modul de udare automata a florilor

articol recuperat si postat pe arduinotehniq.com in 01.2016

Modul de udare automata a florilor
din ghivece

* initiere articol in 12.06.2012, Craiova

In cartea Automatica recreativa... la domiciuliu - cu 33 constructii comentate scrisa de St. Alexandru si T. Gheorghisan, aparuta la Editura Tehnica - Bucuresti, in anul 1974 este un articol despre un automat pentru udat florile.

Schema automatului este:

Fig.10.4.Automat pentru udat florile
a - schema electrica de alimentare, amplificare si pozitionare a traductoarelor
b - traductorul de umiditate
c - vedere generala a montajului.
       Instalatia se compune din patru parti: traductorul de umiditate, amplificatorul, elementul de executie si blocul de alimentare. Schema electrica si traductorul de umiditate sunt prezentate in figura 10.4.a.
       Traductorul de uniditate este constituit din doua tije metalice (aluminiu sau otel) cu diametrul de 3mm, ascutite la unul din capete si filetate la celalalt. Aceste tije sunt fixate pe un suport izolator (bachelita, textolit, stiplex) conform figurii 10.4.b. Lungimea tijelor se alege functie de adancimea glastrei cu flori.
       O portiune din lungimea tijelor, incepand de la suportul izolator, se va izola prin introducerea fortata intr-un tub de PVC, astfel incat, de la partea ascutita, o lungime de circa 50mm sa ramanana neacoperita. Distanta intre tije va fi de circa 40mm.
       Amplificatorul, construit cu tranzistoare cu siliciu tip npn, este de maxima simplitate. Polarizarea pozitiva a primului tranzistor duce la deschiderea lui, iar semnalul amplificat trece din emitorul acestuia la bazacelui de-al doilea tranzistor, unde se obtine o amplificare si mai mare, suficienta pentru deschiderea celui de-al treilea tranzistor, care are intercalat in circuitul de colector releul R. Perechea de contacte a releului, legata in serie in circuitul pompei de apa, este normal inchisa. Protejarea jonctiunii ultimului tranzistor la tensiunea de autoinductie generata de releu in regim de comutatie se face cu dioda conectata in paralel cu bobina releului.
       Elementiul de executie il constituie motorul, care actioneaza o pompa de apa de diverse tipuri, functie de debitul si presiunea apei necesare pentru fiecare caz in parte. Se indica pompa de apa cu vibrator folosita la constructia artezienelor de camera, care se gasesc in comert.
       Blocul de alimentare este constituit ditr-un transformator capabil sa debiteze o tensiune de 8V si un curent de 0,2A (se poate folosi cu succes un transformator de sonerie), o punte redresoare si un condensator electrolitic de filtraj. In circuitul infasurarii primare a transformatorului s-a prevazut o siguranta de protectie si un intrerupator de pornire-oprire.
       Blocul de alimentare si amplificatorul se vor monta pe o placa de textolit si se vor inchide intr-o cutie prevazuta cu gauri de aerisire practicate deasupra locului unde este amplasat transformatorul.
       Legaturile electrice intre transformator si retea, intre traductor si amplificator si intre contactele releului si pompa de apa se vor executa cu cablu bifilar izolat.

Eu m-am gandit la o schema in care sa folosesc un integrat CMOS de tipul MMC4093, CD4093, care contine 4 porti inversoane trigger Schmitt:

       Am realizat o simulare a functionarii cu ajutorului programului Livewire, numita over and undervoltage cutoff from electronicsforu:

       O simulare a functionarii cu ajutorului programului Crocodile Technology, numita automatic relay for watering flowers ver1 3D:

       Simplificand schema propusa de mine, avem schema:
niq_ro

La intrarea trigger-ului Schmitt avem o tensiune variabila, datorita divizorului rezistiv:
niq_ro

Pentru un trigger Schmitt cu inversor caracteristica intrare-iesire este urmatoarea:
niq_ro

       Cand semnalul la intrare are valoare mai mica decat V_t+, iesirea portii este in 1 logic, dupa depasirea acestui prag iesirea trece in 0 logic, revenind la 1 logic abia dupa ce valoarea tensiunii de la intrare scade sub V_t-.
       Conform cartii Circuite integrate CMOS - Manual de utilizare (Ed. Tehnica, 1986) la portile logice realizate cu tehnologia CMOS, V_t+ garantat este de 70% din tensiunea de alimentare, respectiv Vt- este 30%.
       Seriile CD4093, de exemplu au (conform fisei de catalog), functie de tensiunea de alimentare, o variatie a acestor praguri (vedeti si articolul numit Experimente cu CMOS-ul 4093 . Am extras valorile medii prezentate acolo si a rezultat:
niq_ro

Considerand ca rezistenta intre 2 tije metalice infipte in pamantul ud din ghiveci este de 5kohmi, respectiv mai mare de 300kohmi la sol uscat (valori gasite in materialul C.H.A.R.L.I.E. v2 - Computerized Houseplant Anomaly Reporting, Logging and Irrigation Equipment ), vom avea urmatoarele ecuatii, pentru valorile din cartea Circuite integrate CMOS - Manual de utilizare:
niq_ro

Pentru un CD4093 vom avea urmatoarele rezultate:
niq_ro

Valoarea rezistentei "solului uscat" nu este foarte crescuta, deci plantele o sa aiba solul umed.. oricum a fost prevazut un potentiometru din care se poate regla plaja de umiditate in sol dorita.

Cautand prin "cutiile cu maimute" am descoperit carcasa, cu partea de alimentare si montajul pentru protectie pompa la lipsa apei la sorb:

Partea de alimentare este complet functionala, fiind realizata dupa schema:
niq_ro

Mai pot folosi si releul partea cu mufele de alimentare, etc...
Am completat schema cu releul (asa pot folosi functie de pompa gasita si cu alimentare la 12V sau la 230V):

Am reusit sa asamblez modulul, care il voi folosi cu o parte din placa existenta din care folosesc alimentatorul (transformatorul, partea de redresare si stabilizare) si releul.
niq_ro

       Am reluat testele si am facut un filmulet (cu colaj) in care se vede ca pragul de actionare jos este de 4,85V (42%), iar cel de actionare sus la 5,85V (51%) pentru o tensiune de alimentare de 11,56V... valorile rezistentei corespunzatoare pragurilor care simuleaza sonda fiind de 10,4kohmi, respectiv 15,6kohmi.
       Filmuletul se numeste test1_modul_udare_automate_flori:

       In loc de pompita de stergator, care va necesita un transformator de retea mai mare, fata de cel care-l am acum, se mai poate folosi o pompa de evacuare apa sau electrovalva de la o masina de spalat, care sunt alimentate la 220V.

* completare articol in 25.08.2012, Craiova

Am reusit sa fac (cu manutele dibace ale unor colegi de servici) o sonda cu 2 tije din inox (un electrod de 3,25mm taiat in 2, la cele 2 tije obtinute sunt sudate la capete niste suruburi M3, iar in partea opusa sunt ascutite) si izolate intre ele cu cauciuc si banda izolatoare:

* completare articol in 16.09.2012, Craiova

Dupa niste teste (sonda intr-un ghiveci si masurand rezistenta), a constata ca la peste 5k pamantul devine uscat, iar la 10k este uscat devenind praf, iar sub 2k este umed (la 0,5..1k este ud), am redimensionat valorile din divizorul de la intrare si cu ajutorul unei porti din 4093 am realizat un oscilator cu factor de umplere variabil (PWM) pentru a se obtine o indicatie stroboscopica cand umiditatea este scazuta... deoarece atrage atentia mult mai usor decat un LED aprins permanent.
Schema a devenit:

Cu ajutorului programului EAGLE am redesenagt schema, pentru a obtine un cablaj cat mai usor de realizat:

Pentru a realiza cablajul, va pun la dispozitie 2 variante:
- cablaj pentru metoda clasica care se poate realiza ca in articolul: Cum facem un cablaj
- cablaj pentru "metoda transferului" care se poate realiza ca in articolul: Cum facem un cablaj (II)

O simulare a functionarii cu ajutorului programului Livewire, numita automatic relay for watering flowers ver1.2:

* completare articol in 20.09.2012, Craiova

Testele mentionate mai sus au fost facute pe parcusul a 2-3 saptamani, pentru a verifica daca masuratorile se incadreaza intre anumite limite:

* completare articol in 28.09.2012, Craiova

Am reluat testele, cu sonda cuplata la modul, dupa ce am schimbat rezistanta de 10k inseriata cu semireglabilul de 220k cu una de 1k pentru noile valori masurate ale rezistentei pamantului din ghiveci.
Schema de test a devenit urmatoarea:

Modulul aprinde LED-ul albastru cand rezistenta pamantului este prea mare (pamant uscat), in rest este aprins doar un LED verde care indica alimentarea modulului.
niq_ro

Un filmulet cu modul de functionare este postat pe net si se numeste test 2 modul udare automata flori:

* completare articol in 01.10.2012, Craiova

Am alimentat montajul si am urmarit tensiunea pe sonda, dupa ce am udat ghiveciul cand aveam 0,8V pe sonda, iar la final cand s-a aprins LED-ul albastru 6,8V, cand ar trebui sa porneasca pompa (din pacate, nu am poze la inceput si la final):

* completare articol in 04.10.2012, Craiova

Pentru a completa experimentul, am facut rost de o pompa de apa care echipa autoturismele Dacia 1300 si care se fabrica si acum de Electroarges. Din pacate ea nu a fost folosita de mult timp si depozitata in conditii necorespunzatoare, asa ca a trebuit sa fie desfacuta, curatata, unsa, etc.

Imediat dupa ce a fost reconditionata, consumul era, in gol si in sarcina (cu apa si furtune de 0,5m), de cca. 0,6A, alimentarea facand-o cu sursa realizata cu LM317 si tranzistor de putere (vezi articolul LM317). Ulterior curentul consumat a crescut la 0,8..1A, dupa care motorasul s-a blocat deoarece s-a rupt o paletuta.

In fisa de date a producatorului caracteristicile pompei sunt:
niq_ro

- tensiune nominala: 12Vcc
- curent absorbit: max. 2,9A (functionare normala) si max. 4,0A (duze blocate)
- debit prin 2 duze 0,8mm: min. 7cmc/s
- presiune la debit nul (duze blocate): min. 2 atm
- masa neta: 0,19kg

* completare articol in 12.10.2012, Craiova

Un coleg mi-a adus o alta pompita si am refacut testele: la mers in gol si cu furtunele de cca. 0,5m la tras dintr-o sticla consumul e mic, de 0,7..0,8A la o alimewntare cu 14,1V.

* completare articol in 14.10.2012, Craiova

Am reusit sa fixez placuta montajului in carcasa si sa fac teste fara si cu pompa cuplata (contactele releulului cupleaza alimentatorul realizat cu LM317, care la randul lui porneste pompa).