Zielona rewolucja

Elektronika!

Całością musi jednak sterować jakaś elektronika. Swój sterownik zbudowałem w oparciu o projekt "Sygnalizator suchego kwiatka" autorstwa Pana Piotra Góreckiego. Ukazał się on w numerze 4/2000 "Elektroniki dla Wszystkich". Rysunek poniżej przedstawia schemat ideowy mojego sterownika. Jaka jest jego funkcja? W telegraficznym skrócie: po zapadnięciu zmroku, zapala się oświetlenie na kilka sekund oraz w razie potrzeby roślina jest podlewana.

Jak to działa, czyli czysta teoria

W tym akapicie pokrótce omówię sposób działania tego układu, więc jeśli Cię to nie interesuje spokojnie możesz go ominąć. Mówi się że "elektryka prąd nie tyka". Nie raz się jednak przekonałem, że z tym powiedzeniem jest coś nie tak ;). W układzie występuje napięcie sieci, więc zachowajcie ostrożność, a wszystko będzie dobrze. Gdy zgasimy światło w pokoju (kładąc się już spać ;)) fotorezystor FR1 zwiększy swoją rezystancję, co spowoduje, że na wyjściu bramki U1A pojawi się stan wysoki. Na wejściu n.6 bramki U1B pojawi się ujemny impuls o czasie trwania wyznaczonym przez elementy PR2 i C2. W modelu czas ten został ustawiony na 9 sekund. Na nóżce n.5 jest stan wysoki dzięki czemu na wyjściu bramki pojawia się dodatni impuls. Przez czas jego trwania układ sprawdza wilgotność gleby. Im gleba jest bardziej sucha tym większy stanowi opór dla przepływającego prądu. Jeżeli gleba jest sucha na wyjściu n.8 bramki U1C pojawia się logiczna jedynka. Dodatkowo jeśli woda w zbiorniku ma wystarczająco wysoki poziom na drugim wejściu bramki U1C również jest stan wysoki. Gdyby poziom wody był za niski, magnes zwarłby styki kontaktronu K1. Tranzystor T3 zacząłby przewodzić włączając migającą diodę D3 (koloru czerwonego) i piezo Y1 z generatorem pracujące w takt jej zapalania się. Spowodowało by to podanie stanu niskiego na nóżkę n.9 bramki U1C co uniemożliwiło by włączenie pompki. Nasz rezerwuar jest jednak pełny :). Na wyjściu bramki U1D panuje stan wysoki, który powoduje zaświecenie diody umieszczonej w optotriaku Q1, który steruje wyzwalaniem triaka Q2, za pomocą którego załączana jest pompka. Dioda D2 sygnalizuje "podlewanie". Pompka pracuje do czasu, aż nastąpi jedna z trzech sytuacji:

• na nóżce n.8 pojawi się stan niski, co oznacza, że gleba ma już odpowiednią wilgotność,
• zabraknie wody w zbiorniku, na nóżce n.9 pojawi się stan niski. Uruchomi się jednocześnie alarm,
• zakończy się impuls, którego czas trwania wyznaczają elementy C2 i PR2. Na wyjściu bramki U1B na powrót pojawi się stan niski.

Nie wspomniałem jeszcze o roli tranzystorów T1 i T2 połączonych w układ darlingtona mocy. Sterują one oświetleniem złożonym z 12 diod LED. Stan wysoki na wyjściu bramki U1B powoduje naładowanie kondensatora C3. Świecą diody LED. Gdy stan na wyjściu bramki zmieni się na przeciwny, kondensator zacznie się rozładowywać w głównej mierze przez rezystancję PR4. Diody zaczynają powoli (pojęcie względne :)) gasnąć. PR-ek służy także do ustalenia napięcia dla diod LED (niebieskie i zielone super-jasne ok. 3,3V, ale różnie z tym bywa...). Nie jest to może rozwiązanie godne naśladowania (taka trochę partyzantka), ale był to najprostszy sposób by osiągnąć taki efekt. Przełącznik S1 pozwala nam na stałe włączyć oświetlenie. Stabilizator IC2 pracuje w typowej dla siebie roli obniżając napięcie z transformatora do 5V. Możemy zastosować dowolny transformator małej mocy, o napięciu na uzwojeniu wtórnym ok. 10V lub wyższym. Warto zastosować bezpiecznik B1, gdyby coś poszło nie tak...
Układ nie wymaga zbytnich regulacji. Przed pierwszym uruchomieniem ustawiamy wszystkie PR-ki w środkowym położeniu. PR1 służy do regulacji czułości na światło, a PR3 do ustalenia wilgotności gleby przy jakiej włączy się pompka. Oba PR-ki regulujemy dopiero gdy zajdzie taka potrzeba w czasie użytkowania urządzenia - mając układ na warsztacie ciężko by to określić ;). Od PR2 zależy czas trwania impulsu dodatniego na wyjściu bramki IC1B. Odłączając elektrody, zasłaniamy fotoelement i sprawdzamy jak długo świeci dioda D2. W modelu ten czas ustawiłem na 9s. Pozostaje jeszcze ustawienie napięcia dla diod LED stanowiących oświetlenie. Podłączamy na początku tylko jedna diodę i załączamy przełącznik S1. Za pomocą PR4 regulujemy jasność diody i mierzymy napięcie pomiędzy jej nóżkami.
Układ zmontowałem na płytce uniwersalnej i umieściłem całość wraz z transformatorem w małej, plastikowej obudowie (puszcze instalacyjnej - dokładnie rzecz ujmując :)). Na panelu przednim widzimy przełącznik S1, dwie diody LED (pierwsza sygnalizująca podlewanie, druga niski poziom wody w zbiorniku) oraz trzy gniazda do podłączenia oświetlenia, elektrod i kontaktronu.

W swoich konstrukcjach często stosuję gniazda typu minijack. Obok gniazd chinch są one najwygodniejsze w użyciu i łatwe w stosowaniu. Z tyłu obudowy znajduje się gniazdo do podłączenia pompki. Oryginalny kabel w pompce został skrócony, a wtyczka sieciowa zastąpiona mniejszą.

Czujnik wilgoci

Czujnik wilgotności gleby zrobiłem z dwóch metalowych igieł. Zostały one umieszczone w zaadaptowanej do tego celu wtyczce video w miejsce oryginalnych pinów. Trochę problemów może sprawić przylutowanie do igieł przewodów. Najprościej elektrody zrobić z dwóch odcinków miedzianego drutu. Elektrody zostały zaizolowane koszulkami termokurczliwymi. Dzięki temu wbijając czujnik w ziemię będzie można badać wilgotność tylko na głębokości gdzie znajdują się nieizolowane końcówki igieł.

Po kilku miesiącach użytkowania systemu układ zaczął źle działać. Raz się zdarzyło tak, że wpompował do doniczki całą wodę ze zbiornika. Niewątpliwie coś się popsuło. Po krótkiej diagnostyce odnalazłem przyczynę awarii. Powodem były zardzewiałe elektrody...

Postanowiłem je czym prędzej wymienić. Elektrody zrobiłem z miedzianego drutu (średnica 1,5 mm). Dlaczego od razu, jeszcze przy budowie urządzenia o tym nie pomyślałem? Po wymianie elektrod miałem jednak problem z wyregulowaniem układu. Tzn. po zgaszeniu światła, gdy na 10 sekund włączało się oświetlenie oraz była testowana wilgotność gleby nie mogłem ustawić za pomocą PR3 takiego progu zadziałania czujnika wilgotności, aby po włączeniu pompki czujnik szybciej reagował i wyłączał ją zanim w ciągu tych 10 sekund opróżni cały zbiornik wody. Rozwiązanie okazało się proste - za pomocą PR2 ustawiłem czas włączenia oświetlenia na 3 sekundy. Czas ten wyznaczyłem doświadczalnie - w ciągu tych kilku sekund pompka dostarcza do doniczki odpowiednią ilość wody. Teraz po wyłączeniu światłą, gdy pompka zacznie podlewać roślinę, napięcie na pewno zostanie odłączone po 3 sekundach. Teraz system znów poprawnie funkcjonuje :).

Fotorezystor został umieszczony na zewnątrz, na przewodzie (po prostu nie chciał się już zmieścić w obudowie). Na niektórych zdjęciach widać, że na początku zastosowałem fototranzystor. W czasie testów okazało się jednak, ze ma on za małą czułość (był to element po przejściach ;)).