ระบบชลประทานที่ควบคุมด้วย WiFi 'สมาร์ท' พลังงานแสงอาทิตย์: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

โปรเจ็กต์นี้ใช้โซลาร์ DIY มาตรฐานและชิ้นส่วน 12v จากอีเบย์ ร่วมกับอุปกรณ์ Shelly IoT และการเขียนโปรแกรมพื้นฐานใน openHAB เพื่อสร้างกริดไฟฟ้าสำหรับสวนอัจฉริยะแบบโฮมเมดที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์และการติดตั้งระบบชลประทาน

จุดเด่นของระบบ:

• ระบบพลังงานแสงอาทิตย์เต็มรูปแบบ (กลางวันและกลางคืน)
• ระบบชลประทาน 3 โซน (เพิ่มเติมได้อีก!)
• ควบคุม wifi อย่างสมบูรณ์ด้วยการรวม Google Home/Alexa โดยใช้อุปกรณ์ Shelly RGBW2
• ชลประทาน 'สมาร์ท' ใช้ชุดระบบรดน้ำอัตโนมัติพร้อมลิงก์ไปยัง API สภาพอากาศเพื่อตรวจสอบปริมาณน้ำฝนล่าสุด

ทำไมต้องออกแบบนี้?

1) ฉันกำลังดูระบบชลประทานสำหรับสวนผักของฉัน และพบว่าระบบเหล่านี้มีราคาแพงมาก หรือใช้งานได้ค่อนข้างจำกัด (เพียงเปิด/ปิดในเวลาที่กำหนดสำหรับสายยางเส้นเดียว)

2) สวนของฉันยาวมากและไม่มีพลังงานจากภายนอก ดังนั้นการตั้งค่ากริดสวน 12v ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จากโรงเก็บของของฉันจึงดูเหมือนเป็นแนวคิดที่สนุก (และปลอดภัย!) ที่จะได้พลังงานจากส่วนปลายสุดของสวน

3) ฉันเคยเล่นกับอุปกรณ์ Shelly และ OpenHAB และคิดว่ามันคงจะสนุกที่จะได้เห็นสิ่งที่ฉันสามารถทำได้!

เสบียง

ระบบสุริยะ:

• แผงโซลาร์เซลล์ (120W)
• แบตเตอรี่ (แบตเตอรี่พักผ่อน 130aH)
• ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ (30A)
• โคลง 12v
• การเดินสาย

ระบบชลประทาน 'สมาร์ท':

• Waterbutt / น้ำประปา
• ปั้มน้ำ12v.
• โซลินอยด์วาล์ว 12v (3x = 1 ต่อโซนชลประทาน)
• ตัวเรือนกันน้ำ
• สายยางชลประทาน ข้อต่อ และสายยาง
• สายเคเบิล 5 คอร์
• เชลลี RGBW2

(+อุปกรณ์มาตรฐาน เช่น เครื่องมือ ขั้วต่อสายเคเบิล ท่อ ฯลฯ ตามต้องการ!)

เป็นไปได้ที่จะทำงานหลายอย่างในโปรเจ็กต์โดยใช้แอพ Shelly แต่สำหรับลอจิกระบบอัตโนมัติขั้นสูงเพิ่มเติมเกี่ยวกับการชลประทาน ฉันเคยใช้ OpenHAB

ขั้นตอนที่ 1: การตั้งค่าระบบสุริยะ

ขั้นตอนนี้เป็นเพียงคำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับการตั้งค่าของฉัน มีคำแนะนำที่ดีมากมายเกี่ยวกับวิธีการติดตั้งระบบสุริยะ DIY ให้ดีที่สุด และวัตถุประสงค์หลักของคำแนะนำนี้คือตารางสวน 'อัจฉริยะ' และระบบชลประทาน! (ขั้นตอนนี้เป็นทางเลือกเช่นกัน คุณสามารถจ่ายไฟให้กับทั้งระบบผ่านหม้อแปลงไฟหลัก 12V หากคุณสามารถเข้าถึงแหล่งพลังงานได้ง่ายและไม่ต้องการใช้พลังงานแสงอาทิตย์)

ฉันใช้แผงโซลาร์เซลล์ 120W (eBay หรือ Amazon) แบตเตอรี่สำรองขนาด 130aH (สามารถใช้ความจุน้อยกว่า แต่แนะนำให้ใช้แบตเตอรี่สำรองแทนแบตเตอรี่รถยนต์ทั่วไป เนื่องจากวงจรการใช้ระบบสุริยะแบบนี้) และการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ 30A หน่วยควบคุม คุณสามารถเลือกหน่วยแอมป์ที่เล็กกว่าได้ แต่ส่วนต่างของราคานั้นน้อยมาก และเมื่อดึงพลังงานที่ 12V แอมป์ก็จะไต่ระดับได้ในไม่ช้า!

ระบบสุริยะจะส่งออกช่วงแรงดันไฟฟ้า (เอกสารในรุ่นของฉันระบุว่า 10.7V ถึง 14.4V ขึ้นอยู่กับระดับประจุแบตเตอรี่และอินพุตพลังงานแสงอาทิตย์) อุปกรณ์ Shelly ที่ใช้ในโครงการนี้มีความไวต่อแรงดันไฟฟ้าพอสมควรและต้องการแหล่งจ่ายไฟ 12V ที่สม่ำเสมอ เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ คุณจะต้องมีตัวปรับแรงดันไฟฟ้า ซึ่งหาได้ง่ายบน eBay ฉันได้รับอินพุต 8V-40V เป็นเอาต์พุต 12V ที่สามารถบรรทุก 10A ได้ 10A เป็นโคลงที่ใหญ่ที่สุดที่ฉันพบในช่วงแรงดันไฟฟ้านี้ ดังนั้นจะสามารถดึง 10A ได้ในครั้งเดียวผ่านการเชื่อมต่อนี้ เป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่อตัวกันโคลงตัวที่สองในภายหลังเพื่อจ่ายไฟ 10A อีกตัวหนึ่ง

ฉันได้ตั้งค่าการทดสอบอย่างรวดเร็วบนโต๊ะในสวนเพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างทำงานได้ดีก่อนทำการติดตั้ง ฉันตรวจสอบเอาท์พุตแรงดันไฟของตัวควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์แล้ว และมันเป็น ~13.4V จริงๆ เมื่อเชื่อมต่อตัวปรับแรงดันไฟฟ้าแล้ว ฉันตรวจสอบอีกครั้งและเป็น 12.2V - เหมาะสำหรับ Shelly RGBW2 และฉันเชื่อมต่อแล้ว

Shelly เปิดใช้งานทันที และฉันสามารถกำหนดค่าให้กับ WiFi ของฉันและทดสอบการตอบสนอง - อุปกรณ์ IoT ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เครื่องแรกของฉัน!

เมื่อได้รับการทดสอบและใช้งานได้ทั้งหมดแล้ว ฉันจึงแยกการตั้งค่าออกจากกันและย้ายส่วนประกอบไปที่โรงเก็บของในสวนของฉันเพื่อการติดตั้งแบบสมบูรณ์

ฉันสร้างเฟรมพื้นฐานเพื่อยึดแผงโซลาร์เซลล์ไว้ที่มุม 40 องศา (ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือหันหน้าไปทางทิศใต้ที่ระดับความสูง 40 องศาที่ตำแหน่งของฉัน - ตรวจสอบออนไลน์ มีเครื่องคิดเลขมากมายเพื่อให้ได้มุมที่ดีที่สุดสำหรับตำแหน่งของคุณ!)

ขั้นตอนที่ 2: การชลประทานอัจฉริยะ - ตัวเรือนวาล์วชลประทาน

ขั้นตอนแรกในการสร้างระบบชลประทานอัจฉริยะแบบอัตโนมัติคือการสร้างระบบควบคุมวาล์ว

วาล์วที่ฉันใช้ในโครงการนี้เป็นวาล์วแบบธรรมดาปิดปกติ 12V DC, 1/2" โซลินอยด์วาล์ว เหล่านี้หาได้ง่ายจาก eBay ที่ค่อนข้างถูก ขนาดต่างๆ ก็มีให้เลือกเช่นกัน ฉันใช้ 1/2" เนื่องจากมีมาตรฐานที่แตกต่างกันมากมาย ส่วนประกอบของระบบชลประทานที่สามารถใช้ได้กับวาล์ว/ท่อขนาดนี้ วาล์วมาพร้อมกับเกลียวสกรูขนาด 1/2" มาตรฐานในแต่ละด้าน ดังนั้นคุณจะต้องมีอุปกรณ์ที่เหมาะสมเพื่อให้เหมาะกับประเภทของท่ออ่อน/ท่อชลประทานที่คุณต้องการใช้

เนื่องจากส่วนประกอบทางไฟฟ้าของวาล์วไม่กันน้ำ คุณจึงต้องมีตัวเรือนกันน้ำ ฉันพบว่ากล่องรวมสัญญาณ 12 ทางของ Schnider Electric (195x165x90 มม.) เป็นขนาดที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้พอดีกับวาล์ว 3 ตัวที่ฉันต้องการใช้ รวมทั้งสกรู 1/2 บนอะแดปเตอร์สำหรับท่อชลประทาน 12 มม. ที่ฉันมี

ฉันกำลังส่งน้ำไหลในแนวนอนทั่วกล่อง โดยมีสายไฟ/สายควบคุมเข้าทางด้านล่างของกล่องรวมสัญญาณผ่านช่องระบายอากาศที่ทนทานต่อสภาพอากาศ

ขั้นตอนที่ 3: การชลประทานอัจฉริยะ - การเชื่อมต่อวาล์วกับ Shelly RGBW2 Controller

แต่ละวาล์วมีขั้วจอบ 2 ขั้ว บนวาล์วที่ฉันใช้ไม่มีความแตกต่างของขั้ว ดังนั้นฉันจึงสามารถเชื่อมต่อขั้วบวกหรือขั้วลบกับขั้วใดก็ได้ ไม่มีไฟ วาล์วปิดอยู่ เปิดเครื่อง วาล์วเปิดอยู่

(หมายเหตุ สำหรับการสร้าง/ทดสอบระบบส่วนนี้ ผมใช้หม้อแปลงไฟฟ้ากระแสตรง 12V มาตรฐาน (ตัวขับ LED แบบเก่า) จะได้ไม่ต้องออกไปสวนต่อและต่อกับแหล่งจ่ายพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อทำการทดสอบ มัน).

ถอดสายเคเบิล 3 เส้นออกจากสายเคเบิลแบบ 5 คอร์ที่มาพร้อมขั้วต่อจอบขนาดที่เหมาะสม (ในภาพตัวอย่าง ใช้สีน้ำตาล สีดำ และสีเทา) จะใช้สายเคเบิลหนึ่งเส้น (สีน้ำเงินในภาพ) เป็น +ve ทั่วไป ดังนั้นให้ต่อสายหนึ่งเส้นเข้ากับขั้วต่อหลายสายที่เหมาะสม (ฉันใช้ 5 ขั้ว Wago 221)

ต้องตั้งค่า Shelly RGBW2 เป็นโหมด 'สีขาว' (ภายใต้การตั้งค่าในหน้าจอควบคุม Shelly) นี่หมายความว่า Shelly ทำงานเป็นรีเลย์ 12V DC (หรี่แสงได้) 4 ตัวแยกกัน

แหล่งพลังงานและ Shelly ควรอยู่ห่างจากน้ำในตำแหน่งที่ปลอดภัย (แห้ง) และเชื่อมต่อกับตัวเรือนวาล์วโดยใช้สายเคเบิล 5 แกน (ของฉันยาวประมาณ 5 ม. จากโรงเก็บไปยังแปลงผัก) Shelly อยู่ในกล่องรวมสัญญาณกันฝนขนาดเล็กภายในโรงเก็บของของฉัน

เชื่อมต่อสายไฟตามแผนภาพที่แนบมาและควรมีลักษณะเหมือนในภาพ หมายเหตุ สายสำรองและพื้นที่ว่างบน Wago 5 ขั้วใช้สำหรับเชื่อมต่อปั๊ม

ขั้นตอนที่ 4: การชลประทานอัจฉริยะ: การเชื่อมต่อปั๊ม

ขั้นตอนต่อไปคือการเชื่อมต่อปั๊ม สำหรับการตั้งค่าของฉัน ฉันเชื่อมต่อปั๊มผ่านตัวเรือนวาล์ว เนื่องจากฉันใช้สายเคเบิลหลัก 5 คอร์เพื่อดึงพลังงานออกจากโรงเก็บ แต่คุณสามารถเชื่อมต่อปั๊มแยกกันได้อย่างง่ายดายหากสะดวกกว่า

ฉันใช้ปั๊มกระแสสูงสุด 12V ที่หาได้ในอีเบย์ (1000L/h) แต่มีตัวเลือกมากมายให้เลือก (ตอนนี้ฉันมีปั๊มหลายตัวที่เชื่อมต่อกับ Shelly RGBW2 และพบว่าปั๊มบางตัวทำงานเปิด/ปิดที่ 100% เท่านั้น ในขณะที่ปั๊มอื่นๆ คุณสามารถควบคุมอัตราการไหลได้โดยใช้ฟังก์ชัน Shelly dimmer สิ่งนี้ไม่สำคัญสำหรับระบบชลประทานตามที่คุณต้องการ ' การไหลสูงสุด แต่อาจมีความสำคัญสำหรับคุณลักษณะน้ำ ฯลฯ)

หมายเหตุ ปั๊มต่างจากโซลินอยด์วาล์วตรงที่ปั๊มไวต่อขั้ว ดังนั้นคุณต้องแน่ใจว่าคุณเชื่อมต่อ +ve และ -ve จ่ายวิธีที่ถูกต้อง

เมื่อดำเนินการเสร็จแล้ว ปั๊มจะต้องเชื่อมต่อกับอินพุตของแต่ละวาล์ว และวาล์วแต่ละตัวจะให้ทางออกจากกล่อง (ดังนั้นคุณจะไม่ทำให้กล่องล้นเมื่อทำการทดสอบ!)

คุณสามารถทดสอบวาล์วโดยไม่ต้องใช้น้ำได้โดยการเปิด/ปิดวาล์วในอินเทอร์เฟซ Shelly RGBW2 คุณควรเห็นการสิ้นเปลืองพลังงานสูงถึง ~ 10W เมื่อเปิดอยู่ (ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตั้งค่า 'ตัวหรี่ไฟ' เป็น 100% ก่อนเปิดช่องสัญญาณ ดูเหมือนว่าจะไม่ชอบอะไรนอกจาก 100%!) หากคุณต่อสาย Shelly RGBW2 ตามที่แสดงในแผนภาพการเดินสาย ช่อง 1-3 ควรควบคุมวาล์วและช่อง 4 ของปั๊ม

ภาพแสดงการทดสอบระบบโดยใช้ถังในอ่างเพื่อหมุนเวียนน้ำรอบๆ (ปั๊มเป็นสีแดงในถัง)

ภาพสุดท้ายแสดงให้เห็นว่าฉันได้เชื่อมต่อการตั้งค่านี้กับก้นน้ำเพื่อการจ่ายน้ำอย่างไร

ขั้นตอนที่ 5: การชลประทานอัจฉริยะ: การเชื่อมต่อ Shelly RGBW2

สายเคเบิลทั้งหมดจากระบบต้องอยู่ในพื้นที่แห้ง (ด้วยการเชื่อมต่อ wifi!) ซึ่งสามารถติดตั้ง Shelly RGBW2 ได้

ควรต่อสายเคเบิลเข้ากับ Shelly ตามแผนภาพการเดินสาย ฉันเลือกใช้ IP แบบคงที่บนอุปกรณ์ Shelly ทั้งหมดของฉัน เนื่องจากโดยทั่วไปจะทำให้การเชื่อมต่อมีเสถียรภาพมากขึ้น

ขั้นตอนที่ 6: การชลประทานอัจฉริยะ: ระบบควบคุม

เมื่อระบบได้รับการตั้งค่าแล้ว มีหลายวิธีที่คุณสามารถเลือกที่จะควบคุมระบบของคุณและระดับต่างๆ ของความ 'ฉลาด' ที่คุณต้องการให้เป็น!

พื้นฐาน: วิธีพื้นฐานที่สุดในการควบคุมระบบของคุณคือผ่านแอป Shelly และการผสานรวมแบบเนทีฟกับ Google Home หรือ Alexa ในแอพ คุณสามารถตั้งค่ากำหนดการมาตรฐานสำหรับแต่ละช่อง (ปั๊ม, โซน 1, โซน 2 ฯลฯ) และเชื่อมต่อสิ่งเหล่านี้กับการควบคุมด้วยเสียงหากคุณต้องการ

ขั้นสูง: แอป Shelly ยังให้คุณสร้าง 'ฉาก' คุณสามารถตั้งค่า 'ฉาก' ต่างๆ ที่ทำงานผ่านรูปแบบการรดน้ำที่แตกต่างกันในแต่ละช่วงเวลาของวัน ฯลฯ มีตัวเลือกมากมายภายในแอป… สร้างสรรค์!

ฉลาดจริง

ฉันตัดสินใจว่าฉันต้องการก้าวไปอีกขั้นหนึ่ง ฉันใช้ OpenHAB เพื่อควบคุมอุปกรณ์ IoT ส่วนใหญ่ในบ้านอยู่แล้ว ดังนั้นฉันจึงตั้งค่าการควบคุมระบบชลประทานโดยใช้ OpenHAB ฉันได้แนบไฟล์.items.rules และ.sitemap พื้นฐานเข้ากับคำแนะนำนี้เพื่อช่วยเหลือหากคุณต้องการตั้งค่าบางอย่างที่คล้ายกัน

คุณสมบัติโดยรวม:

• การควบคุมอัตโนมัติและด้วยตนเองเต็มรูปแบบจากหน้าแดชบอร์ด
• การรวมหน้าแรกของ Google - "Ok Google เริ่มการชลประทาน". - ดูวิดีโอ
• การรวมสภาพอากาศ - ฉันเชื่อมต่อกับ OpenWeatherMap API เพื่อตรวจสอบปริมาณน้ำฝนทั้งหมดในช่วง 24 ชั่วโมงที่ผ่านมา และหากฝนตกมากกว่า 10 มม. วงจรการชลประทานจะไม่ทำงานโดยอัตโนมัติ
• การชลประทานอาจเกิดขึ้นในเวลาที่กำหนดในแต่ละวัน หรือแปรผันตามพระอาทิตย์ตก/พระอาทิตย์ขึ้น เป็นต้น
• ระบบคำนวนปริมาณน้ำที่จะใช้ในแต่ละรอบการชลประทาน (สำคัญถ้าใช้ก้นน้ำเก็บน้ำฝนเหมือนผม!
• ผลักดันการแจ้งเตือนไปยังโทรศัพท์ของคุณเพื่อเตือนคุณเมื่อระบบชลประทานอัตโนมัติกำลังจะทำงาน