Устройство автоматического полива растений

Каждый из нас давно привык к использованию всевозможных гаджетов, облегчающих жизнь: мобильники, всевозможные смарты и планшеты и т. д… В этой статье мы заменим вашу привычную лейку на технологичный девайс для полива цветов, который будет заботиться о вашем любимом комнатном растении даже если вы уехали в отпуск.

Устройство собрано на базе доступного микроконтроллера ATMEGA 8 L в дешевом корпусе TQFP32 и двигателе от жесткого диска компьютера (HDD) который можно достать из старого винчестера компьютера. Схема содержит минимальное количество деталей и может быть дополнена произвольным функционалом. Питается от двух Li-ion аккумуляторов типоразмера 18650, напряжением 3,7 Вольт, включенных последовательно.
Полив производится фиксированными порциями каждые 24 часа.
Единственная кнопка — это тест работы, после ее нажатия последующие поливы будут осуществляться ровно в то же время с точностью до секунды. (Просто включил и в отпуск, никаких настроек, так что, можно предложить как подарочный вариант, без лишних инструкций).

Особенности конструкции:

• работа от аккумуляторов несколько месяцев (низкое энергопотребление);
• очень точные дозировки полива и точные промежутки времени между поливами;
• не критичность схемы к деталям и их доступность;
• отсутствие движущихся токоведущих частей в моторе, и как следствие — долговечность и надежность при работе в воде;
• очень низкий уровень шума при работе двигателя;
• не требует никаких настроек (полив раз в сутки) со звуковым и световым сопровождением;
• защита от глубокого разряда батарей со звуковым предупреждением о необходимости заряда;
• автоотключение световой индикации в ночные часы.

Конструкция представляет собой помпу (насос) погруженный в вазу с трубкой для полива и небольшим блочком электроники, закрепленным на этой же вазе с водой.

Итак, для начала, приступим к изготовлению помпы.

Нам потребуется CD диск, пластиковая бутылка объемом 1,5 литра от молока (с широким горлышком, внутр. диаметр 33 мм.), супер клей, четырех жильный провод (я взял испорченный провод от зарядки айфона), три винта, шайбы и три гайки и кусок гибкой трубки.
У бутылки и отпиливаем горлышко ножовкой по металлу ровно по краю «юбочки» и ровняем получившийся отрез наждачной бумагой, напильником или бруском.

Таким образом мы готовим так называемую, рабочую камеру помпы.

Далее нам понадобится CD диск, его внутреннее отверстие ровно подходит по размерам к мотору, из диска мы будем делать крыльчатку.
Диск хорошо режется ножницами, и хорошо если он немного подогретый в горячей воде, чтобы не допустить растрескивания разрезаемой кромки.
Берем отпиленную часть от бутылки — нашу рабочую камеру и прикладываем ровно к центру диска той частью где была завинчивающаяся крышка. Очерчиваем маркером кружок и вырезаем обычными ножницами. Полученный диск будет не идеально ровным, но наждачкой можно поправить, главное чтобы диск с минимальным зазором мог помещаться внутри рабочей камеры.
Получилось колечко будущей крыльчатки.

Теперь нужно изготовить лопасти для «пропеллера». Для этого нужна будет половинка диска. Чертим маркером полоску шириной 7 мм и отрезаем ножницами.

Шкурим и ровняем ее.

Далее нарезаем на шесть равных частей по 13 мм, и изгибаем пассатижами с обоих сторон

Дальнейшая процедура потребует максимальной аккуратности, нужно по одной приклеивать лопасти супер клеем на равном расстоянии.
Обратите внимание, лопасти загнуты так чтобы они не загребали воду в отверстие камеры, а наоборот, как бы отбрасывали от центра к отверстию на краю. Мотор при этом будет вращаться только против часовой стрелки. Можно слегка зафиксировать капелькой, выровнять пинцетом и после небольшой просушки добавить клея в недостающие части.

Старайтесь избегать токсичных паров секундного клея. После чего можно просушить и покрыть лаком. У меня под рукой был только лак для ногтей, он достаточно износостойкий.

Затем понадобится кусок гибкого шланга, например я взял кусок от строительного жидкостного уровня.
Просверлить ровное отверстие в резьбовой поверхности горлышка не так просто, мне пришлось сначала потренироваться на паре бутылок, в итоге ровно проплавил паяльником и гладко зачистил изнутри чтобы лопасть не задевала за неровности.
Вставляем кусочек шланга отрезанного под небольшим углом с усилием в отверстие горлышка и фиксируем прозрачным клеем типа момента. Трубочка и отверстие камеры должны быть достаточного диаметра, около 8 мм. Желательно вставить трубку не под прямым углом к корпусу, а с учетом того что поток будет вращаться против часовой стрелки.

Для крепления трубки не желательно использовать супер клей, т.к. он при высыхании сильно портит поверхность пластика и корпус становится мутным, теряя прозрачность. Тут отлично подходит прозрачный герметик или клей мент на гелиевой основе.
Теперь остается собрать помпу, прикрепив камеру к мотору, отцентрировать чтобы обеспечить свободное вращение лопастей внутри, закрепить винтами, загерметизировать щели прозрачным герметиком и приклеить сверху прозрачную крышку с отверстием посередине 14 мм.

Напомню, что крыльчатка будет крутиться строго против часовой стрелки, это важно. Далее припаиваем четырех жильный провод к двигателю и покрываем пайку лаком, подпаиваем синий smd светодиод к одной из обмоток (через резистор 1 кОм), анодом к общему. Теперь при работе он мерцает под водой.
Несколько слов о двигателях от винчестеров.
Некоторые типы таких моторов при раскручивании ротора руками продолжают вращение в одну сторону заметно с лучшим скольжением чем в другую. То есть при попытке придать вращение по часовой стрелке ротор остановится почти сразу. Такие устройства имеют другую конструкцию подшипника и эти движки вероятно подходят для наших целей лучше. Хотя у меня оба типа работают в воде давно и отлично поживают.
Обмотки проверяются так. Двигатель должен быть с четырьмя контактами. Нам нужно найти один из крайних контактов который является средней точкой. Этот вывод будет подключаться к плюсу питания, остальные от него по порядку — первый, второй, третий — будут подключены к мосфетам. Тестером меряем сопротивление между всеми соседними контактами. Меньшее сопротивление будет показывать один из крайних контактов.
Это общий, его — на плюсовую шину. Провод крайне желательно зафиксировать на корпусе мотора, для этого можно просверлить пару миллиметровых отверстий и прижать этот шлейф медной скобочкой. Когда помпа готова на ее патрубок одевается изогнутый шланг внутренним диаметром не менее 8 мм. и длинной 20 см через который и будет осуществляться полив. Теперь можно изготовить печатную плату и спаять девайс.
Плата изготавливается из одностороннего стеклотекстолита методом ЛУТ.
Обращаю внимание, что картинка трассировки и компоновки печатной платы не отзеркалена для того чтобы проще было сверяться при монтаже. При печати ЛУТ нужно повернуть зеркально, либо использовать файл SprintLayout находящийся в архиве.

Плату также можно нарисовать лаком для ногтей таким образом:
Стержень от шариковой ручки греется (немного!) над пламенем зажигалки, равномерно поворачивая, и ровно вытягивая. Далее тонкий конец отрезается лезвием. Таким образом получается коническая трубочка с очень малым выходным отверстием. Ее можно вставить внутрь шприца объемом 1,5 куб см, и набрав предварительно обычный лак для ногтей рисовать дорожки печатных проводников на плате.
После высыхание плата опускается в травильный раствор. Это может быть смесь медного купороса с солью 1:3, и воды. Раствор готовится как можно более концентрированным Обязателен подогрев, например, над пламенем свечи. Процесс ускоряется при постоянном помешивании. Медный купорос продается в любом сельхозяйственном магазине.

Питание микроконтроллера осуществляется с помощью параметрического стабилизатора напряжения собранного на элементах D1, R7, Q1.
Номинал резистора выбран таким образом чтобы собственное потребление стабилизатора было как можно ниже. Гораздо ниже чем у так называемой «КРЕНки».
Такое схематическое решение позволило сократить потребление до 0,3 mA.
Это очень важно, т. к. от этого зависит длительность работы нашей конструкции без подзаряда аккумуляторов.
Транзистор Q1 — npn не критичен.
Стабилитрон на напряжение стабилизации 5,1 в. Можно из зарядки для мобил. Кварцевый резонатор — 32,768 кГц. Обычный часовой кварц. Из кварцевых часов. В качестве ключей в схеме использованы MOSFET выпаянные из системной платы старого компа. Светодиод SMD. Можно из светодиодной ленты.
Динамик — любой подходящий по габаритам. Можно спикер от мобильного телефона.

Монтаж схемы следует начать со стабилизатора напряжения, после чего замерить напряжение на его выходе (конденсаторы С2 и С3). Оно должно быть 5 Вольт. Дальше можно впаивать микроконтроллер и все остальное.
В схеме неиспользованные и разведенные выводы портов микроконтроллера PB0, PB1, PD6 можно использовать для подключения периферии.

Алгоритм программы микроконтроллера построен следующим образом.
Контроллер настроен на работу в асинхронном режиме. Прерывания происходят раз в секунду, в это время программа производит подсчет времени, кратковременно мигает светодиодом (каждые 10 секунд) и сразу уходит в спящий режим для экономии энергопотребления. Если счетчик часов становится равным нулю (сразу после сброса кнопкой или по прошествии 24 часа) производится четырехкратный замер напряжения питания контроллера и сравнивается с внутренним источником опорного напряжения. Если напряжение ниже допустимого то схема издает периодические звуковые сигналы оповещающие о разряде батареи, по прошествии пятнадцати сигналов контроллер настраивается на режим power down и переходит в спящий режим до следующей подзарядки батарей.
В случае если напряжение выше порогового значения — срабатывает звуковой сигнал и загорается светодиод. Далее устанавливается начальное положение ротора двигателя и на обмотки мотора последовательно подаются кратковременные импульсы. Длительности импульсов и паузы между их следованием постепенно уменьшаются, таким образом происходит набор оборотов мотора и дальнейшее постоянное вращение лопасти, обеспечивая тем самым, точную порцию полива. Светодиод при этом вспыхивает синхронно.
По окончанию полива схема снова переходит в ждущий режим для подсчета времени. В этом режиме она находится большую часть времени, этим достигается высокая экономичность потребления энергии (около 0,3 мА).
Во время работы основной программы контроллер тактируется от внутреннего осциллятора с частотой 8 мГц, а в режиме сна — внешний часовой кварц позволяет точно считать время.

Кратковременные вспышки светодиода каждые 10 секунд сигнализируют о работе прибора. С начала обнуления секунд он будет мигать 30 минут, а затем вспышки прекратятся на 12 часов и возобновятся спустя еще 12 часов. Таким образом, если установить полив в 00 часов, то мерцания не будут происходить в ночные часы, а только c 12 часов дня.

Архив с материалами к статье. Доступен для скачивания только зарегистрированным пользователям.

Видео работы устройства: