Зеленые цифры

Введение

Данная статья, является пилотной в планируемом цикле публикаций, целиком посвященным вопросам применения компьютеров и микроэлектроники в деле выращивания растений и обеспечения надлежащего уровня безопасности и контроля над удаленными теплицами.

Описание проекта

Сам проект достаточно масштабен, но я попытаюсь коротко обрисовать то, что в идеале хотелось бы получить.

В общем, по моим представлениям, это компьютерная система для управления процессами внутри автономного и удаленного гроу-юнита ( growth – unit ), которая, сама по себе, не нуждается во вмешательстве человека (либо минимизирует такую необходимость) в процесс выращивания в палевном месте.

То есть, стремиться нужно к автономному модулю, который может сам вырастить качественный урожай без участия человека (например, наподобие разработок NASA и России для выращивания растений в космосе). Естественно, что на пути к конечной цели, промежуточные результаты несомненно окажут помощь в решении различных тактических и стратегических задач, стоящих перед high – tech гровером-урбанистом в условиях локальной криминализации некоторых видов земной растительной жизни.

К работе над проектом приглашаются все заинтересованные члены ОЛК.

Основными принципами проекта провозглашаются следующие три:

• дешевизна, доступность и стандартность используемых в проекте технических решений, будь то программное обеспечение, железо или технологии;
• покупка, изготовление и сборка всего требуемого оборудования не составит особого труда для умеющего мыслить человека, способного построить гроурум;
• программное обеспечение, управляющее системой должно быть бесплатным и c открытым кодом, под защитой лицензии типа GNU GPL .

Система должна соответственно включать в себя:

• сеть датчиков и устройств сбора входных данных, веб-камер;
• программное обеспечение для формирования ответных действий системы исходя из текущей динамики входных данных;
• исполнительные устройства (в большинстве своем стандартные), подключенные в управляемый программно релейный многоканальный коммутатор.

С внешним миром система будет сообщаться с помощью присоединенного к ПК мобильного телефона.

Сеть датчиков

Предлагается в качестве измерительной части проекта использовать однопроводную сеть датчиков по технологии 1- wire от американской фирмы dallas semiconductors. Эта перспективная разработка обладает следующими основными характеристиками:

• теоретическая возможность разворачивать разветвленные сети датчиков количеством до 300 штук, соединенных с помощью витой пары, с максимальной длиной линии до 300 метров;
• каждое устройство поддерживающее технологию 1- wire обладает уникальным серийным номером, поэтому проблем с идентификацией датчиков не возникнет;
• паразитное питание сети от 5 вольт COM – порта и чрезвычайно малое потребление энергии, так что датчики не требуют отдельного питания;
• имеющийся набор микросхем и развитое ПО от dallas semiconductors обеспечивают относительную простоту и дешевизну разработки и поддержки любого требуемого датчика.

Подробнее о технологии 1- wire Вы можете узнать посетив следующие ресурсы Сети:
elin.ru
ibutton.ru

Исполнительный блок

В качестве исполнительного блока, неплохо будет смотреться набор или скорее наборы NM 4413 от Мастер-Кит ( masterkit.ru ). Он обеспечивает релейное управление 4-мя сильноточными нагрузками мощностью до 1.2 кВт каждая с помощью 5 вольтового сигнала от LPT ( COM ) порта ПК. Один LPT порт может управлять двумя такими устройствами (8 каналов) с помощью незамысловатого софта, поставляемого бесплатно тем же Мастер-Кит. Преимущества очевидны – дешевизна, доступность, простота сборки, 3 кВ развязка между сигнальной и силовой частью. Недостатки – LPT порт, который задействуется Windows при перезагрузке ПК.

Программное Обеспечение

Кое-что придется написать самим. Некоторые программы (например, управления ПК с помощью телефона, уже написаны. Я буду выкладывать ссылки на интересный софт по мере написания новых статей и развития проекта. В общем, здесь наиболее открытое поле для экспериментов.

Часть первая. Измеряем температуру

Начнем с самой простой по реализации части проекта – измерения температуры. Для этого нам понадобятся:

• ведущий сети 1- wire;
• несколько термодатчиков;
• столько же телефонных удлинителей с разъемами RJ – 11 («европейская» розетка с защелкой);
• разветвитель на несколько таких телефонных розеток для подключения датчиков;
• программа, которая будет считывать показания датчиков и сохранять все в компьютер.

Нужно отметить, что контроль одной только температуры даст нам возможность косвенно судить о таких событиях, как включение/выключение вентиляции, открытие двери в оранжерею, включение/выключение лампы (ламп) и т.д.

Итак, рассмотрим все элементы конструкции по порядку.

Ведущий сети 1- wire

В качестве ведущего сети датчиков, самое простое использовать адаптер DS9097E или DS9097, ценой около 8 долларов. Он не поддерживает удаленное программирование датчиков (датчики температуры не программируются), и обеспечивает возможность подключения до 64 устройств 1- wire и i – button с общей протяженностью линии не более 50 метров, что, в нашем случае, более чем достаточно. В 3 раза более дорогие модификации DS9097U, поддерживают уже линии до 300м с не более чем 300 устройствами, что уже запредельно, но схемотехника у этих адаптеров получше, а адаптер DS9097U-E25 поддерживает к тому же функцию программирования, так что выбор между 250 и 600 рублями остается за Вами.

Внешне, устройство выглядит так: 

Подробнее по ведущим сети, смотрите здесь: elin.ru.

Приобрести адаптер и другие датчики и компоненты 1-wire можно в одной из фирм, указанных на странице elin.ru. Для петербуржцев рекомендую ИТИС в 5 корпусе ЛЭТИ на Петроградке: itis.spb.ru.

Термодатчики

С термодатчиками проще, покупаем DS18B20 или DS18 S 20 в корпусе PAR (это обязательно!). Это такая маленькая черная цилиндрическая головка с тремя длинными ножками.

Цена одного датчика около 2.5 долларов. Разница между двумя приборами невелика, но DS 18 B 20 точнее. И тот и другой термодатчик представляют из себя «высокоточный цифровой термометр с однопроводным интерфейсом в стандарте MicroLAN?. Диапазон измеряемых температур от -55 ° C до +125 ° C. Абсолютная погрешность преобразования меньше 0,5 ° C «. Подробнее по датчикам, смотрите здесь: elin.ru.

Телефонные удлинители и разветвители

Для включения датчиков очень удобно пользоваться телефонным разветвителем на несколько RJ -11 разъемов по количеству датчиков. Мне попался разветвитель на 5 разъемов, который стоил полтора доллара. Для петербуржцев – это садоводческий рынок на Нарвской, первый закуток справа от входа на рынок. Выглядит он так:

Так же понадобятся телефонные удлинители ( RJ -11 – RJ -11 ) по одному на каждый датчик. Длину выбирайте сами, исходя из конкретной ситуации.

Программа

Ну и самое главное – софт. Большое везение, что dallas semiconductors снабжает все устройства наиподробнейшей документацией, парни разработали и поддерживают хорошо документированные среды разработки ПО для управления сетями датчиков. Поэтому, написание простых программ, типа приведенной ниже, заключается лишь в небольшой модификации исходного кода примеров, поставляемых вместе с библиотеками разработчика.

Итак, предлагается использовать программу от неизвестного финского студента под названием «L ä mp ö mittari ", что в переводе с языка наших северных соседей означает «термометр». Программа русифицирована и разобраться в ней не представляет труда. На сайте также есть ссылки на англоязычные ресурсы по теме. Программа, кроме измерения температуры, имеет функции тревожной сигнализации и может послать e – mail в случае выхода параметров за установленные пределы.

Качать отсюда: sunpoint.net.

Сборка системы

Для сборки Вам понадобится паяльник небольшой мощности, припой, кусачки, пинцет, кембрик по размеру телефонного кабеля (или изолента) и полчаса времени. Поработать придется только с датчиками. Цифровой камеры у меня своей нет, поэтому попробую донести суть при помощи Великого и Могучего.

Итак, берем удлинитель, откусываем разъем с одной из сторон, залуживаем два центральных провода (№3 и №4, см. схему внизу)), изолируем два остальных (они не используются) и продеваем кембрик. Далее, берем датчик и насаживаем его на провод таким образом, чтобы средняя ножка (Данные) располагалась с одной стороны плоского кабеля, а две других (Земля) – с обратной, а сам датчик являлся окончанием кабеля. При необходимости, ножки можно изогнуть кусачками или немного укоротить. Теперь нужно аккуратно припаять среднюю ножку датчика к проводу кабеля №4, а две других спаять вместе с проводом №3. Как правило, наши кабели четырехпроводные, так что провода №1 и №6 отсутствуют.

Старайтесь не перегреть датчик. Затем, аккуратно натяните кембрик на датчик, оставив торчащей только верхнюю часть. Вот и все. Если нет кембрика – можно имитировать его с помощью изоленты.

По образу и подобию паяем все остальные датчики.

Теперь все соединяем в сеть. Адаптер вставляем в свободный COM -порт, в него втыкаем разъем удлинителя, в удлинитель – датчики. Запускаем программу, указываем в настройках тип ведущего сети, место куда сохранять логи, переименовываем датчики по-человечески, да, собственно говоря, и все...

Можно поиграть с настройками программы и сделать все так, как Вам удобно. Сразу бросается в глаза невозможность работы ПО в режиме службы, то есть программа постоянно должна быть запущена как приложение.

В следующей статье, я расскажу как измерять влажность, температуру и освещенность «в одном флаконе».