Самодельный автомат для полива комнатных растений

Самодельный автомат для полива комнатных растений

В статье описана конструкция простого самодельного автомата для полива комнатных растений и его усовершенствованного варианта. Отличие данной конструкции от подобных самоделок, описанных в сети, состоит в том, что этот автомат был действительно построен и успешно прошёл «ходовые» испытания.

Я мало верю в то, что кто-нибудь отважится повторить данную конструкцию, но отдельные узлы этой поливальной машины могут заинтересовать самодельщика. https://oldoctober.com/

Самые интересные ролики на Youtube

Близкие темы.

Самодельный датчик влажности почвы для автоматической поливальной установки.

Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки?

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

Оглавление.

1. Пролог.
2. Техническое задание.
3. Размышления.
4. Насос.
5. Электрическая схема простого автомата для полива растений.
6. Электрическая схема усовершенствованного автомата полива растений.
7. Импульсный источник питания.
8. Аварийная система защиты.
9. Водораспределительная система.
10. Блок управления.
11. Первый реальный опыт использования поливальной машины.
12. Мелкие подробности.
13. Дополнительные материалы.

Пролог.

Пришло лето и тем из нас, кто собирается отправиться в путешествие, так или иначе придётся организовать полив цветов в отсутствие хозяина. Многократно проведённые эксперименты с передачей ключей хорошим людям почему-то плохо отражаются на здоровье цветов. Но, это и не удивительно. Кому под силу, на протяжении месяца или двух, каждые три-четыре дня посещать вашу квартиру и поливать цветы… за получение призрачного сувенира, привезённого из поездки.

Поиск готового автомата для полива растений в Интернете не увенчался успехом. Все эти автоматы, даже те, что стоят много больше 100$ при первом же пристальном рассмотрении перестают внушать доверие. Либо это просто убогие капиллярные системы, либо навороченные автоматы на микропроцессорах, но почему-то собранные в пластмассовых коробочках.

Что касается любительских конструкций, то я тоже просмотрел всё, что сумел найти в сети. К сожалению, мне не удалось найти ни одной конструкции заслуживающей внимания. Все они оказались больше похожими на плод воображения, перенесённый на бумагу. Одну из подобных схем я тоже «нарисовал» в голове, когда гулял по парку и обдумывал конструкцию. Я даже её смакетировал и подключил к датчикам.

Автомат отсчитывал заранее запрограммированное количество суток (ну как же без этого), отслеживал закат солнца, влажность почвы и управлял насосом.

Но, когда я стал подробно объяснять алгоритм работы этой схемы жене, то выяснилось, что машина должна уметь корректировать график полива не только в сторону опережения, но и в сторону отставания от графика, что полностью лишало смысла использование таймера. Собственно наличие суточного таймера в фабричных поливальных машинах и сбило меня поначалу с правильного пути.

И действительно. Если температура воздуха снизилась или возросла влажность, то поливать нужно реже, а если стало сухо и жарко, как в пекле, то чаще.

Получалось, что основным элементом автоматизации становится датчик влажности почвы, а вовсе не таймер. Но, почему же производители ширпотреба выбрали таймер? Может быть потому, что датчик влажности не смог обеспечить правильной оценки влажности почвы...

О том, как мне удалось изготовить реально работающий датчик влажности почвы подробно написано здесь.

Поливальную машину я собирал по заданию супруги. Она же и предложила первоначальное техническое задание.

Вернуться наверх к меню.

Техническое задание.

1. Максимальное время автономной работы – 6 месяцев*.
2. Промежуток времени между поливами – 3… 5 дней в зависимости от состояния почвы.
3. Количество воды, израсходованное за один полив – 0,5… 2 литра.
4. Время полива – вечерние часы.
5. Количество воды – индивидуально для каждого горшка.
6. Пожарнобезопасная конструкция.
7. Защита от протечек.

---------

* Должно хватить объёма воды в средней ванне, накрытой полиэтиленовой плёнкой.

Вернуться наверх к меню.

Размышления.

Сначала нужно было решить, как автоматизировать доставку воду к растениям. В промышленных поливальных установках для этих целей используется либо электромеханические клапаны, либо насосы.

Недостаток электромеханического клапана в том, что ему требуется некоторый напор воды. То есть, пришлось бы поднимать сосуды с водой выше уровня вазонов. Поднять же 50 или даже 150 литров воды сложно, да и опасно. Если клапан или водоподводящие трубки дадут течь, то весь запас воды окажется на полу и возможно не только на моём.

Подключить же оросительную систему к водопроводу нельзя по ряду причин.

Первая причина. Вода для полива не должна содержать хлора, то есть должна быть отстоянной.

Вторая причина и возможно даже более веская. При отъезде даже не несколько дней, входные водопроводные вентили следует перекрывать, так как это единственный способ снять с себя ответственность при прорыве труб.

Что же касается водяных насосов, то они умеют качать воду снизу вверх. При этом любая течь сможет проявить себя только в очень короткие промежутки времени, а именно тогда, когда происходит полив.

За считанные минуты, небольшая протечка воды вряд ли может нанести большой ущерб. Если же случится авария и насос не выключится, то намного проще разорвать цепь питания схемы управления насосом, чем перекрыть воду перед заклинившим электромеханическим клапаном.

Да, в плане перестраховки я мастак. Но, ведь одно серьёзное стихийное бедствие, вызванное протечкой, может заставить скромного дауншифтера устроиться на неинтересную работу.

Вернуться наверх к меню.

Насос.

В качестве помпы я решил выбрать насос центробежного типа. Это один из самых простых и надёжных насосов, который, тем не менее, может обеспечить подъём воды на большую высоту. Думаю понятно, что при такой схеме насос должен создать в трубе достаточное разряжение воздуха, чтобы поднять воду со дна резервуара.

Тут можно было бы применить погружной центробежный насос вроде того, что используется в омывателе стёкол автомобиля «Москвич» или «Жигули», но у таких насосов сравнительно небольшая глубина погружения, что не позволит, например, опустить его в обычное ведро с водой. Кроме того, на нашем авторынке подобный насос стоит очень дорого – около 10$.

Но, зато, почти в два раза дешевле можно купить центробежный насос от какой-нибудь иномарки. Я нашёл там новые насосы всего за 5 - 6$. Правда, меня смутило, что все они неразборные и какие-то уж очень китайские. Кроме этого, для крепления такого насоса пришлось бы изготовить хомут.

Но, мне повезло, и я купил б/у-шный насос от какого-то неизвестного автомобиля всего за 3,3$. Он, находясь в одном метре над поверхностью воды, поднимает литр воды на высоту в два метра, менее чем за одну минуту, даже если первоначально в шланге нет воды. Проще говоря, глубина используемого резервуара и положение вазонов с цветами ничем не ограничены, если Вы, конечно, живёте не в замке.

Для крепления насоса я применил одну из своих старых наработок, а именно самый большой канцелярский зажим.

Вернуться наверх к меню.

Электрическая схема простого автомата для полива растений.

В результате многоэтапного упрощения первоначальной схемы удалось построить логический блок всего на одной микросхеме К561ЛЕ5 (аналоги К176ЛЕ5, CD4001A).

R1, R2, R3 = 22,0 R4 = 12k R5 = 470k(Б,В) R6 = 30k R7 = 33k R8 = 22k R9 = 1,0 R10 = 6,2 R11 = 12k R12 = 10k R13, R14 = 1k

VD1 = ФД263 VD2 = КД510А VD3 = АЛ307Б VT1 = КТ3102 VT2 = КТ973Б C1, C3, C4 = 0,1 C2, C5 = 10,0 DD1 = К561ЛЕ5 (CD4001A) FU = 3A M = 12V 2,5-3A

Как это работает.

На элементах микросхемы DD1.1 и DD1.2 построен усилитель сигнала фотодатчика. Фотодиод VD1 и резистор R1 представляют собой делитель напряжения. Конденсатор C1 помехоподавляющий.

Когда освёщённость уменьшается, сопротивление фотодиода увеличивается и на выходе DD1.2 появляется высокий уровень. Резистор R2 создаёт необходимый гистерезис усилителю для обеспечения надёжного переключения. https://oldoctober.com/

В конце очередного светового дня на выходе DD1.2 появится положительный фронт импульса. Импульс проследует по цепи: выход DD1.2, VD2, R4, R5, C2, C4, вход DD1.3. Если влажность почвы снизилась до заранее установленного предела, то амплитуды вышеупомянутого импульса хватит для запуска одновибратора, который в свою очередь запустит насос.

Для того чтобы снова запустить насос, необходимо, чтобы были выполнены два условия. Первое – фотодатчик должен переключить выход DD1.2 с низкого уровня на высокий. Второе – сопротивление почвы должно быть достаточно высоко, чтобы обеспечить необходимую амплитуду импульса на входе DD1.3. Амплитуда этого импульса также зависит от положительной составляющей напряжения на входе DD1.3, которая определяется делителем напряжения на резисторах R7, R8.

На элементах DD1.3 и DD1.4 собран таймер насоса. Время работы насоса определяется постоянной времени R10 и C5. Транзисторы VT1 и VT2 – силовой ключ управления насосом. Хотя, транзистор VT2 (КТ973Б) составной, его коэффициент усиления по току (750 по справочнику) недостаточен для управления насосом, через который протекает ток 2,5… 3 Ампера, в зависимости от марки насоса.

3 : 750 ≈ 4(мА)

Максимальный же выходной ток микросхем серии К561 желательно ограничить 1-им миллиампером.

Назначение других элементов схемы.

C2, C4 – развязывают цепь электродов датчика по постоянному току.

Кроме этого, конденсатор C2 и резистор R3 выполняет функцию «защитного» таймера. Этот таймер в течение нескольких минут предотвратит ложный перезапуск насоса, если в ночное время фотодатчик будет освещён фейерверком или светом фар, проезжающего мимо автомобиля, а вода к тому времени ещё не успеет впитаться в почву.

На самом деле, более высока вероятность того, что, услышав звук работающего насоса, Вы захотите посмотреть, как происходит полив, и при этом включите свет.

C3 – помехозащитный.

R3 – разрядный для конденсатора C2.

R4, R11 – ограничивают выходной ток микросхемы.

R5 – позволяет отрегулировать амплитуду измерительного импульса.

R12 – запирает транзистор VT2.

Схема не нуждается в резервном источнике питания, так как в ней не используется суточный таймер. В случае если напряжение сети пропало, а влажность почвы ниже нормы, то автомат возобновит свою работу после появления напряжения сети перед очередным заходом солнца.

Но, данная схема, сложна в настройке, так как таймер насоса и «защитный» таймер не позволяют оперативно отслеживать величину влажности почвы.

Чтобы настроить схему приходится уменьшать резисторы R3 и R10, а затем прикрывать глазок фотодатчика, чтобы вызвать измерительный импульс. При этом ещё требуется отключить насос, чтобы он зря не качал воду.

Вернуться наверх к меню.

Электрическая схема усовершенствованного автомата полива растений.

R1*, R3, R4 = 22,0 R2, R7 = 100k R5 = 5,1 R6, R8 = 12k R9, R10, R15, R21, R22 = 1k R11 = 470k(Б,В) R12 = 30k R13 = 47k R14 = 24k R16 = 1,0M R17* = 6,2M R18-20 = 15k SA1 = МТ-3

VD1 = ФД263 VD2, VD3, VD4 = КД510А VD5 = АЛ307Б VT1, VT2, VT3 = КТ3102 VT4 = КТ973Б C1 = 0,22 C2, C4, C7 = 10,0 C3, C5, C6, C8 = 0,1 DD1,2 = К561ЛЕ5 (CD4001A) FU1 = 3A M1 = 12V 2,5-3A

Чтобы автоматом могла пользоваться любая дама, прочитав несколько строчек инструкции, схему пришлось существенно усовершенствовать.

Теперь для юстировки автомата достаточно вставить электроды датчика влажности почвы в горшок, почва которого уже требует полива, и установить резистор R11 в такое положение, при котором только-только начнёт мигать светодиод VD5. На этом настройка электронной части автомата может быть закончена. Шкала регулятора позволяет зафиксировать относительные значение влажности почвы на бумаге.

Как это работает?

При переключении переключателя SA1 в положение «Tuning», блокируется фотодатчик и схема запуска насоса, а также включается дополнительный генератор импульсов.

Импульсы измерительного генератора направляются через диод VD4 в то же самую измерительную цепь, которая управляет автоматом в рабочем режиме. Настройка производится по светодиодному индикатору VD5.

Для упрощения перехода в режим настройки, была изменена и схема «защитного» таймера за счёт добавления элемента DD1.3 и времязадающей цепи R5, C3.

Вернуться наверх к меню.

Импульсный источник питания.

R1 = 5E R2 = 560k R3, R6 = 43E R4, R7 = 22E R5, R8 = 1E R10 = 470E VD13-16 = КД510А VT1 = 13007 VT2 = 13007 IC1 = КР142ЕН8Б

C0, C3 = 0,47 C1, C2, C7 = 2,2n C4 = 22,0 C5 = 22n C6, C8 = 47n C9, C11 = 0,1 C10 = 10,0 C12 = 47,0 VD1-5, 7, 8 = 1007 VD6 = DB3BL VD17 = АЛ307В VD9-12 = КД226

Трансформатор TV2 намотан на кольцевом ферритовом сердечнике марки 2000НМ, типоразмера К28х16х9.

Обмотка I содержит 2 слоя провода Ø0,35мм, намотанных виток к витку.

Обмотка II содержит 17 витков провода Ø1,0мм.

Обмотка III содержит 23 витка провода Ø.23мм.

Для блока питания хотя и была разведена печатная плата, но основная часть деталей и электрическая схема были позаимствованы у электронного балласта сгоревшей люминесцентной лампочки (КЛЛ). Как доработать схему электронного балласта КЛЛ, подробно описано здесь.

Единственное существенное отличие представленной схемы в наличии настоящего входного фильтра на элементах C0-C3, DR1, который Вы вряд ли встретите в экономной лампочке. Детали фильтра использованы от старого телевизора 3УСЦТ. Фильтр можно упростить, оставив только конденсаторы С1 и С2, но нужно иметь в виду, что они должны быть на 5кВ. Эти конденсаторы через электросеть заземляют корпус и схему прибора по высокой частоте, что обеспечивает работу датчика влажности в условиях помех, создаваемых импульсным источником питания.

Вернуться наверх к меню.

Аварийная система защиты.

Для обеспечения пожарной безопасности, вся электрическая часть автомата заключена в стальной бесщелевой корпус, который стоит на карболитовых приборных ножках. Охлаждение происходит через металл корпуса. Питание подаётся через плавкую вставку.

В случае аварийного пролива воды поливальная машина снабжена абсолютно независимой схемой защиты, которая отключает основную часть электрической схемы от сети, разрывая таким образом и цепь питание насоса.

Эти меры могут показаться излишними, но когда в квартире под вами сделан ремонт, стоимость которого значительно превышает стоимость всей вашей квартиры…

Исполнительным элементом первоначальной схемы защиты было обычное электромагнитное реле, которое в случае аварии (пролива воды) выжигало сетевой предохранитель всей поливальной машины.

R1, R2 = 1M R3 = 22M R4 = 1k R5 = 15k C1 = 0,47 C2 = 1,0 C3 = 47,0 C4 = 1000,0

VD1-4 = КД510А VD2 = 15V VT1 = КТ3102Д DD1 = К561ЛЕ5 SA1 = МТ-3 FU1 = 1A Р1 = РПС20 (757) TV1 = вых. от ВЭФ-202

Однако замена предохранителя – тоже достаточно ответственная операция, которую не стоит доверять женщинам.

Посему, пришлось изменить схему и заменить обычное реле на поляризованное.

Это позволило возвращать поливальную машину в исходное состояние простым выключением и включением питания.

Как работает схема защиты?

Схема защиты питается от отдельного источника питания, что значительно увеличивает её надёжность.

При попадании воды на датчик пролива, схема коммутирует конденсатор C4 с одной из обмоток реле P1, которое и разрывает цепь импульсного источника питания. Если теперь отключить установку тумблером «Power», то энергия, запасённая в конденсаторе C4, будет направлена в другую обмотку реле P1, что вернёт установку к жизни.

Датчик пролива воды представляет собой полутораметровую полоску ткани, сшитую наподобие дамского пояса, который разделён пополам дополнительным швом. В образовавшиеся карманы вставлено два отдельных голых провода, которые подключены к схеме защиты. Защита срабатывает при попадании нескольких капель воды на любой участок этой ленты.

Вернуться наверх к меню.

Водораспределительная система.

Основой водраспределительной системы служат медицинские капельницы. Они потребовали минимальной доработки.

В частности, для выходных отверстий я использовал иглы и защитные колпачки от воздушных фильтров, которые шли в комплекте.

В колпачках пришлось просверлить по десятку отверстий.

Другим элементом конструкции является коллектор, который был изготовлен из отрезка латунной трубки.

Чтобы объединить все водоводы в одну систему, я просверлил в трубке отверстия под углом 45º, вставил в них иглы и запаял оловянным припоем.

Первоначально, я закрепил коллектор в отверстии пробки от пластиковой бутылки.

К сожалению, эта оросительная система успешно сработала только один раз.

Для повторного использования потребовалось удалить все образовавшиеся воздушные пробки из каждой капельницы.

Это подтвердило мои опасения относительно работоспособности фабричных систем орошения капиллярного типа. Будьте осторожны, покупая такие системы!

Поэтому пришлось отказаться от промежуточного резервуара и прикрутить основной шланг прямо к коллектору.

После этого поливальная машина наконец-то заработала как надо.

Вернуться наверх к меню.

Блок управления.

На печатной плате собраны: импульсный блок питания, фильтр питания, схема защиты и блок управления насосом.

Печатная плата соединена с элементами управления жгутом.

Корпус блока управления состоит из двух П-образных половинок, которые изготовлены из стали толщиной 1мм. Надписи фальшпанелей отпечатаны на обычной писчей бумаге и защищены целлулоидом толщиной 0,5мм.

На лицевой панели расположены:

Тумблер включения питания и сброса защиты.

Индикатор включения.

Регулятор чувствительности датчика влажности почвы.

Тумблер включения режима «Tuning».

Индикатор настройки и работы насоса.

На задней панели расположены:

Окошко фотодатчика.

Держатель плавкой вставки (предохранителя).

Гнездо подключения датчика пролива.

Гнездо подключения датчика влажности почвы.

Гнездо подключения насоса.

Гнездо подключения сетевого шнура.

Вернуться наверх к меню.

Первый реальный опыт использования поливальной машины.

Уезжая в отпуск на 21 день, мы сложили все горшки с цветами (кроме кактусов) на кухонный стол, повтыкали в каждый вазон по капельнице и включили машину.

Цифрами на картинке обозначены:

1. Блок управления.
2. Детектор датчика пролива воды (лежит на полу).
3. Коллектор (привязан к трубе центрального отопления).
4. Ведро с водой прикрытое полиэтиленовой плёнкой (стоит на полу).
5. Насос.

Конечно, делали это в последний день, а точнее, за несколько часов до отъезда. Не мудрено, что впопыхах я совершил массу ошибок.

По возвращении, обнаружили все цветы живыми, но влажность почвы была недостаточна высока. Причём, это касалось и горшка, в котором находился датчик влажности почвы.

Промерив сопротивление датчика, обнаружил, что оно соответствует тому сопротивлению, которое было выбрано во время тестирования, как пороговое. Проверка работоспособности машины также не выявила никаких отклонений. Проще говоря, машина работала правильно, но её настройка было неверна.

Проанализировав результаты, сразу же понял, какие критические ошибки я совершил. Конечно же, главная ошибка была в том, что я не учёл рекомендаций, которые сам давал в статье о датчике влажности.

А именно, при тестировании и автономной работе машины, датчик влажности был установлен в разные горшки, тогда как положение регулятора чувствительности осталось без изменений.

Кроме этого, в конце периода тестирования, я уменьшил порцию воды, выдаваемую насосом за один цикл, так как горшков оказалось чуть меньше, чем я думал и два самых прожорливых растения смогли получить по две капельницы. При уменьшении объёма воды, её стало не хватать для равномерной пропитки всей почвы, но так как датчик влажности находился как раз в эпицентре орошения, то он стал давать заниженные показания.

Но, как говорится, нет худа без добра. Последний эксперимент привёл меня к несколько парадоксальной мысли. Возможно, что использование индивидуальных датчиков влажности почвы для каждого горшка с соответствующим выделением определённого количества воды для каждого растения, вовсе не упростит настройку всей системы, а напротив, настолько её усложнит, что на эту настройку может понадобиться слишком много времени.

Может быть, использование индивидуальных нормированных датчиков индукционного типа могло бы решить эту задачу, но это уже явно за рамками бюджетных решений, так как один такой датчик может стоить больше 100$.

Вернуться наверх к меню.

Мелкие подробности.

• Приблизительный расчёт времени срабатывания таймера, собранного на КМОП микросхеме, можно сделать в уме.
  

  t = 0,7CR

  t – время в секундах, С – ёмкость в микрофарадах, R – сопротивление в мегомах.

  

  Время также зависит от величины утечки конденсатора. Если требуется использовать конденсаторы большой ёмкости, то лучше выбрать танталовые, а не обычные электролитические конденсаторы. Если используется печатная плата из стеклотекстолита, а вы живёте не в тропиках, то можно использовать резисторы до 100 мегом. Однако сопротивление утечки некоторых танталовых конденсаторов может быть соизмеримо с этой величиной.

  Минимальное сопротивление резистора нужно выбирать из расчёта максимально-допустимого выходного тока микросхемы – 1 килоом на 1 вольт питания.



• Количество воды перекаченное той или иной капельницей зависит от количества воздушных пробок оставшихся от последнего цикла и может отличаться на 20-30%.

  Кроме этого, количество перекачиваемой воды зависит от пропускной способности жидкостного фильтра и может варьироваться даже у капельниц одного и того же производителя. Капельницы из разных партий можно отличить по оттенкам трубок и других пластиковых деталей. Разглядывать нужно при дневном свете.



• В данной конструкции, для настройки автомата, использован потенциометр R11 с логарифмической характеристикой (Б). Можно использовать и потенциометр с характеристикой обратной логарифмической (В), тот, что используют для регуляторов громкости, но тогда шкалу придётся сделать обратной. То есть, чувствительность датчика влажности будет расти при повороте ручки против часовой стрелки.


• Первый же запуск автомата в автономном режиме дал протечку. Соскочила трубка со штуцера насоса. Пришлось сделать хомуты из проволоки.

Вернуться наверх к меню.

Дополнительные материалы.

Эта самоделка была собрана из всякого хлама, который удалось найти в моём сарае. Так, например, карболитовые ножки использованы от магнитофона «Айдас», разделительный трансформатор устройства защиты – от радиоприемника «ВЭФ 202», фильтр питания – от телевизора 3УСЦТ и т.д.

Поэтому, даже если кто-то вздумает построить нечто подобное, ему вряд ли пригодятся мои чертежи. Однако я их публикую, так как сам всегда интересуюсь чужими поделками и техническими решениями.

Скачать чертёжи печатной платы и некоторых деталей автомата для полива комнатных растений можно отсюда (185КБ).