Проект "Теплица"

Показатели

Температура контроллера
Температура воздуха
Влажность воздуха
Давление атмосферы
Освещенность
Температура земли
Температура обогревателя земли
Температура обогревателя воздуха
Влажность земли
Расход полива
Положение окна (или двери для проветривания)

Устройства

Охлаждение контроллера
Полив земли
Обогрев земли
Полив по листу
Обогрев воздуха
Вентиляция
Свет Фито
Свет Солнце
Проветривание (открытие/закрытие окна)

Материалы проекта

В основе проекта лежит контроллер типа Arduino, но более компактный и функциональный. Рекомендуемый вариант платы - Wemos D1 mini, где используется чип ESP8266. В проекте определены:

SelfTemp - датчик температуры DS18B20 для контроля температуры устройства. Используется 1-Wire подключение.
AirHum, AirTemp, AirPress - модуль BME280 для замеров температуры, влажности и атмосферного давления в теплице. Подключается по I2С-шине.
SunLight - модуль BH1750 для измерения мощности светового потока. Подключается по I2С-шине.
GndTemp - датчик температуры DS18B20 для контроля температуры почвы. Используется 1-Wire подключение.
HeatGndTemp - датчик температуры DS18B20 для контроля температуры обогревателя почвы. Используется 1-Wire подключение.
HeatAirTemp - датчик температуры DS18B20 для контроля температуры обогревателя воздуха. Используется 1-Wire подключение.
GndHum (GndHumPct, GndHumPct) - аналоговый датчик измерения влажности почвы. Может быть ёмкостного или резистивного типа, максимальное напряжение сигнала до 3.2V
IrrigWater (IrrigWaterCnt, IrrigWaterFlow) - дискретный датчик учета расхода воды. Используется принцип прерывания сигнала, например датчик Холла или геркон.
WindowPos (WindowPosCnt, WindowPosPct) - дискретный датчик для определения положения окна. Используется принцип прерывания сигнала, например датчик Холла или геркон.
SelfFan - управление вентилятором (U=5V, Imax=200mA) для охлаждения контроллера.
GndWater - управление поливом почвы.
GndHeat - управление обогревом почвы.
AirWater - управление поливом по листу.
AirHeat - управление обогревом воздуха.
AirFan - управление вытяжкой или вентилятором.
LampPower1 - первая зона подсветки.
LampPower2 - вторая зона подсветки.
WindowOpen - управляющий сигнал открытия окна.
WindowClose - управляющий сигнал закрытия окна.

Внимание! Предложенная схема является типовой и может быть модернизирована согласно Ваших предпочтений и требований. Вам необязательно использовать все компоненты указанные в схеме и подключать их! Аналогично, Вы можете использовать этот проект не по прямому назначению, заменяя устройства и компоненты на какие-либо другие.

Проект предусматривает две платы контроллера: основную и исполнительную (см.ниже). Основания плата может использоваться независимо от исполнительной в случае, если предполагается использовать свой вариант исполнительных реле и механизмов.

Схема предусматривает использование расширителя цифровых выводов GPIO на базе микросхемы PCF8574.

Схема предусматривает подачу питания PwrSens для датчика GndHum, только в момент измерений. Это сделано для того, чтобы снизить коррозионный эффект деградации датчиков.

Для определения влажности почвы используется датчик GndHum с аналоговым выходом. Датчик калибруется после загрузки микропрограммы в контроллер на странице "Option". Для этого выставляются минимальные и максимальные значения, когда он полностью мокрый и сухой. На основе этих значений будет сформировано результирующее показание от 0 до 100%. Проверить показания можно на странице "Report", где также отображается текущее аналоговое значение GndHumRaw.

В качестве механизма открытия/закрытия окна предлагается использовать актуатор. Как правило, это 12V система содержит два контакта для задания направления (открытие/закрытие) и встроенный геркон для подсчёта сделанных оборотов. Это показатель WindowPos, который позволит спозиционировать окно теплицы с точностью до одного оборота двигателя актуатора.

Выводы IrrigWater и WindowPos используют прерывания. В схеме они подключены через оптрон, который необходимо запитать с помощью перемычек: плюс - PwrIW, PwrWP и минус - GndIW, GndWP. Напряжение питания может быть как 5V, так и 12V (рекомендуется в случае большого расстояния до датчиков и/или наличию помех).

Скачать Gerber-файлы Заказать на PCBWay

Перечень компонентов проекта

Обозначение	Кол-во	Тип	Модель	Описание
U1	1 шт	Модуль	WeMos D1 mini	WiFi board with 4MB flash based on ESP-8266EX
BME280	1 шт	Модуль	BME280 I2C	Temperature Humidity Pressure Sensor
BH1750	1 шт	Модуль	BH1750 I2C	Light Intensity Sensor BH1750
PCF8574	1 шт	Модуль	PCF8574 I2C	Serial I2C LCD Display Adapter
GndHum	1 шт	Датчик	V1.2	Capacitive Soil Moisture Sensor
IrrigWater	1 шт	Датчик	YF-S201	Water Flow Sesnor
WindowPos	1 шт	Датчик	MKA-14103	MKA14103 Reed Sensor
SelfTemp, GndTemp, HeatAirTemp, HeatGndTemp	4 шт	Датчик	DS18B20	1-wire digital temperature sensor, TO-92
U2, U3	2 шт	Отптрон	PC817	DC Optocoupler, Vce 35V, CTR 50-300%, DIP-4
D1	1 шт	Диод	1N4007	1000V 1A General Purpose Rectifier Diode, DO-41
Q1, Q2	2 шт	Транзистор	2N3904	0.2A Ic, 40V Vce, Small Signal NPN Transistor, TO-92
R2	1 шт	Резистор	4K7	Resistor 0.25W, THT, DIN 0207
R1, R9	5 шт	Резистор	1K	Resistor 0.25W, THT, DIN 0207
R3, R4, R7, R8	4 шт	Резистор	10K	Resistor 0.25W, THT, DIN 0207
R5, R6	2 шт	Резистор	470	Resistor 0.25W, THT, DIN 0207
J2, J3	2 шт	Разъем	MKDS 1,5/2-5.08 KF301-2P	Way Screw Terminal Block 17.5A 5.08mm
J27	1 шт	Коннектор	B2B-XH-A(LF)(SN)	JST XH Series P2.5 mm
J6, J9, J11, J12, J13, J15, J16	7 шт	Коннектор	B3B-XH-A(LF)(SN)	JST XH Series P2.5 mm
J14, J17	2 шт	Коннектор	B4B-XH-A(LF)(SN)	JST XH Series P2.5 mm
опционально	?	Реле	SSR-40 DA	Твердотельное и бесшумное реле
Pwr5V	?	Блок питания	HLK-PM01	AC-DC 220V to 5V
SelfFan	?	Вентилятор	MX-3010	Радиальный вентилятор 30x30x10мм, 5В 150мА

Опасно! Напряжение 220В опасно для жизни и может вызвать пожар!

Универсально! Разработанная схема предусматривает как размещение на плату элементов, так и отказ от них. Например, Вы можете использовать только прямой цифровой вывод для соответствующего устройства или датчика и самостоятельно собрать исполнительную схему, либо же, Вы можете разместить на плате предложенные компоненты - блок реле, оптроны, транзисторы и т.п. и таким образом получить полностью готовый проект. Кроме прямых цифровых выводов, на плату добавлены дополнительные разъемы 5V, 3.3V, GND для питания внешних модулей.

Датчик контроля температуры модуля SelfTemp, может быть размещен прямо на плате без подключения через разъем.

Печатная плата допускает подключение высоковольтной нагрузки, но все же обратите внимание:

чтобы уменьшить сопротивление, коммутируемые дорожки идущие к реле должны быть дополнительно хорошо залужены
со временем, коммутация цепи с большим током приведёт к подгоранию контактов, поэтому лучше использовать SSR-реле, как бесшумное и износостойкое.

Предохранитель ставится перед всеми устройствами. Его задача, в случае поломки реле (залипание контактов, выгорания MOSFET) иметь возможность разорвать цепь и не допустить предельного повышения температуры теплоносителя.

Исполнительная печатная плата с блоком реле

Скачать Gerber-файлы

Печатная плата представляет собой модуль с блоками реле, который подключается к основной универсальной плате проекта и имеет следующие особенности:

Размер 99x99мм.
Содержит 9 блоков реле.
Напряжение питания - 5V.
Содержит разъём и шину для возможного подключения дополнительного напряжения 12V, которое может подключать на разъемы реле для питания устройств проекта.