Digital Druid
Světlo, teplo, voda, vzduch a občas elektřina...

Automatizovaný závlahový systém (Arduino)



Záměr:

Pokud máme na balkoně větší množství vysazených rostlin, brzy zjistíme, že neděláme nic jiného než zaléváme a zaléváme. Balkonové nádoby jsou malé a zvláště pěhem parných letních dnů velmi rychle vysychají. Pokud nemají naše rostliny bídně zhynout musíme je pravidelně zalévat - někdy dokonce i vícekrát za den. Dalším problémem je, že na balkoně obvykle nebývá přívod vody, takže musíme neustále běhat s plastovou lahví nebo konvičkou k vodovodu. To je jednak poměrně únavné a jednak záléváme neodstátou vodou, což není úplně optimální. V případě delší nepřítomnosti (například při odjezdu na dovolenou) musíme složitě domlouvat neochotné sousedy, kteří nám rozstliny zalijí. Což provedou obvykle špatně a po návratu nás čeká menší či větší pohroma.
Přemýšlel jsem tedy o řešení, které by tento proces co nejlépe zoptimalizovalo. Systém by měl splňovat tyto požadavky:
  • Zabírat co nejméně místa (na balkoně je každý centimetr drahý).
  • Samočinně zalévat v určitý čas (nejlépe ráno a/nebo večer).
  • Zalévat pouze pokud je to potřeba = nezalévat pokud je půda vlhká - například po dešti.
  • Mít dostatečnou zásobu vody, která vydrží na několik dní.
  • Fungovat bez přívodu elektříny z bytu - na balkoně nebývá obvykle vyvedena zásuvka.
  • Být maximálně spolehlivý a bezúdržbový.
  • Co nejlépe vypadat a nekazit dojem balkonové zahrádky.
  • Nebýt příliš drahý.

Komerční řešení:

Při některé z návštěv Hornbachu jsem zde narazil na automatizovaný systém od firmy Gardena, který skoro splňoval moje požadavky. Bohužel jenom skoro. Nesplňoval především to, že má být nezávislý na elektřině (220V). Natahovat nějak prodlužovačku zkrze balkonové dveře mi nepřišlo moc praktické řešení. Také v základním setu neuměl měřit vlhkost půdy a zaléval pouze podle časovače - musely by se dokupovat další komponenty za nemalé peníze. A jelikož už cena základního setu přesahovala 3 tisíce korun, přišlo mi to předražené.
Nicméně tento systém mě inspiroval a rozhodl jsem se vyrobit si vlastní, lepší a levnější řešení.

Vlastní řešení:

Jelikož jsem se právě začínal zajímat o platformu Arduino, příliš jsem se nerozmýšlel a rozhodl se postavit celý systém na něm. Jako pilotní projekt na seznámení se z technologií mi to přišlo jako více než ideální. Při procházení široké nábídky modulů a čidel jsem byl natolik okouzlen, že jsem se nechal maličko unést, přestal dbát na co nejmenší cenu a chtěl z pouhého zalévače udělat i něco víc. Takže jsem začal spřádat plány, že to bude vlastně i jakási malá meteostanice, která by dokonce mohla posílat bezdrátově údaje na internetový server či dokonce že bych mohl udělat inteligentní natáčecí systém solárního panelu, který bude optimálně sledovat dráhu slunce. Plány byly veliké, ale nakonec to pouze prodražilo výrobu a užitek nepřineslo. Ale o tom více až v závěrečném zhodnocení.

  1. Dřevěný box s elektronikou - rozměry 40 x 40 x 40 cm
  2. Plastová nádrž na vodu (kanystr 30 l)
  3. Trychtýř na doplňování vody
  4. Silikonové hadičky 8 a 6 mm pro rozvod vody
  5. Solární panel 15 W (29 x 45 cm)
Chtěl jsem aby zařízení zabíralo co možná nejméně místa a zároveň, aby vypadalo pěkně a nekazilo dojem balkonové zahrádky. Rozhodl jsme se proto zabudovat ho celé do dřevěné skříňky namořené na ořechovou barvu a přelakované lodním lakem, aby nenasákávala vodou a elektronika uvnitř byla co nejvíce chráněna. Její velikost se odvvíjela od velikosti kanistru na vodu, jehož objem jsem zvolil 30 l. To mi přišlo tak akorát pro můj relativně malý balkon. Vyrobil jsem proto ze smrkových desek skříňku zhruba o velikosti 40 x 40 x 40 cm, kde jsem do zadní části umístil kanistr a v přední části udělal příčku, na kterou jsem připevnil pertinaxovou desku s instalovanou elektronikou.
Dole jsem ještě udělal úzkou poličku, na které je postaven olověný 12 V akumulátor, který celé zařízení napají a je dobíjen ze solárního panelu. Panel jsem původně chtěl umístit na střechu, ale nakonec jsem se rozhodl pro jednodušší instalaci na zábradlí balkonu pomocí držáku vyrobeného ze stavebnice Merkur. Vzhledově to sice neni úplně nejkrásnější, ale zase je vše hned při ruce a v případě závady není třeba lozit na střechu. Balkon je orientován na východ a tak je v dopoledních hodinách vystaven přímému slunci a doufal jsem, že by to mělo stačit pro dobití akumulátoru, což se posléze skutečně potvrdilo.
Skříňka nemá dno a je vybavena cca 2 cm vysokými kovovými nožičkami, takže v případě deště nestojí dřevo ve vodě a voda může volně odtékat a rychle vyschnout. Na zemi stojí pouze plastový kanistr, kterému vlhko nevadí.
V horní části je vyříznut kruhový otvor a do něj je zasunut trychtýř, kterým se dolévá voda do kanistru. Trychtýř je dostatečně velký a je tak možné pohodlně dolívat vodu například kbelíkem.
Voda je čerpána z kanistru pomocí malého ponorného čerpadla na 12 V a rozváděna po nádobách s rostlinami pomocí hadičky o průměru 8 mm, která pak přechází na průměr 6 mm. Tam, kde je potřeba, jsou hadičky navrtány otvory 1.5 mm, kterými se voda rozstřikuje k rostlinám.

  1. Řídící jednotka - Arduino Nano + rošiřující shield.
  2. Čidlo teploty a vlhkosti - DHT-22.
  3. Modul reálného času - DS3231 - připojený přes sběrnici I2C.
  4. 2x Modul detekce půdní vlhkosti - LM393.
  5. Relé 5V pro spínání vodního čerpadla.
  6. Regulátor nabíjení ze solárního panelu - EPSolar SkyLine.
  7. LCD displej s I2C převodníkem pro zobrazování aktuálního stavu systému-
  8. Spínač podsvícení LCD displeje - na denním světle je display čitelný i zhasnutý.
  9. Přepínač automatizovaného / manuálního čerpání vody-
  10. Olověný akumulátor - 12 V, 5 Ah - bezúdržbový.
  11. Nádrž na vodu, vodní čerpadlo 10 l / min (zn. Barwig) a ultrazvukový senzor HC-SR04 pro měření výšky hladiny vody-

Závěrečné zhodnocení projektu:




Po několika týdnech zkušebního provozu jsem dospěl k několika poznatkům, díky kterým bych novou verzi dělal trochu jinak. V první řadě se záhy ukázalo, že myšlenka integrované meteostanice je lichá, protože zařízení je po velkou část dne vystaveno přímému slunci. Díky tomu se zahřívá a měřená teplota je díky tomu nesmyslná. Tím pádem je údaj o teplotě a vlhkosti vzduchu k ničemu a celý modul je tak v zařízení nadbytečný. Stejně tak jeho zobrazování na displeji nic nepřináší a tak by se mohl zvolit pouze 2 řádkový displej, který je menší, levnější a s menší spotřebou.
Levné čerpadlo je poměrně hlučné a při zalévání nepříjemně hlasiče vrčí. To je nemil0 hlavně zalévání v časných ranních hodinách - balkon mám u ložnice.
Čidla půdní vlhkosti se ukázala jako naprostý šmejd, který se zhruba po týdnu provozu doslova rozložil. Kovová vrstva na senzorech zkorodovala a odpadla a čidla začala tvrdit, že jsou na suchu i když stála ve vodě. Měl jsem dva různé typy a oba dopadly stejně - viz fotografie níže.
EDIT: Na základě rad od ostatních uživatelů je zřejmě možnost výrazně prodloužit životnost elektrod tím, že se do nich bude pouštět proud pouze v okamžiku měření a ne permanentně (jako jsem to měl udělané já). Tím pádem se elektrolytické procesy na povrchu značně sníží a koroze by neměla nastávat. Rovněž se tím i o něco sníží spotřeba.
Naopak pozitivním zjištěním bylo, že solární panel v pohodě zvládá dobíjet akumulátor i když není zrovna slunečný den a tak vše spolehlivě funguje a kromě dolévání vody do zásobníku se jedná opravdu o bezobslužný systém. Délku jednoho zalévání jsem po menším laborování nastavil na 35 sekund, ale to je třeba vyladit dle konkrétního rozvodu vody.




Ekonomičnost a náklady:

Poslední otázkou zůstává, zda je takovéto řešení lepší než hotové řešení komerční. Podle mého názoru rozhodně ano. V první řadě se při jeho realizaci člověk mnohému naučí, má radost z funkčního systému a navíc vše funguje tak jak potřebuje - tj. spolehlivě a bez přívodu vody a elektřiny na balkon.
Pokud bych měl hodnotit cenu, tak i zde vlastní řešení vychází lépe. Kompletní náklady se pohybují kolem 5.700 Kč, ale je to se vším všudy a ceny jsou brány podle cen v ČR - při nákupu z Číny se můžeme dostat o poznání níže. Pokud bych bral pouze minimalistickou elektroinstalaci, která by uměla to samé co nabízí firma Gardena, pak by se cena pohybovala někde okolo 2.200 Kč - tedy skoro o třetinu levněji.Pochopitelně nepočítám čas, kterého mě vývoj a výroba stály hodně. Přepočteme-li ho na peníze, pak je situace poněkud jiná. Ale já to bral jako zábavu a možnost se něco naučit, takže to beru spíše jako investici.
Ovšem objektivně vzato - zamyslíme-li se nad tím selským rozumem, tak nám pořád nejlépe vychází běhat s konvičkou a zalévat si všechno ručně, ale to jsem opět na začátku... :)

Rozpis nákladů na materiál:

Arduino Nano200 Kč
Arduino Nano shield150 Kč
LCD panel350 Kč (zbytečně velký a drahý)
Čidla půdní vlhkostiá 100 Kč
Relé130 Kč
Sonar150 Kč
Modul teploty a vlhkosti vzduchu DHT-22  250 Kč (zbytečné)
Modul reálného času200 Kč
Solární panel950 Kč
Regulátor nabíjení 5A EPSolar LandStar950 Kč
Akumulátor 12 V, 5 Ah300 Kč
Vodní čerpadlo 12 V, 10 l/min470 Kč
Materiál na skříňku600 Kč
Kanistr200 Kč
Rozvod vody300 Kč
Elekroinstalace300 Kč
Celkem5700 Kč




Pokud vás článek zaujal a chtěli byste se na cokoliv zeptat nebo máte-li nějakou připomínku či nápad, neváhejte mě kontaktovat - budu rád. :)

Kontakt: DIGITAL DRUID, (C) 2015