自動(dòng)澆水系統(tǒng)開源

描述

夏季，您的花園或后院需要經(jīng)常澆水，尤其是在澳大利亞。為了確保它定期發(fā)生，我決定設(shè)計(jì)這樣一個(gè)澆水系統(tǒng)。

功能說(shuō)明

該項(xiàng)目最多由四個(gè)閥門組成，最多可以控制 3 個(gè)灑水器或其他類型的澆水裝置。它使用一個(gè)額外的閥門來(lái)更好地抵抗閥門故障，并且如果您決定使用水流量傳感器，它還會(huì)執(zhí)行泄漏檢查。

這三個(gè)澆水裝置最多可以澆灌您花園的 3 個(gè)不同區(qū)域。它們被稱為區(qū)域 1、區(qū)域 2 和區(qū)域 3，您可以分別配置它們的持續(xù)時(shí)間（以分鐘為單位）以及每天開始澆水的時(shí)間。

有兩個(gè)按鈕和一個(gè)彩色 LED 來(lái)控制/顯示設(shè)備的狀態(tài)。紅色按鈕用于顯示和切換模式以及立即關(guān)閉澆水。黑色按鈕開始澆水，如果它已經(jīng)在運(yùn)行，則切換到下一個(gè)區(qū)域。

當(dāng)您在空閑模式下按下紅色按鈕時(shí)，它將首先在彩色 LED 上顯示當(dāng)前模式，然后在模式之間切換，如下所示：

• 模式關(guān)閉（顏色 LED 紅色）

• 模式開啟（彩色 LED 綠色）

• 模式關(guān)閉一次（顏色 LED 紫色）

如果您和客人坐在后院卻忘記關(guān)掉它怎么辦？出于這個(gè)原因，我添加了一個(gè)警告激活澆水裝置。

當(dāng)開始澆水時(shí)，會(huì)發(fā)生以下情況：

• 泄漏檢查（如果已激活）

• 打開區(qū)域 1 1 秒

• 暫停一分鐘（讓您在有客人時(shí)切換它..）

• 在給定的時(shí)間內(nèi)開始給區(qū)域 1 澆水（以分鐘為單位）

• 打開區(qū)域 2 1 秒

• 暫停一分鐘

• 在給定的時(shí)間內(nèi)開始給區(qū)域 2 澆水（以分鐘為單位）

• 打開區(qū)域 3 1 秒

• 暫停一分鐘

• 在給定的時(shí)間內(nèi)開始給區(qū)域 3 澆水（以分鐘為單位）

在此期間任何時(shí)候按紅色按鈕，澆水將立即停止，直到下一次預(yù)定的澆水才開始。如果按下黑色按鈕，它將切換到下一個(gè)區(qū)域。

軟件先決條件

為了安裝這個(gè)項(xiàng)目的草圖，你顯然需要在你的 PC 上安裝 Arduino IDE。組裝部分中的草圖和一些測(cè)試草圖也需要在 Arduino IDE 中安裝下面列出的庫(kù)。

推薦的安裝方法如下（適用于除 DS3232RTC 之外的所有設(shè)備）。

• 打開Arduino 軟件 (IDE)

• 菜單草圖->包含庫(kù)->管理庫(kù)...

• 在“過(guò)濾您的搜索...”的右上角，輸入庫(kù)的名稱

• 單擊它，然后單擊“安裝”

• 有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱手冊(cè)安裝其他 Arduino 庫(kù)

所需庫(kù)：

• 啟用中斷

• 深度睡眠調(diào)度器

• EEPROM磨損等級(jí)

• DS3232RTC（參見其安裝說(shuō)明）

電氣裝配

電氣部分主要由Arduino Uno、DS3231 RTC、MOSFET4板、彩色LED板和兩個(gè)按鈕組成。

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電氣概述

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如果您對(duì) Arduino 有經(jīng)驗(yàn)，請(qǐng)?zhí)^(guò)以下章節(jié)并根據(jù)上圖進(jìn)行組裝。

連接和測(cè)試 DS3231 RTC

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DS3231

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將手表電池放在 DS3231 RTC 板上并按照概覽圖所示進(jìn)行連接。連接如下：

• RTC PIN SDA = Arduino PIN A4 (SDA)

• RTC PIN SCL = Arduino PIN A5 (SCL

• RTC PIN SQW = Arduino PIN 8

• RTC PIN GND = 面包板 GND（也可以是任何用于測(cè)試的 Arduino GND）

• RTC PIN VCC = Breadboard VCC（5V，也可以是Arduino 5V進(jìn)行測(cè)試）

將以下草圖上傳到 Arduino Uno 以檢查 RTC 芯片是否連接正確。

#include     // http://github.com/JChristensen/DS3232RTC 
#include  // https://github.com/GreyGnome/EnableInterrupt 
#define SLEEP_MODE SLEEP_MODE_IDLE 
#include  // https://github.com/PRosenb/DeepSleepScheduler 
#define RTC_INT_PIN 8 
boolean alarmReceived = false; 
void setup() { 
 Serial.begin(9600); 
 Serial.println(F("Startup ------------")); 
 initRtc(); 
 setSyncProvider(RTC.get); 
 if (timeStatus() != timeSet) { 
   Serial.println(F("RTC not found")); 
 } else { 
   Serial.println(F("RTC found")); 
   Serial.println(F("Testing interrupt connection..")); 
   time_t rtcTime = now(); 
   unsigned int hours = hour(rtcTime); 
   unsigned int minutes = minute(rtcTime); 
   unsigned int seconds = second(rtcTime); 
   // trigger alarm in 5 seconds 
   seconds += 5; 
   if (seconds >= 60) { 
     seconds -= 60; 
     minutes++; 
   } 
   if (minutes >= 60) { 
     minutes -= 60; 
     hours++; 
   } 
   if (hours >= 24) { 
     hours -= 24; 
   } 
   Serial.print(F("Trigger alarm at RTC time ")); 
   Serial.print(hours); 
   Serial.print(F(":")); 
   Serial.print(minutes); 
   Serial.print(F(":")); 
   Serial.println(seconds); 
   RTC.setAlarm(ALM1_MATCH_MINUTES, seconds, minutes, hours, 0); 
   scheduler.scheduleDelayed(checkIfReceived, 10000); 
 } 
} 
void loop() { 
 scheduler.execute(); 
} 
inline void initRtc() { 
 RTC.alarmInterrupt(ALARM_1, true); 
 RTC.alarmInterrupt(ALARM_2, false); 
 // reset alarms if active 
 RTC.alarm(ALARM_1); 
 RTC.alarm(ALARM_2); 
 delay(1000); 
 pinMode(RTC_INT_PIN, INPUT_PULLUP); 
 enableInterrupt(RTC_INT_PIN, isrRtc, FALLING); 
} 
void checkIfReceived() { 
 if (!alarmReceived) { 
   Serial.println(F("Alarm not received, interrupt wire seams not okay.")); 
 } 
} 
void isrRtc() { 
 scheduler.schedule(rtcScheduled); 
} 
void rtcScheduled() { 
 alarmReceived = true; 
 Serial.println(F("Interrupt received, wire looks fine.")); 
 if (RTC.alarm(ALARM_1)) { 
   Serial.println(F("Alarm received, connection of RTC looks fine.")); 
 } else { 
   Serial.println(F("Alarm not received, something looks wrong with the RTC.")); 
 } 
} 

在 Arduino IDE 中單擊菜單工具->串行監(jiān)視器并檢查輸出。

連接并測(cè)試彩色 LED

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彩色 LED

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該項(xiàng)目中使用的 RGB 彩色 LED 板本身包含限流電阻（見上圖）。請(qǐng)確保您使用的那個(gè)也是這種情況，以防止損壞。如果沒有，則需要放置單獨(dú)的電阻器。

有不同的 RGB 顏色 LED。我在這個(gè)項(xiàng)目中使用的那個(gè)有一個(gè)標(biāo)有“GND”的 PIN。如果您使用一個(gè)帶有標(biāo)記為 + 的 PIN，則需要相應(yīng)地調(diào)整測(cè)試草圖和生產(chǎn)草圖（參見 Constants.h 中的 COLOR_LED_INVERTED）。

如概覽圖所示連接彩色 LED。連接如下：

• 彩色 LED G = Arduino A0

• 彩色 LED R = Arduino A1

• 彩色 LED B = Arduino A2

• 顏色 LED GND = 面包板 GND（也可以是任何 Arduino GND 進(jìn)行測(cè)試）

將以下草圖上傳到 Arduino Uno 以檢查彩色 LED 是否連接正確。

#define MODE_COLOR_GREEN_PIN A0 
#define MODE_COLOR_RED_PIN A1 
#define MODE_COLOR_BLUE_PIN A2 
void setup() { 
 Serial.begin(9600); 
 pinMode(MODE_COLOR_GREEN_PIN, OUTPUT); 
 digitalWrite(MODE_COLOR_GREEN_PIN, LOW); 
 pinMode(MODE_COLOR_RED_PIN, OUTPUT); 
 digitalWrite(MODE_COLOR_RED_PIN, LOW); 
 pinMode(MODE_COLOR_BLUE_PIN, OUTPUT); 
 digitalWrite(MODE_COLOR_BLUE_PIN, LOW); 
} 
void loop() { 
 Serial.println(F("green")); 
 digitalWrite(MODE_COLOR_GREEN_PIN, HIGH); 
 delay(1000); 
 digitalWrite(MODE_COLOR_GREEN_PIN, LOW); 
 Serial.println(F("red")); 
 digitalWrite(MODE_COLOR_RED_PIN, HIGH); 
 delay(1000); 
 digitalWrite(MODE_COLOR_RED_PIN, LOW); 
 Serial.println(F("blue")); 
 digitalWrite(MODE_COLOR_BLUE_PIN, HIGH); 
 delay(1000); 
 digitalWrite(MODE_COLOR_BLUE_PIN, LOW); 
} 

在 Arduino IDE 中單擊菜單工具->串行監(jiān)視器并觀察 LED 的顏色是否與控制臺(tái)上打印的顏色匹配。

連接和測(cè)試 MOSFET4

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MOSFET4

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MOSFET4 輸入

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該項(xiàng)目中使用的MOSFET4板包含 4 個(gè) IRF540 MOSFET，包括通過(guò) Arduino PIN 控制它們的所有必要部件。您還可以使用其他帶有單個(gè) IRF540 的 MOSFET 或電路板。

如概覽圖所示連接 MOSFET4 板。引腳 S 是左側(cè)引腳，引腳“-”是輸入連接器中的右側(cè)引腳，如上所示（MOSFET4 輸入）。中間的 PIN 是 + 我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中不需要的。連接如下。

• MOSFET4 CH1 S = Arduino 4

• MOSFET4 CH2 S = Arduino 5

• MOSFET4 CH3 S = Arduino 6

• MOSFET4 CH4 S = Arduino 7

• MOSFET4 CH1 - = 面包板 GND（也可以是任何用于測(cè)試的 Arduino GND）

將以下草圖上傳到 Arduino Uno 以檢查 MOSFET4 板是否連接正確。

#define VALVE1_PIN 4 
#define VALVE2_PIN 5 
#define VALVE3_PIN 6 
#define VALVE4_PIN 7 
void setup() { 
 Serial.begin(9600); 
 pinMode(VALVE1_PIN, OUTPUT); 
 pinMode(VALVE2_PIN, OUTPUT); 
 pinMode(VALVE3_PIN, OUTPUT); 
 pinMode(VALVE4_PIN, OUTPUT); 
} 
void loop() { 
 Serial.println(F("Valve 1")); 
 digitalWrite(VALVE1_PIN, HIGH); 
 delay(1000); 
 digitalWrite(VALVE1_PIN, LOW); 
 Serial.println(F("Valve 2")); 
 digitalWrite(VALVE2_PIN, HIGH); 
 delay(1000); 
 digitalWrite(VALVE2_PIN, LOW); 
 Serial.println(F("Valve 3")); 
 digitalWrite(VALVE3_PIN, HIGH); 
 delay(1000); 
 digitalWrite(VALVE3_PIN, LOW); 
 Serial.println(F("Valve 4")); 
 digitalWrite(VALVE4_PIN, HIGH); 
 delay(1000); 
 digitalWrite(VALVE4_PIN, LOW); 
} 

您應(yīng)該看到 MOSFET4 板上的 4 個(gè) LED 一個(gè)接一個(gè)地亮起。

連接和測(cè)試按鈕

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黑色防水按鈕

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如概覽圖所示連接黑色和紅色按鈕。連接如下：

• 黑色按鈕的任何 PIN = Arduino 10

• 黑色按鈕的其他 PIN = Breadboard GND（也可以是任何用于測(cè)試的 Arduino GND）

• 紅色按鈕的任何 PIN = Arduino 11

• 紅色按鈕的其他 PIN = Breadboard GND（也可以是任何用于測(cè)試的 Arduino GND）

將以下草圖上傳到 Arduino Uno 以檢查按鈕是否正確連接。

#include  // https://github.com/GreyGnome/EnableInterrupt 
#define START_AUTOMATIC_PIN 10 
#define MODE_PIN 11 
void setup() { 
 Serial.begin(9600); 
 pinMode(START_AUTOMATIC_PIN, INPUT_PULLUP); 
 enableInterrupt(START_AUTOMATIC_PIN, isrStartAutomatic, FALLING); 
 pinMode(MODE_PIN, INPUT_PULLUP); 
 enableInterrupt(MODE_PIN, isrMode, FALLING); 
} 
void loop() { 
 // empty 
} 
void isrStartAutomatic() { 
 // only done in test, do not println in interrupt in production sketch 
 Serial.println(F("black button")); 
} 
void isrMode() { 
 // only done in test, do not println in interrupt in production sketch 
 Serial.println(F("red button")); 
} 

在 Arduino IDE 中，單擊 Menu Tools->Serial Monitor 并觀察在單擊相應(yīng)按鈕時(shí)是否在控制臺(tái)上看到“黑色按鈕”和“紅色按鈕”。

完成電氣裝配

最后連接水流傳感器插頭和 12V 電源，但不要連接橙色線。

機(jī)械裝配

該項(xiàng)目的機(jī)械部分由連接器、水流傳感器、閥門和出口組成。建議將所有部件連接到至少第一個(gè)帶有螺紋而不是快速連接器的閥門。這意味著它的機(jī)械組裝方式如下。

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裝配概述

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水流量傳感器

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連接器 1/2"

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4路交叉耦合

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順序如下：

• 帶螺紋的花園水龍頭

• 從花園水龍頭螺紋到 1/2" 閥門的連接器

• 主閥：兩端 1/2" 外螺紋

• 從主閥到水表的連接器：兩端 1/2" 內(nèi)螺紋

• 水表：兩端 1/2" 公頭

• 4 路交叉聯(lián)軸器：所有螺紋 1/2" 內(nèi)螺紋

• 面積 1/2/3 閥門：兩端 1/2" 外螺紋

• 面積 1/2/3 螺紋接頭連接器：1/2" 內(nèi)螺紋到花園房屋的快速接頭

連接閥門/水流量傳感器：

• 主閥 = mosfet4 CH1（極性無(wú)關(guān)緊要）

• 區(qū)域 1 閥門 = mosfet4 CH2

• 區(qū)域 2 閥門 = mosfet4 CH3

• 區(qū)域 3 閥門 = mosfet4 CH4

• 水流傳感器 = 水流傳感器插頭，請(qǐng)參見水流傳感器說(shuō)明關(guān)于 VCC、GND 和信號(hào)線是什么線

將電氣部件安裝在適當(dāng)?shù)暮凶又小?/font>我推薦一個(gè)正面透明的，這樣可以看到內(nèi)部和彩色 LED。