Датчик вологості грунту з Wi-Fi для розумного будинку чи автоматизованої теплиці

2022-02-18

Датчик вологості грунту з Wi-Fi для розумного будинку чи автоматизованої теплиці.

Зараз все більших обертів набирає так зване сіті-фермерство, та й у звичайному домогосподарстві не рідко виникає питання контролю вологості ґрунту у вазонах, чи на грядках. Сьогодні я хочу розказати як з недорогих та доступних компонентів з сайту https://arduino.ua/ можна самостійно виготовити засіб такого контролю, при чому без жодних навичок написання коду для мікроконтролерів. Цей пристрій можна використовувати незалежно, чи у будь-якій системі автоматизації/розумного будинку що підтримує протокол MQTT.

Для цього проекту нам знадобиться:

• 1) Wi-Fi модуль ESP8266 версія ESP-07 (https://arduino.ua/prod1444-wi-fi-modyl-esp8266-versiya-esp-07)
• 2) Модуль живлення TSP-03 220В - 3.3В 3Вт (https://arduino.ua/prod1799-modyl-pitaniya-tsp-03-220v-3-3v-3vt)
• 3) Плата-адаптер для ESP8266 версій ESP-07, ESP-08, ESP-12 (https://arduino.ua/prod1471-plata-adapter-dlya-esp8266-versii-esp-07--esp-08--espVfr-12)
• 4) Макетна плата під пайку 26х12 отворів (вирізав ножівкою для металу з великої плати https://arduino.ua/cat164-maketnie-plati-pod-paiky)
• 5) Ємнісний датчик вологості грунту (https://arduino.ua/prod2755-emkostnii-datchik-vlajnosti-pochvi)
• 6) Резистори 4К7 - 3 шт, та 7К1 - 3шт
• 7) USB 2.0 - UART TTL 3.3В/5в перехідник на PL2303HX (https://arduino.ua/prod1075-usb-2-0-uart-ttl-3-3v5v-perehodnik-na-pl2303hx)

Принципова схема:

Приклад монтажу компонентів:

Як видно на фото, виготовлення пристрою не набагато важче за складання дитячого конструктору. Звертаю увагу читачів, що при подібному компонуванні елементів на платі присутня напруга 220 В, що може бути небезпечним для здоров’я та життя! Мною було виготовлено герметичний корпус з сантехнічних елементів (муфта та дві заглушки діаметром 50 мм), зазор між корпусом та датчиком проклеєно термо-клеєм для герметичності. Якщо ви не впевненні у герметичності власного корпусу, краще рознести блок живлення та сам пристрій у різні корпуси та з’єднати дротом - так ви будете впевненні у тому, що не станеться витоку струму.

Край робочої зони датчику бажано профарбувати безколірним лаком для нігтів для подовження ресурсу роботи датчика. Якщо цього не зробити, корозія знищить датчик за пів року, рік.

При живленні 3.3 В датчик змінює напругу на роз’ємі A out, приблизно, від 2.1 В (у воді, приймаємо за 100%) до 3.3 В (у повітрі, приймаємо за 0%). Оскільки АЦП ESP-07 має діапазон вимірювання від 0 до 1 В, у схемі використано найпростіший дільник напруги з резисторів.

Прошивка пристрою.

Прошивка пристрою відбувається за допомогою USB 2.0 - UART TTL 3.3В/5В конвертеру на PL2303HX чи аналогічного. Обов’язково використовуємо роз’єм живлення 3.3 В, якщо під'єднаєте 5В, ESP-07 скоріше за все згорить. Роз’єм TX контролеру під’єднуємо до роз’єму RX TTL конвертера, RX контролера до TX конвертера, GND до GND. Перемичка для прошивки має бути встановлена (див. схему). Якщо ви використовуєте саме PL2303HX, то у нього в деяких версіях windows є проблема з драйвером. Для її вирішення завантажуємо драйвер за посиланням https://robotchip.ru/download/other/PL2303-Prolific-DriverInstaller-v1.5.0.zip , встановлюємо його. Після чого видаляємо старий драйвер у менеджері пристроїв та перевстановлюємо драйвер версії 3.4.25.218 (10.7.2011). Якщо цього не зробити, прошивка не вдасться.

Коли все під'єднано та встановлено, переходимо за посиланням https://tasmota.github.io/install/ та за допомогою web-майстра встановлюємо звичайну tasmota. Розмикаємо перемичку для прошивки та перезавантажуємо пристрій (вимикаємо та вмикаємо живлення). Якщо інсталяцію виконано успішно, має з’явитись нова wi-fi мережа з назвою tasmota-*****. Під’єднавшись до цієї мережі вас буде перенаправлено у браузер на адресу пристрою, зазвичай це 192.168.4.1. У web-інтерфейсі ви зможете під’єднати свій новий пристрій до вашої домашньої wi-fi мережі та виконати налаштування.

Налаштування пристрою.

Налаштування пристрою простіше за його складання. Вам потрібно лише правильно прописати опції АЦП. Для цього на сторінці tasmota переходимо у розділ Configuration ? Configure Module. Module type слід обрати Generic, зберегти та перезавантажити пристрій. Потім у тому ж розділі слід обрати для параметра A0 GPIO17 значення ADC Range. Знову зберігаємо налаштування та перезавантажуємо пристрій. Після чого у консолі прописуємо команду “AdcParam 6, 630, 1012, 100, 0”, яка означає, що за 0% ми вважаємо значення з ADC 1012 (приблизно 1 В, датчик у повітрі), а за 100% вважаємо значення 630 (близько 0.645 В, датчик занурено у воду на всю площу). Рекомендовано виконати подібні заміри самостійно і переконатись у їх точності для вашого датчику. Для цього переводимо АЦП (A0 GPIO17) у режим ADC Input і записуємо значення у воді, та на повітрі. Після чого переводимо у режим ADC Range та підставляємо отримані значення у команду AdcParam 6 (див. вище).

Якщо у вас є система розумного будинку чи автоматизації з MQTT, переходимо у розділ Configure ? Configure MQTT та прописуємо налаштування. Після цього система розумного будинку має розпізнати пристрій автоматично чи по команді, в залежності від типу.

Приклад роботи в системі Home Assistant.

Можливості використання та розвитку даного пристрою.

Сам по собі цей пристрій вже є незалежним вузлом збору та аналізу даних. Система tasmota дає також широкі можливості при використанні так званих rules. Можна під’єднати до цього пристрою реле і за допомогою правил запускати, наприклад, насос поливу рослин при досягненні певного рівня вологості. Також це може робити система розумного будинку, якщо до неї під’єднано контролер поливного насоса. Можливе налаштування інформування за допомогою e-mail чи телеграм. Tasmota не є єдиним готовим рішенням. Також можна використати ESPEasy чи Blynk. Сучасні технології дають широке поле для розвитку цифрового сіті-фермерства та можуть значно полегшити життя. Дякую за увагу.

Автор: 5013N0!D