Система полива умного дома

Как развернуть умную систему автополива на даче

Чтобы организовать на дачном участке систему автополива, в первую очередь, понадобится постоянный источник воды — водопровод, скважина, колодец или какой-то крупный резервуар. Естественные водоемы — вариант так себе: в их воде содержатся примеси, способные быстро забить фильтры и вывести систему полива из строя.

Если вода берется из колодца или скважины — нужен насос с обязательным блоком автоматического выключения. Его мощность зависит от глубины скважины и рабочего давления системы (обычно это 2-4 атм).

Когда вопрос водоснабжения решен, можно приступать непосредственно к выбору системы автополива.

Какую систему автополива выбрать?

Тут все не так просто — придется выбирать среди дождевальных, капельных и комбинированных систем.

Дождевальные системы

Устройства этого типа разбрызгивают воду над растениями, образуя искусственный дождик или мелкую водяную пыль — отсюда и название. Чаще всего такие «поливалки» устанавливают на участках с газонной травой.

Дождевальные установки разбрызгивают воду крупными каплями или образуют туман из микрокапель

Система состоит из подводящих труб (под землей) и устройств разбрызгивания воды, которые бывают выдвижными и невыдвижными.

Выдвижные дождеватели, соответственно, выдвигаются из-под земли только во время работы и практически незаметны. Дальность полива у них небольшая – от 4 до 7 метров, но это можно компенсировать, увеличив количество устройств и грамотно распределив их по участку.

Среди выдвижных дождевателей есть веерные и роторные модели. Первые неподвижны и разбрызгивают воду в определенном секторе. Они просты в установке и долговечны, но дальность разбрызгивания воды у них невелика – от 3 до 6 метров.

Веерный дождеватель Hunter Pro Spray-04 выдвигается на 10 см

У роторных дождевателей головка с лопастями вращается и разбрызгивает воду под заданным углом. У нерегулируемых роторов струя воды описывает полный круг, у регулируемых сектор полива задается в диапазоне от 40° до 360°.

Регулируемый роторный дождеватель Rain Bird 5004 Plus-PC с функциией Rain Curtain формирует крупные капли воды и может работать при сильном ветре

У невыдвижных дождевальных установок мощность и дальность полива больше. Но тут надо определиться, импульсная, круговая, осциллирующая или контурная модель вам нужна. Например, в импульсных приборах вода порционно подается в форсунку, которая вращается по кругу или в пределах заданного сектора, а дальность полива составляет уже до 12 метров.

Секторно-круговой импульсный дождеватель Gardena 8136-20 настраивается на сектор в диапазоне от 25° до 360° и поливает до 490 м²

Круговые дождеватели аналогичны описанным выше роторным: у них вращается головка с соплами, что позволяет равномерно полить участок.

Круговой дождеватель Gardena 2062-20 разбрызгивает воду на 20 м

Осциллирующие или маятниковые дождеватели служат для полива прямоугольных участков. В их основе – трубка с отверстиями, которая качается вокруг своей оси под углом до 180°. Дальность такого дождевателя составляет от 6 до 20 метров. Еще его ставят на штатив для полива высоких растений.

Осциллирующий дождеватель Karcher OS 5.320 S при давлении 4 атм поливает участок площадью до 320 м²

Если у участка сложная форма, то решением будет контурный дождеватель, у которого можно запрограммировать контур полива. Хорошо, если не один: например, с его помощью и цветник перед домом, и газон сложной формы позади дома можно полить, просто переместив дождеватель и включив заданный контур.

У контурного дождевателя Gardena 8133-20 программируются два разных контура

Однако дождевальные установки не подходят для растений, которые любят корневой полив, и редко используются на грядках и в теплицах, так как сильная струя воды «выбивает» грунт (исключение – микрокапельные разбрызгиватели). В этих случаях лучше использовать системы капельного полива, подающие воду под корень растений.

Капельные системы

Такие «поливалки» намного экономнее расходуют воду, в нее можно также добавить удобрения, совместив полив с дозированной подкормкой растений.

Система капельного автополива представляет собой систему шлангов или труб на поверхности либо под землей. К трубам подсоединяются капельницы, через которые идет полив растений. Вода подается под корень каждого растения в нужном объеме, и почва не переувлажняется.

Gardena 13002-20 рассчитан на 20 растений, в комплекте — шланги, капельницы и таймер для управления временем полива и расходом воды

Вместо капельниц также используются оросительные шланги или ленты с отверстиями, пропускающими воду. Лабиринтная лента с каналом на поверхности — самый дешевый вариант, но она быстро засоряется. Щелевые ленты прочнее за счет расположения канала внутри. Но самые надежные — эмиттерные ленты, куда встроены плоские капельницы, замедляющие скорость подачи воды и равномерно выливающие ее в грунт.

Смешанные системы

Смешанный вариант годится для небольших участков, на которых соседствуют растения с разными потребностями в поливе.

Смешанную систему Karcher Rain Box можно расширить, установив дополнительные капельницы, форсунки, шланги и таймер полива

Например, такая система может сочетать сочащийся шланг для живых изгородей и кустов, капельницы для растений на клумбах и форсунки, распыляющие воду над газоном.

Управление поливом: как организовать умную систему

Умной любую систему делает контроллер – центр управления автоматическим поливом. Он позволяет программировать время и режимы полива, устанавливать расход воды.

Самый простой вариант – поставить в качестве контроллера таймер для полива. По сути, это кран с блоком управления, который подает и перекрывает воду, а на нем устанавливаются время и продолжительность полива.

Поставить таймер просто и недорого, но у него небольшая пропускная способность, которая не годится для больших участков. Есть варианты механических, электронно-механических и электронных таймеров. Механическим не требуется электропитание, но их нужно включать вручную, электронно-механические работают от батареек и позволяют запрограммировать полив на несколько дней вперед, а электронными, что важно, можно управлять удаленно по Wi-fi или Bluetooth.

Однако существуют и более сложные автономные контроллеры. Они устанавливаются на распределительный клапан и работают от батареек, которых хватает примерно на год использования.

Водонепроницаемый пульт управления Hunter Node-100 предлагает установить одну из четырех программ с нужным временем запуска

Такие устройства обладают более широким набором настроек, к ним можно подключать датчики дождя и влажности почвы. Это хорошее решение для небольших систем, не требующих настройки разных зон полива.

Контроллер Rain Bird RZX 8 с Wi-Fi рассчитан на 8 зон, у каждой из которых 6 независимых графиков запуска и 4 варианта дней полива

Но самые функциональные — стационарные контроллеры, способные управлять каждой линией полива и ее элементом по отдельности. В разных зонах полива устанавливаются дни и время начала полива, количество запусков системы в сутки, их продолжительность и периодичность.

Так, для участка до 10 соток подходит контроллер на 4–8 зон, у каждой из которых свой режим полива и нормы потребления воды.

Elgato Eve Aqua Smart Water Controller с поддержкой Siri совместим с Apple Home Kit: он управляется по Bluetooth через приложение Home

Если вам интересно именно удаленное управление всем процессом, то нужно искать контроллер с Wi-Fi или Bluetooth. Обычно в приложении для мобильного устройства можно контролировать объем воды, расписание и длительность орошения, настраивать программы полива для разных зон.

Уличный контроллер Hi-Garden Aquarius 10 Wi-Fi с Wi-Fi и Bluetooth имеет 8 программ, а также два датчика температуры в комплекте

Стационарные контроллеры еще можно дополнить датчиками погоды, которые устанавливаются на участке и передают на пульт данные о влажности почвы, температуре воздуха и осадках, а иногда даже о заморозках. Это позволяет системе управления самостоятельно менять режим полива без вашего участия или отменять его, например, в дождливый день.

Датчик погоды Solar Sync сообщает о солнечной радиации, температуре и влажности воздуха, дожде и заморозках

Умная система управления поливом не требует постоянного присутствия человека и единственное, что ей нужно – периодическое обслуживание. Летом надо проверять фильтры воды на предмет засоров, а осенью — слить воду и продуть систему компрессором. Это позволит автополивалке перезимовать и снова включиться в работу в следующем сезоне.

В таблице вы найдете цены и характеристики указанных в статье моделей.

Высота выдвижной части – 10 см,

настраиваемый сектор – от 90° до 360°,

дальность от 1,2 до 10,6 м

Высота выдвижной части 10 см,

настраиваемый сектор от 40° до 360°,

дальность от 7,6 до 14,3 м.

Сектор полива в диапазоне от 25° до 360°,

дальность до 12,5 м,

площадь полива от 75 до 490 м².

Форма участка — круг,

площадь полива 310 м²

Форма участка — прямоугольник,

площадь полива до 320 м²

Форма участка — круг,

сектор 30°– 360°, прямоугольник;

дальность 10,5 м,

площадь полива до 350 м²

длина шланга 15 м,

расход воды 10 л/час,

концевые и внутренние капельницы,

Сочащийся шланг (10 м)

и системный шланг (15 м),

максимальное давление 4 атм

Одна зона полива,

работа от батареи (9 В)

Модели для внутренней и наружной установки,

возможность подключения Wi-Fi-модуля и датчиков погоды

Elgato Eve Aqua

Smart Water Controller

Подключение по Wi-Fi или Bluetooth к Apple Home Kit,

Источник

Автоматическая система полива сада на Home Assistant, ESP8266 и MiFlora

Некоторое время назад у моей семьи появился дом с небольшим садом в очень теплом и засушливом месте, и перед нами встала проблема регулярного полива.

Хотелось, чтобы система полива была автоматической, при этом при ее выборе приходилось учитывать следующие условия:

  • очень дорогая вода, которую надо экономить всеми доступными способами
  • разные по потребностям во влаге растения в саду, от суккулентов до влаголюбивых
  • необходимость полностью автономного полива во время отсутствия людей в доме, желательно с возможностью удаленного контроля
  • засушливый климат, не прощающий ошибок с поливом

Оценив готовые решения, которые удалось найти в местных DIY сетях и на Amazon и почитав отзывы об их надежности (как правило, не самой высокой), решили попробовать сделать что-то самостоятельно.

Disclaimer: Автор не является IT-специалистом, и не претендует на профессиональное знание описываемой темы. Уровень исполнения проекта — хобби. Об уровне своих знаний в сфере программирования и электроники автор прекрасно осведомлен и будет очень признателен за предложения по улучшению и оптимизации использованных решений.

Принципиальная схема

Сад был разбит на 4 зоны полива, каждая из них снабжается индивидуальным датчиком влажности почвы и может поливаться по индивидуальному графику и разным количеством воды.
По земле проложены ПНД-трубки капельного полива с перфорацией, которые подключены к трубам сходящимся в водоразборном узле и подключенным через электромагнитные клапаны к водопроводу. Клапаны управляются реле подключенными к ESP8266 (Sonoff 4Ch).

Полив осуществляется по таймерам, в ночное время, чтобы увеличить количество воды, которое впитается в землю и не будет испарено солнцем.

При наступлении запланированного времени полива проверяется соответствие нескольким условиям:

  • влажность почвы ниже заданной величины
  • отсутствуют прогнозируемые осадки в достаточно большом количестве на ближайшие 2 дня
  • не превышен лимит воды по поливу заданного для этой линии

Использованное оборудование

Raspberry Pie с установленным HassIO (уже была)

ESP32 DevKit, прошитая ESPHome, выступающая bluetooth-гейтвеем для MiFlora и принимающая данные от проводных датчиков влажности. Расположена в саду

Проводные датчики влажности Capacitive Soil Moisture Sensor v1.2, измеряющие влажность в ближних к месту установки ESP32 зонам полива

Датчики MiFlora, подключены к ESP32 по BLE, измеряющие влажность в удаленных зонах полива.

SONOFF 4Ch, прошитый ESPHome, расположен в водоразборном узле, куда приходят трубы от всех зон полива

4 Нормально-закрытых электромагнитных клапана на 220В расположены в водоразборном узле и подключены к Sonoff 4Ch. Открывают подачу воды для полива. Выбрана нормально-закрытая модель, с тем чтобы вероятность «наводнения» в случае каких-либо сбоев электрики и электроники была минимальной, и чтобы минимизировать количество требуемых выходов реле.

Импульсный водосчетчик, стоящий на входе в систему полива в водоразборном узле и подключенный к Sonoff 4ch. Позволил полностью передать данные о расходе воды в Home Asssistant и реализовать функционал полива заданным количеством. Весьма удачным оказалось то, что на этой версии sonoff уже распаяны контакты для прошивки и даже есть один свободный GPIO02 – на него и был повешен импульсный счетчик.


Так выглядит коллектор с установленными клапанами и счетчиком воды. Контроллер (sonoff 4Ch) в кадр не попал, он установлен на расстоянии в полметра в щитке IP65

Настройки ESPHome и Home Assistant

Код ESPHome для него максимально примитивен, но на всякий случай приведу:

Кусок кода для ESPHome:

Подключать датчик можно только к аналоговым входам (ADC) микроконтроллера
Датчик придется калибровать, задав предельные значения напряжения для сухого датчика (в моем случае 3.22 В) и погруженного в воду (1,65 В). Я это делал включив демонстрацию log’ов в плагине ESPHome для HassIO и записав показания датчика в сухом виде и при погружении в воду.

После перепрошивки ESP32 в Home Assistant ничего настраивать не надо, там автоматически появляется датчик влажности с правильными единицами измерения

Я использовал счетчик «Пульсар», но вообще должен подойти любой счетчик с импульсным выходом (идентифицируется по торчащему проводу). Принцип действия таких счетчиков очень простой — рядом с колесиками счетчика расположен геркон, который активируется магнитом, расположенном на одной из цифр колеса учета (у меня — цифра 3 на колесике 10 литров).
Соответственно, подключив провода от счетчика к GND и одному из GPIO мы можем получить простейший бинарный сенсор.

Код для ESPHome при этом примитивен:

В Home Assistant все немного сложнее:

Там я сделал несколько счетчиков (counter), сенсор и автоматизацию для работы с ними
При этом есть общий счетчик истраченной за все время воды (фактически, это виртуальный «двойник» механического счетчика). Он реализован в двух ипостасях — как counter, измеряемый в литрах и растущий в результате реакции на изменения бинарного сенсора из ESPHome, и как sensor, измеряемый в кубических метрах и берущий данные из предыдущего counter (для удобства сравнения цифр со счетами за воду).

Для целей управления поливом и сбора статистики были также созданы по 2 счетчика на каждую линию полива — один за все время, а второй за «сегодня». Так как физический счетчик у нас один, а линий четыре, для получения точных данных расхода по каждой линии полив каждой линии был разнесен по разным временным интервалам и запрещено одновременное их включение.

Смысл этого сенсора — выдавать в числовом виде прогноз осадков на ближайшие два дня. Эта цифра впоследствии используется в автоматизации и если она превышает заданный порог, полив не происходит.

Изначально сенсор построен на базе данных сервиса darksky. К сожалению, за время настройки системы этот сервис успела купить компания Apple и объявила о постепенном сворачивании работы сервиса «на сторону». API пока работает, но, судя по всему, скоро потребуется искать альтеранативу этому решению, благо в HA довольно много других сервисов погоды. Здесь я привожу настройки для darksky, думаю, что даже с другим сервисом большая их часть сохранит актуальность.

Сначала создаем 2 сенсора по количеству осадков на завтра и послезавтра:

Затем делаем на основе трех прогнозов один template-sensor:

После того, как все данные собраны, можно приступать непосредственно к поливу.

Вот так у меня выглядит кусок интерфейса с одной из зон в Home Assistant:

Здесь можно задать количество воды для полива (ползунком) и посмотреть значения основных сенсоров и счетчиков. Я привел интерфейс для одной из линий, для остальных все аналогично, только на линиях с проводными датчиками данных несколько меньше.

В интерфейсе можно заметить одну «лишнюю» деталь — вспомогательный сенсор «Достигнута норма». Его пришлось ввести, т.к. мне не удалось заставить работать condition:template для остановки автоматизации при достижении нормы по количеству воды, и в результате автоматизация просто проверяет значение этого сенсора. Уверен, что эту часть автоматизации можно сделать проще и элегантней, но моего уровня для этого не хватило.

Ниже код получившегося «костыльного» темплейт-сенсора:

Автоматизация для запуска полива в конечном итоге выглядит так:

Полив запускается поздно вечером, при этом каждая линия запускается в свой временной интервал. Разделение по времени запуска позволяет использовать один счетчик воды на входе для получения данных по 4 линиям.

При запуске проверяются три условия:

  • не превышен ли лимит по количеству воды на сегодня (если, например, включали полив вручную)
  • не превышает ли влажность 50% (по наблюдениям в наших условиях свежеполитая почва имеет влажность не более 60%)
  • не ожидается ли осадков более 5 мм в ближайшие два дня.

Следующая автоматизация — отключение полива:

В автоматизации использовано целых 4 варианта триггеров, но в большинстве случаев она срабатывает по первому — «костыльному» сенсору, который отслеживает превышение лимита по количеству воды. Остальные триггеры сделаны в большой степени для подстраховки.

Ну и последняя относящаяся к проблеме автоматизация — обнуление ежедневного счетчика

Экономика проекта

Затраты на управляющую часть системы полива получились следующие:

(Raspberry PIE c HassIO на борту и WiFi router с покрытием в саду уже были до начала проекта, их я не учитываю)

Электромагнитный клапан UNIPUMP BCX-15 1/2″ (нормально закрытый) 4*20 евро
Sonoff 4CH 17 евро
Счетчик импульсный Пульсар 8 евро
ESP32 DevKitC 3.5 евро
Capacitive Soil Moisture Sensor v1.2 2*0.67 евро
Датчики MiFlora 2*16 евро
Щитки, коллектор, провода, фиттинги все вместе около 50 евро

ИТОГО: около 190 евро

Затраты времени на настройку датчиков и МК — примерно 3-4 вечера по нескольку часов, но большая часть времени была потрачена на «изобретение велосипедов» и придумывание «костылей», в целом работы там немного. Физическая сборка системы заняла около 2 вечеров.
В целом, ожидается экономия воды примерно в 20-50% по сравнению с «глуповатой» системой на таймерах и при местных ценах на воду система должна окупиться за один-два сезона.

Недостатки и планы по доработке

По итогам выполнения проекта вскрылись некоторые нюансы и возможности для дальнейшего совершенствования.

В частности, я бы заменил электромагнитные клапана 220В на модель 24В — это напряжение являются стандартными для систем полива. В этом случае пришлось бы добавить в систему трансформатор на 24В и сменить Sonoff 4Ch на что-то с сухим контактом (например, Sonoff 4CH Pro или что-то самосборное). Сами клапана при этом стоят дешевле (от 8 евро) и снижают вероятность поражения электрическим током.

Также выяснилось, что для работы с пластиковыми трубопроводами давление из водопровода является слишком высоким, и фитинги могут подтекать во время цикла полива. В моем случае это не критично, все фитинги расположены над поливаемой землей, но по-хорошему надо добавить на входе редуктор для понижения давления.

Еще немного расстроила невозможность учета количества воды для полива в объемах меньших чем 10 литров — именно этот объем является минимальной измеряемой величиной для такого счетчика. Эту проблему можно решить, разобрав счетчик и поменяв местами колесики, но пока до этого не дошли руки.

Источник

Adblock
detector
Модели Тип устройства Особенности Цена
Hunter Pro Spray-04 Веерный (статический) дождеватель от i 194
Rain Bird 5004 Plus-PC Роторный дождеватель от i 1 002
Gardena 8136-20 Импульсный дождеватель от i 2600
Gardena 2062-20 Круговой роторный дождеватель от i 1 820
Karcher OS 5.320 S Осциллирующий (маятниковый) дождеватель i 2 480
Gardena 8133-20 Контурный дождеватель от i 11 700
Gardena 13002-20 Набор для капельного полива от i 6 630
Karcher Rain Box Набор для смешанного полива i 6 590
Hunter Node-100 Автономный контроллер от i 8 813
Rain Bird RZX 8 Стационарный контроллер