumat) помещается датчик давления. С него и берутся показания, переводимые позже в показания влажности. Такой способ считается более точным, нежели способ измерения ёмкости. В качестве датчиков давления здесь можно применить достаточно чувствительные датчики измерения кровяного давления.

На этом, думаю, хватит. Ежели будут вопросы — отвечу в комментариях или допишу ещё часть.

Источник: habr.com

Дождевание

Главный принцип автополива на даче, собранного своими руками, по типу дождевания – использование разбрызгивающих воду форсунок, которые имитируют естественные осадки. Трубопроводные пути могут располагаться как над землей, так и под землей. При уверенности в постоянстве расположения посадок, система автополива находится в почве. Такой вид организации полива дачи более аккуратный и долговечный. 

Плюсы и минусы

Преимуществами устройства автополива по типу дождевания являются:

• равномерное постепенное впитывание влаги;
• увлажнение воздуха, что особенно важно в теплице;
• омывание листьев и плодов.

Недостаток заключается в образовании корочки на верхнем слое почвы, что нарушает поступление кислорода к корням. Дождевой автополив отличается самым большим расходом воды и электричества, но только он идеально подходит для ухода за газоном или грядками с частыми насаждениями на даче.

Технология сбора системы

Перед началом работ необходимо начертить план-схему со всеми зданиями на участке, со всеми насаждениями. Автополив по типу дождевания лучше прокладывать осенью, чтобы весной уже любоваться красивым газоном.

Для создания автополива своими руками на даче необходимы:

• источник воды;
• насосная станция;
• водопровод;
• дождеватели.

Источником воды может быть центральное водоснабжение, колодец или другой водоем. Насос необходим для поддержания необходимого давления. Трубопровод для автополива может быть собран из любых труб, представленных на рынке, какими будет удобней работать по личным предпочтениям. ПВХ трубы просты в монтаже, создают надежные соединения с фитингами, жесткая конструкция удобна для сооружения системы дождевания. Дождеватели приобретаются с разным углом разбрызгивания, в зависимости от требований участка.

После покупки всех необходимых элементов, можно приступать к этапу выкапыванию траншеи по схеме, глубиной около 30 см. Затем в нее закладываются трубы или готовая конструкция трубопровода. Перед тем как закрыть землей, проверяется целостность системы автополива. После зарывания можно посеять газон, который очень быстро взойдет.

Видео-инструкция организации автополива на даче и обзор дождевателей:

Капельное орошение

Капельный автополив на даче предназначен для кустарниковых растений, или при малом количестве насаждений. Его преимущественно используют в саду, где большое расстояние между деревьями или на участках с параллельной посадкой культур.  Так же может быть расположен над или под землей. 

Преимущества и недостатки

Главным преимуществом капельного автополива на даче является экономность. Он не требует использования насоса, расход воды при таком точечном орошении минимальный. При подземном расположении трубопровод может засориться, требуется промывка напором воды.

Недостатком является лишь трудоемкость организации автополива, в первую очередь – создания своими руками необходимого трубопровода. Чаще всего используется надземное расположение системы, которое весной раскладывается, а осенью собирается, что удобно для перераспределения посадок на даче.

Этапы сбора своими руками

Для капельного автополива удобно использовать гибкие шланги, которые хорошо протыкаются. Их можно пронизать тонкими трубочками для подведения воды к отдельным кустам. Для капельного автополива небольшого участка дачи  не нужен насос. Давление, возникающее из-за нахождения емкости на высоте, достаточно.

Капельная система автополива, сделанная своими руками, работает за счет медленного вытекания вода из тонких трубок или отверстий в большой трубе. Использование гибких шлангов позволяет обложить все деревья в саду без труда.

Удобно организовать капельный автополив в теплице или другом участке дачи, который требует ежегодного перекапывания и точного орошения прикорневой зоны растений. Надземная система труб не нарушает ландшафт и при правильной прокладке может быть вполне незаметной.

Для создания нескольких ветвей автополива на даче используется коллекторный узел или самосборный элемент из фитингов. При большом участке потребуется больший объем емкости с водой или возможность его постоянно пополнять.

Опытом организации капельного автополива своими руками, в видео поделился умелец:

Прикорневое орошение

Прикорневой автополив используется для требовательных в уходе растений и при ограниченности участка дачи. Подземное орошение растений не дает разрастаться корням по поверхности, они направляются к влаге, надежно держат растение. Возможно использование прикорневой системы для орошения газона, но таким образом будет трудно добиться равномерности полива всего участка без использования нескольких ветвей трубопровода.

Все за и против

Прикорневой автополив дачи достаточно экономный. Не требует большого напора воды, может работать за счет разницы в высоте между сообщающимися сосудами. Оснащение впитывающими и сохраняющими воду элементами позволяет совершать полив реже, устройство дренажа происходит по нижеследующей схеме. Из-за подземного нахождения прикорневой автополив гарантирует минимум испарения и потери воды в не прикорневую зону.

Недостатком является трудоемкость сбора своими руками, возможность засорения системы. Неудобна организация прикорневого автополива уже на засаженном и облагороженном участке. Даже для крупных кустарников недопустимо вмешательство в их корневую систему в период завязывания цветов или плодов. Поэтому организацию такого автополива придется отложить на осень.

Устройство системы своими руками

Принцип устройства прикорневого подземного автополива на даче отличается поступлением воды в почву, а не на ее поверхность. Такая трудоемкая работа подходит для организации своими руками орошения многолетних растений, требующих много влаги в период урожайности. Для сохранения влаги на большее время можно положить в прикорневую зону гравий, песок, создать дренажный слой, как в цветочном горшке. Вода из емкости поступает медленно, комфортной температуры, что важно при направленности потока точно под корни.

Подводка воды происходит таким же способом, как и в предыдущих случаях. Конструкция из труб может быть жесткой или гибкой, в зависимости от предпочтений мастера в работе. Видео-инструкция по выбору труб и фитингов для организации автополива на даче своими руками:

 

Управление автополивом

Все виды устройства автополива на даче могут управляться вручную или компьютеризировано. Компьютерный способ управления достаточно дорогой, но его использование окупается многолетним комфортным использованием, всегда прекрасным видом участка, хорошим урожаем.

Установка компьютерного управления автополива на даче проста, возможна своими руками, зависит от модели и ее составляющих. Датчики влажности, на регулируемых участках, дают сигнал центральному компьютеру, который включает систему автополива. Автоматическое управление без датчиков влажности включает полив через заданный программой промежуток времени, на установленное время. Установка происходит по инструкции конкретного прибора, всегда стоит соблюдать требования и рекомендации производителя.

Функциональность и возможности приборов различны. Некоторые современные модели способны управляться на расстоянии, через интернет или мобильный телефон. Но находясь в отдаленном от дачи месте невозможно определить влажность почвы, необходимость полива, поэтому привычные датчики влаги более эффективны в применении.

Инструкция по настройке одного из представителей пультов управления системой полива в видео:

Источник: bouw.ru