Аппаратное обеспечение для создания подключенной к Wi-Fi системы мониторинга/управления гидропоникой своими руками — Наука в гидропонике
Успех в гидропонных системах может быть увеличен за счет адекватного контроля над широким спектром различных переменных. Наличие автоматизированного мониторинга и контроля будет означать более быстрое реагирование и предоставление более полной информации о циклах урожая по мере их возникновения. Возможность выбирать датчики, которые вам нужны, и кодировать алгоритмы управления самостоятельно также обеспечит гораздо большую гибкость по сравнению с коммерческими решениями, хотя цена часто может быть выше, поскольку вы собираетесь получить аппаратное обеспечение с возможностями, которые, вероятно, превзойдут минимальные возможности, необходимые для выполнения конкретной настройки, к которой вы придете. В сегодняшней статье я хочу рассказать об оборудовании, которое я обычно использую для создания базовой системы мониторинга/управления своими руками, которая не требует пайки и позволяет легко подключать все датчики. Я расскажу о каждой части, ее стоимости и зачем/как она нужна в базовой системе.
Малина Пи 4 — 39,61 долларов США. Это будет компьютер, который станет мозгом всей операции. Raspberry Pi будет получать информацию со всех датчиков вокруг и принимать управляющие решения, которые затем будут отправляться на соответствующие управляющие станции внутри сети, а также будет записывать показания датчиков и обеспечивать надлежащий интерфейс для управленческого персонала. Обычно я использую raspberry Pi для размещения базы данных, содержащей все показания датчиков, плюс выполнение алгоритмов управления и хостинг веб-сервера, к которому люди, управляющие урожаем, могут получить доступ с других своих устройств (чтобы не приходилось доступ к raspberry pi напрямую все время).
Arduino UNO WiFi REV2 — 39,96 долларов США. Эти платы Arduino станут сердцем сенсорных станций и станций, выполняющих управляющие действия. Они будут снимать показания датчиков и отправлять их обратно на Raspberry Pi через сеть Wi-Fi. Когда я создаю самодельные решения такого типа, я обычно использую протокол MQTT для связи между Raspberry Pi и Arduino, по этой причине очень удобно, чтобы Arduino сами включали Wi-Fi, чтобы не нужно было тратить дополнительные деньги на WiFi. чипсы для них. С Arduino UNO WiFi REV2 у вас будут все необходимые подключения Wi-Fi, доступные с самого начала, с возможностью по-прежнему использовать все экраны, которые поддерживает Arduino UNO.
Whitebox labs Tentacle Shield — 127 долларов США. Этот шилд arduino предлагает вам возможность измерения нескольких различных датчиков в вашей гидропонной культуре. С помощью этого экрана вы можете подключить до 4 различных датчиков зондов Atlas, при этом все измерения должным образом электрически изолированы, что позволяет размещать все различные зонды в одном резервуаре.
Комплект Atlas pH – 164 доллара США. Это датчик датчика pH и плата EZO, которые необходимы для подключения датчика pH Atlas к щиту Whitebox labs Tentacle, показанному выше. Этот pH-зонд очень хорошего качества и обеспечивает хорошие показания, даже если зонд находится в погруженном состоянии в течение значительного периода времени. Я успешно использовал эти датчики для постоянного мониторинга резервуаров с рециркулирующим раствором, при этом датчики приходилось перекалибровывать каждые несколько месяцев, и до сих пор датчики не приходилось заменять. Однако, если вам нужен датчик, способный выдерживать большие дополнительные нагрузки, лучшим выбором может стать промышленный датчик pH Atlas. В комплект также входят растворы для калибровки, необходимые для настройки датчиков.
Комплект датчика проводимости Atlas EC – 239 долларов США. Он содержит необходимые материалы для подключения зонда EC к щиту Whitebox Tentacle. В комплект также входят все необходимые калибровочные растворы для настройки зонда, он аналогичен упомянутому выше набору pH.
Плата расширения Gravity IO для Arduino — 8,90 долларов США. Этот шилд предоставляет вам множество дополнительных возможностей ввода-вывода по принципу plug-and-play для ваших станций датчиков/управления Arduino UNO. Обычно я использую эти экраны, чтобы иметь возможность легко подключать цифровые/аналоговые датчики и реле от dfrobot. Это очень легко сделать и не требует использования какой-либо пайки или макетных плат. Когда вы сочетаете использование этих щитов с проектными коробками, вы можете придумать несколько очень надежных и практичных реализаций DIY, которые легко создать каждому.
Gravity Quad Motor Shield для Arduino — 14,90 долларов США. Как и выше, я обычно использую эти щиты как часть станций управления, где я буду использовать двигатели для выполнения действий по управлению. Этот экран может питать до 4 небольших двигателей постоянного тока, поэтому он идеально подходит для управления небольшими перистальтическими насосами, такими как те, которые мы обычно используем для перемещения небольшого количества концентрированных питательных растворов или растворов для повышения / понижения pH.
Датчики окружающей среды (температура, относительная влажность, барометрическое давление) BME280 – 15 долларов США. ТЭти датчики — мои любимые датчики для измерения температуры, влажности и атмосферного давления в гидропонных культурах. У них есть один из самых точных недорогих наборов микросхем для измерения влажности, и этот пакет DFRobot очень легко подключить к упомянутому выше экрану ввода-вывода DFRobot (просто подключите разъем к ряду цифровых входов!).
Аналоговый инфракрасный датчик углекислого газа – 58 долларов США. Эти датчики были моим идеальным решением, когда дело доходит до измерения концентрации углекислого газа. Они довольно точны и могут сказать вам, достаточно ли вы циркулируете воздуха или работает ли ваше обогащение углекислым газом должным образом. Обычно я оборудую по крайней мере одну из станций датчиков окружающей среды, которые я устанавливаю, одним из этих датчиков, чтобы я мог следить за средним уровнем углекислого газа в урожае.
Емкостный датчик влажности почвы – 14,90 долларов США. Когда мы измеряем содержание воды в гидропонных культурах, мы собираемся поместить датчик в контакт с высококоррозионными и проводящими питательными растворами, поэтому мы хотим избежать любых устройств для измерения содержания воды, которые используют проводимость. Этот емкостный датчик стал моим выбором датчика для измерения содержания воды, он действительно прост в использовании и калибровке и дает возможность контролировать несколько различных растений из-за его относительно низкой стоимости.
Датчик внешней освещенности – 2,60 доллара США. Эти очень недорогие датчики отлично подходят для определения того, действительно ли свет включен или выключен на основе их входных данных. Они также могут дать вам приблизительное представление о том, насколько сильным является свет — если вы растете под солнцем — так что они могут помочь вам отследить, нужны ли тени. Есть, конечно, более совершенные датчики, но этот датчик справляется со своей задачей по очень низкой цене.
120В, 5А Реле – 2,60$. Эти реле — мой выбор, когда мне приходится включать и выключать маломощные приборы в гидропонной установке. Они отлично подходят для управления такими вещами, как вентиляторы и небольшие источники света. Если вы хотите управлять большими лампами, я бы посоветовал вам использовать реле на 16 А, которые могут работать с гораздо большими токами. Как и в случае с предыдущими датчиками/элементами управления, которые мы обсуждали, эти реле можно легко подключить к плате Gravity IO Shield, что позволяет легко создавать релейные станции управления.
Выше приведены некоторые элементы, которые я обычно использую при выращивании на гидропонике для систематического мониторинга/контроля. Хотя некоторые из них, такие как датчики и платы pH/EC, можно заменить более дешевыми аналогами, я предпочитаю использовать более дорогие детали с лучшей электрической изоляцией и свойствами. Тем не менее, очень крутая и полезная установка датчика может быть построена с помощью всего лишь Arduino, Raspberry Pi, гравитационного экрана ввода-вывода и набора датчиков окружающей среды. Конечно, вышеприведенная конфигурация дает наибольшую гибкость, но возможны и значительно более дешевые альтернативы, если нужно построить очень специфические станции или если желательно использовать очень специфические конфигурации датчиков (таким образом, не будут использоваться гравитационные экраны, а датчики будут просто припаяны). где нужно).
