Автоматический климат-контроль своими руками

Привет, сын Джа! Мир тебе! Некоторое время назад я написал вот этот текст про полноценную автоматизацию гидропоники «на коленке», который многим олдовым гроверам показался полезным, но уж очень заумным. Так что сейчас, мой юный падаван, я снижу планку и расскажу тебе, как своими руками сделать автоматический блок управления микроклиматом в боксе, потратив при этом не более $30 и почти не заморочив себе голову. 

Поскольку свой первый, чрезмерно навороченный проект я обозвал гордым именем «Робот-садовник», то это упрощенное устройство будет называться «Мой младший брат – дебил». Готовься, будет много картинок!

Что мы собираем?

Назначение блока: управление тремя приборами в боксе – вентилятором, обогревателем и увлажнителем - с помощью «умного удлинителя» под руководством самого дешевого и, при этом, очень надежного контроллера Ардуино.

Итак, нам понадобится:

• Контроллер Arduino Nano - $2
• Блок питания на 5 вольт - $2
• Датчик температуры/влажности DHT22 (микросхема AM2321) - $3
• Резистор на 1 кОм
• Модуль на 4 реле - $3
• Пластиковый кабель-канал 100x60 и две торцевых заглушки - $6
• 3 электрических розетки для скрытого монтажа с заземлением - $6
• Электрический кабель ПВС 3x1,5 и евровилка с землей - $2
• Ножовка, дрель, отвертка, паяльник, клеевой пистолет
• Компьютер под виндой или линуксом для настройки контроллера
• Относительно прямые руки

Где всё это покупать, расскажу в конце, если ты до туда дочитаешь, конечно :)

Как это собрать?

Начнем с самого простого – соберем блок розеток. Не хочу ограничивать твою фантазию, просто расскажу, как это сделал я. Отрезаем кусок кабель-канала с таким расчетом, чтобы разместить три розетки и все остальные потроха. Размечаем и вырезаем отверстия, прикручиваем розетки и переходим к подключению проводов.

Провода в электрокабеле обычно различаются по цветам. Ноль - синий, земля - желто-зеленый, фаза - коричневый. Ноль и землю разводим по соответствующим клеммам розеток, а фазу (коричневый) разводим на центральные контакты реле.

❗️ Часто у электриков-энтузиастов возникает желание забить на «землю». Я – сторонник теории естественного отбора, поэтому активно поддерживаю такие желания. Для не-энтузиастов  сообщаю: вентилятор – это прибор, особо хорошо накапливающий статические заряды, которым надо куда-то стекать. И лучше бы им стекать на землю, а не тебе в руку. Делай выводы.

У каждого реле – три силовых контакта. Центральный контакт – общий, а два по краям – нормально-замкнутый и нормально-разомкнутый. Нам нужно соединить нормально-разомкнутый контакт каждого реле с клеммой «фаза» на соответствующей розетке.

С электричеством на 220 вольт разобрались. Займемся питанием контроллера. Разбираем блок питания на 5 вольт. Провода, идущие к вилке, обрезаем и наращиваем. Подсоединяем к ближайшим клеммам фаза и ноль. Отрезаем штекер от низковольтового выхода и подсоединяем «плюс» (обычно по этому проводнику идет текстовая маркировка кабеля) к контактам [5V] на контроллере и модуле реле, а «минус» (обычно или без маркировки, или с маркировкой «-») соответственно, к контактам [Gnd]. Лучше проверить напряжение и полярность мультиметром, иначе устройства можно сжечь.

Теперь нужно подсоединить модуль реле к контроллеру. Тут всё просто:

[1] соединяем с [D2];
[2] соединяем с [D3];
[3] соединяем с [D4].

Всё, релейный модуль подключен. Внимательно смотри схему.

Теперь займемся датчиком температуры/влажности. У датчика четыре ножки, нам нужны только 3 из них. Крайний левый контакт цепляем к «плюсу» от блока питания. Второй слева (передача данных) – к [D12] на контроллере. Крайний правый контакт – к «минусу» на блоке питания.

Внимательно смотри схему! Для того, чтобы датчик нормально работал, обязательно нужно включить «подтягивающий» резистор на 1 кОм между [5V] и [D12].

Чтобы всё смотрелось аккуратно, подготовим заглушки. В одной сверлим отверстие для провода (я воспользовался сальником, купленным в элетротоварах), во второй вырезаем прямоугольное отверстие для датчика. Датчик вставляем и сажаем на клей, чтобы случайно не оторвался. По бокам сверлим маленькие отверстия под саморезы, чтобы зафиксировать конструкцию.

Полезный совет: ничего не крепи и не приклеивай на этом этапе, сначала добейся устойчивой работы системы. Иначе наверняка все придется разбирать, особенное, если ты уверенный в себе профессионал.

Как заставить это работать?

Теперь – самое интересное! В контроллер нужно загрузить прошивку. Для начала, скачай программу Arduino с сайта Arduino.cc и установи её. Запускаем программу и подсоединяем контроллер к компьютеру.

Делаем предварительные настройки программы – выбираем модель контроллера и порт, к которому он присоединен.

Устанавливаем необходимые для нашей прошивки библиотеки: DHT, Time и TimeAlarms. 

Заменяем всё содержимое окна на этот код:

f#include  // Подключаем библиотеку для работы с таймерами#include          // Подключаем библиотеку для работы с датчиками температуры/влажности на базе чипов AM23xx#define DHTPIN 12        // Цифровой пин, к которому подключен датчик тепрературы/влажности (12 = D12)#define DHTTYPE DHT22 // Модель датчика (AM2301 = DHT21, AM2302 и AM2321 = DHT22)// Релейные модули, в зависимости от модели, включаются либо высоким, либо низким уровнем на порте. Если розетки инвертированы, нужно поменять S_ON и S_OFF местами.#define S_ON 0 // Значение пина для ВКЛЮЧЕНИЯ розетки#define S_OFF 1 // Значение пина для ВЫКЛЮЧЕНИЯ розетки// Режим включения нагрузки#define NO_ACTION        0 // Значение датчика не учитывается#define IN_RANGE         1 // Включать нагрузку, когда значение В ПРЕДЕЛАХ диапазона#define OUT_RANGE        2 // Включать нагрузку, когда значение ВНЕ ПРЕДЕЛОВ ДИАПАЗОНА// Определяем структуру, в которой содержатся условия для подключения розетки.typedef struct RunCondition {int socketPin; // Пин, который управляет розеткойfloat tempBegin; // Температура. Начало диапазона.float tempEnd; // Температура. Конец диапазона.int tempMode;    // Режим включения нагрузки по температуреfloat humBegin; // Влажность. Начало диапазона.float humEnd;    // Влажность. Конец диапазона.int humMode;     // Режим включения нагрузки по влажности.};#define NUM_SOCKETS 3 // Количество розеток в системе// Определяем массив структур, определяющих условия для 3-х розеток (нумерация с 0 по 2)RunCondition sockets[NUM_SOCKETS] = {{2,       // Розетка №1: Приточный вентилятор. Управляющий пин - D2.30.0,    // Минимальная температура100.0, // Максимальная температураIN_RANGE, // Вентилятор включается, если температура более 30 градусов и менее 100.0.0,0.0,NO_ACTION // Влажность не учитывается},{3,       // Розетка №2: Обогреватель. Управляющий пин - D3.-50.0, // Минимальная температура16.0,    // Максимальная температураIN_RANGE, // Обогреватель включается, если температура больше -50 и меньше 16 градусов0.0,0.0,NO_ACTION // Влажность не учитывается},{4,       // Розетка №3: Увлажнитель. Управляющий пин - D4.20.0,    // Минимальная температура100.0, // Максимальная температураIN_RANGE, // Увлажнитель включается только если температура в диапазоне от 20 до 60 градусов0.0,     // Минимальная влажность (в %)50.0,    // Максимальная влажностьIN_RANGE // Увлажнитель включается, если влажность в диапазоне от 0% до 50%}};int socketStatus[NUM_SOCKETS]; // Определяем массив переменных, в которых хранится текущее состояние розеток. S_OFF - выключено, S_ON - включено.DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); // Создаем объект для работы с датчиком// Определяем глобальные переменные, в которых будем хранить показания датчиковfloat temp = 0;float hum = 0;void setSockets() {// Эта функция устанавливает состояние розетокfor (int i = 0; i < NUM_SOCKETS; i++) {// Перебираем все определенные ранее розетки, устанавливая для них соответствующий статусdigitalWrite(sockets[i].socketPin, socketStatus[i]);}}void printSensors() {// Эта функция выводит в консоль состояние датчиков для помощи при отладке.Serial.print("[ >> ] Temperature: "); Serial.print(temp); Serial.print(" C;\tHumidity: "); Serial.print(hum); Serial.println("%");}void setup() {// Эта функция выполняется один раз при включении контроллера.Serial.begin(115200); // Подключаем COM-порт для вывода информации из контроллера.Serial.println("WeedLife Air Controller Lite v.1.0");dht.begin(); // Инициализируем датчик температуры/влажности.for (int i = 0; i < NUM_SOCKETS; i++) {socketStatus[i] = S_OFF; // Устанавливаем розетку в ВЫКЛЮЧЕНО по умолчаниюpinMode(sockets[i].socketPin, OUTPUT); // Переключаем управляющие пины всех определенных ранее розеток в режим "выход"}setSockets(); // Переводим розетки в состояние по умолчаниюAlarm.timerRepeat(5, printSensors); // Включаем таймер для запуска функции printSensors каждые 5 секунд.}void loop() {// Эта функция выполняется по бесконечному кругу. Здесь мы будем проверять показания датчиков и управлять нагрузками.Alarm.delay(1000); // Вносим задержку в 1 секунду, чтобы датчик успел передать предыдущие данныеtemp = dht.readTemperature(); // Получаем текущую температуруhum = dht.readHumidity(); // Получаем текущую влажностьif (isnan(temp) || isnan(hum)) {// Что-то пошло не так, потому что данные с датчика не поступают! Отключаем все нагрузки и возвращаемся в начало!for (int i = 0; i < NUM_SOCKETS; i++) socketStatus[i] = S_OFF;setSockets();Serial.println("[FAIL] Can't read sensor data! Turn everithing OFF!");return;}// Теперь сравним полученные данные с условиями, заданными для каждой розеткиfor (int s = 0; s < NUM_SOCKETS; s++) {// Проверяем условия для включения розетки по датчику температурыint tempStatus = S_OFF;switch (sockets[s].tempMode) {         case NO_ACTION:         tempStatus = S_ON;         break;         case IN_RANGE:         if ((temp >= sockets[s].tempBegin) && (temp <= sockets[s].tempEnd)) tempStatus = S_ON;         break;         case OUT_RANGE:         if ((temp <= sockets[s].tempBegin) || (temp >= sockets[s].tempEnd)) tempStatus = S_ON;         break; }// Проверяем условия для включения розетки по датчику влажностиint humStatus = S_OFF;switch (sockets[s].humMode) {         case NO_ACTION:         humStatus = S_ON;         break;         case IN_RANGE:         if ((hum >= sockets[s].humBegin) && (hum <= sockets[s].humEnd)) humStatus = S_ON;         break;         case OUT_RANGE:         if ((hum <= sockets[s].humBegin) || (hum >= sockets[s].humEnd)) humStatus = S_ON;         break; }// Объединяем оба результата в один новый статус розеткиint newStatus = S_OFF;if ((tempStatus == S_ON) && (humStatus == S_ON)) newStatus = S_ON;if (socketStatus[s] != newStatus) {         // Статус розетки изменился! Отправим сообщение об этом в консоль и установим новое значение.         Serial.print("[ OK ] Socket #"); Serial.print(s); Serial.print(" status has changed to "); Serial.println(newStatus);         socketStatus[s] = newStatus;}// Обновляем статусы розетокsetSockets();}// Конец функции loop. Сейчас контроллер запустит ее снова.}

Специально для новичков в программировании я снабдил код очень подробными комментариями. Если тебе захочется что-то изменить или добавить – дерзай!

В первую очередь, нас интересует фрагмент кода, где задаются условия для включения розеток (выделен желтым цветом). Измени эти значения по своему усмотрению.

Прошивка загружается в контроллер нажатием на кнопку [Upload] на панели быстрого запуска. Если всё прошло хорошо, в строке состояния появится сообщение «Done uploading».

Сразу после загрузки контроллер начнет работу с новой прошивкой. Чтобы посмотреть ход выполнения программы, выбери в меню [Tools] -> [Serial Monitor].  Если в окошке монитора ничего не отображается или сыплется «мусор», проверь скорость com-порта – нужно выбрать 115200.

Прежде чем отключать контроллер от компьютера и приступать к сборке, погоняй систему в тестовом режиме. Чтобы повысить температуру и влажность, можно несколько раз выдохнуть прямо в сенсор. Если хочешь повысить температуру, не повышая влажность, воспользуйся феном для волос. Чтобы охладить датчик, поможет лёд из морозилки.

Если контроллер четко выполняет инструкции (а куда он, гад, денется?), можно приступать к окончательной сборке. Аккуратно запихиваем все платы в корпус. В идеале, чтобы ничего не болталось, нужно прихватить платы клеевым пистолетом или посадить на двухсторонний скотч.

Советы бывалых

Известно, что электроника – наука о контактах. Так что, если что-то не работает, значит, или не контачит, или замкнуло. Так что все советы – по этой теме:

• Собери всю схему на столе с помощью перемычек, и заставь её работать, ПРЕЖДЕ, чем браться за паяльник и запихивать все потроха в корпус.
• Когда отладил работу на перемычках – бери паяльник. Только не любимый дедулин паяльник на 200 ватт и размером с ментовский дубинал, а маленький, ватт на 30, чтобы температура жала была не больше 300 градусов. Соответственно, припой (олово) должен быть тоже легкоплавким. Иначе рискуешь спалить всю нежную электронику. Если никогда до этого не паял – посмотри ролики на Ютубе, как это правильно делать.
• Открытые контакты нужно изолировать. Конечно, покатит и изолента, но намного удобнее пользоваться термоусаживающимеся трубками. Спроси на радиорынке или в магазе радиодеталей.
• Пользуй мультиметр для проверки напряжения и полярности.

Развитие системы

Если ты внимательно посмотрел на код и попытался в нем разобраться, ты наверняка заметил, что я не стал в нем фиксировать количество розеток, которыми можно управлять. Фактически, количество управляемых розеток на контроллере Nano может быть до 10 штук – по количеству свободных цифровых выходов D2…D11. Добавь еще один релейный модуль на 8 реле, поставь блок питания помощнее, и вперед!

Следующая логичная вещь – подключить к контроллеру LCD экран и выводить на него всякую полезную инфу. Экранов для Ардуино продается немеряно, так что ничего невозможного нет.

Ну и почитай мой репорт про автоматизацию гидры. Контроллер там используется из этой же серии, только программирование немного сложнее. В общем, добро пожаловать в мир микроконтроллеров!

Где брать детали?

Розетки, кабель-канал, вилку, провод и блок питания я купил в ближайших элетротоварах. Вообще, у гроувера со стажем, как правило, найдется всё это барахло в кладовке :)Контроллер, блок реле и датчик я купил на сайте Aliexpress. Правильные названия для поиска такие:

• Arduino Nano 3.0 ATmega328
• 5V 4 Channel Relay Module
• DHT22 Module AM2302

Если по почте заказывать не хочешь или не можешь, или просто впадлу ждать посылку три недели, обратись к местным реселлерам, ищутся по словам «Arduino купить дешево в Мухосранске». Продадут тебе всё, что надо, но раза в 1.5 – 2 дороже, естественно. Хотя суммы всё равно копеечные.

Всё, пионеры, я устал! Пойду придумывать, чем вас удивить в следующий раз. СЛАВА РОБОТАМ!

🔥 Канал конкурса статей «Автор, Жги!»: @burnwriter

😈 Чат: @burnwriters

🌝 Организаторы: @NutrientsVersus и @dzagiofficial

Конкурс проходит при поддержке спонсоров:

• Надежный сид-шоп EuroSeeds (@Euroseeds_shop) предоставит сертификаты на 3 000 р. для трех авторов лучших работ.
• Отечественный производитель удобрений Plantators (@sektaplantators) предоставит аналогичный сертификат для трех авторов лучших работ.
• Молодой, но уже завоевавший доверие сид-банк IZI (@IZI_seedbank) предоставит пачки из 7 орехов Auto Gelato genetics авторам лучших работ на дополнительные темы.

Читай также:

• Умный автополив на базе модулей Arduino
• Стройрепорт системника Chieftec на базе контроллера Аrduino
• Простой GrowBox из системника
• Скрытая гидропоника в комоде