Zielona rewolucja

Jak to się zaczęło...

Skąd w ogóle wziął się pomysł na ten projekt? Zaczęło się całkiem zwyczajnie, od pewnego prezentu. Kto wie jakiego? Tak macie racje. Dostałem paprotkę (łac. Polypodium Vulgare). Ze wszystkimi roślinami doniczkowymi jest jednak pewien problem, który na pewno dobrze znacie. Niestety trzeba je czasem podlewać. Straciłem już kiedyś kaktusa (a one wcale nie wymagają częstego podlewania!) i nie chciałem mieć kolejnej rośliny na sumieniu.

Analiza problemu... pierwsze elementy projektu!

Mamy więc określony problem. Co zrobić by nie zapomnieć o podlewaniu? Kiedyś widziałem taki czujnik sprawdzający wilgotność gleby. Sygnalizował, że już jest ten czas - czas podlewania :). Przejrzałem czasopisma elektroniczne i po chwili znalazłem interesujący mnie artykuł. Naszła mnie wtedy chwila refleksji. Wszystko było by dobrze gdyby nie to, że rodzi to kolejny problem. Powiedziałbym, że bardziej natury ideologicznej. Ponieważ teraz na każde "zawołanie" czujnika musiałbym pójść po butelkę z wodą i dokonać czynności zwanej podlewaniem. Bez takiego układu przynajmniej sam decydowałem o tym czy moja roślina potrzebuje wody. Jednak tak dalej być nie może! Pozostawmy te półśrodki! Otwieram szufladę. Z pośród wielu pozostałości po budowie chłodzenia wodnego wyjmuję Aquela (pompkę), rezerwuar (czytaj plastikową butelkę) i kawałek zielonego węża.

Krótkie spojrzenie na te elementy i mam już w głowie zarys konstrukcji mojego ASDPP (automatycznego systemu do podlewania paprotki - jakby ktoś nie wiedział... :)). Na samym początku przystąpiłem do budowy instalacji nawadniającej. Zasada działania jest bardzo prosta - pompka pobiera wodę ze zbiornika i pompuje ją do węża, który jest owinięty wokół doniczki. W wężu, w równych odstępach, zrobione są otwory dzięki czemu powstaje równomierny natrysk. Ale po kolei. Pompka Aquel, którą posiadam przeznaczona jest do pracy w zanurzeniu, w oczkach wodnych (fontanny). Tutaj będzie musiała jednak pracować jako niezatapialna. Po zrobieniu odpowiedniej dziury w plastikowej butelce i dopasowaniu jej do wlotu pompki, całość połączyłem za pomocą plastycznej masy (coś jak Poxilina) i dwuskładnikowego kleju Distal (może to być jakikolwiek klej dwuskładnikowy). Następnego dnia (klej schnie 24h) sprawdziłem czy połączenie jest szczelne. Obyło się bez przecieków :).

A co z poziomem wody?

Kolejnym ważnym elementem jest czujnik poziomu wody. Zrobiłem go w jeden z najprostszych sposobów. Niewielki magnes (8mm x 5mm x 2mm) został przyklejony do pływaka wyciętego z kawałka pianki (takiej do izolacji rur). Całość została zakotwiczona do ścianki butelki na pasku folii (dobrze widać to na zdjęciu). Po drugiej stronie ścianki przykleiłem kontaktron (to ta szklana rurka). Gdy poziom wody w zbiorniku zbytnio się obniży magnes zewrze styki kontaktronu, co w efekcie uruchomi alarm, a ten poinformuje nas, że trzeba uzupełnić stan wody!

Pierwszy etap pracy mamy za sobą.

Wąż

Wąż, który wykorzystałem w swoim systemie to zwykły, zielony wąż ogrodowy. Jeden koniec został zamknięty (plastikowa nasadka + klej Distal). Za pomocą igły, w odstępach ok. 1,5cm, zostały zrobione otwory. Pierwsze testy wykazały, że coś jest jednak nie tak. Albo te otwory są za małe, albo pompka nie wyrabia (nie wytwarza takiego ciśnienia). Skończyło się na wycięciu za pomocą nożyka większych otworów (ok. 1mm x 2mm) w odstępach 5cm.

Wąż został zamontowany za pomocą dwóch uchwytów przykręconych do doniczki z jednej strony (takich, których używa się do prowadzenia rurek w systemach grzewczych - być może macie takie w swoim pokoju) i jednej podpórki po przeciwległej stronie, od przodu. Dzięki temu wąż można, w razie potrzeby, bardzo szybko zdemontować.

Złożona instalacja nawadniająca wygląda następująco.

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 ;)).

Koncepcja

Koncepcja zmodyfikowania projektu pojawiła się gdzieś w międzyczasie, pomimo że nie było to początkowym założeniem. Na oświetlenie składa się 12 diod LED super-jasnych, zielonych, ponieważ ciężko o lepszy kolor w tym przypadku :). Piankowe elementy (nie wiem jak to inaczej nazwać) zostały wycięte z półprzezroczystej pianki grubości 9 mm. Zostały do nich przyklejone po dwa uchwyty (z tego samego materiału), które dzięki odpowiednim nacięciom wsuwają się w krawędź doniczki. Przyklejenie uchwytów odbywało się na dwóch etapach. Najpierw jakiś szybkoschnący klej, a następnie dwuskładnikowy Distal do utrwalenia całości. Na każdym takim elemencie znajduje się jedna dioda skierowana w dół, oraz na czterech z nich jeszcze jedna dioda skierowana do góry (do oświetlenia roślinki). Nóżki diod wygięte są w kształcie haczyków, dzięki czemu wbijają się w piankę i dosyć stabilnie trzymają na miejscu.

Dodatkowo dwie diody zostały umieszczone na plastikowym statywie oświetlając roślinę od góry. Statyw o wysokości 37 cm został wykonany z kawałka listwy do wykańczania mebli.

Małe dwu-pinowe gniazdo widoczne na zdjęciu poniżej służy do podłączenia reszty diod. Wszystkie zostały połączone równolegle.

Statyw został przykręcony do krawędzi doniczki za pomocą małego kątownika.

Nie wiem skąd się wziął u mnie pomysł z tymi znakami, ale wygląda to naprawdę interesująco (zresztą lubię wszelką symbolikę...). Kolega twierdzi, że są to znaki koreańskie... ale to nie jest ważne ;). Oznaczają one pory roku oraz kierunki świata.

Namalowałem je czarną farbą modelarską, za pomocą drewnianej końcówki pędzelka (kiedyś bawiłem się w takie rzeczy). Skończony sterownik po pomalowaniu wygląda tak:

A co z pompką?

Pozostał jeszcze jeden element wymagający wykończenia. Pompka przerobiona na niezatapialną, nie wygląda za ciekawie. Postanowiłem ją jakoś zabudować. Mój wybór padł na papier. Dlaczego akurat papier? Hmmm... jest łatwy w obróbce? Z kartonu wyciąłem najpierw szkielet i skleiłem go. Nie wygląda to jeszcze zbyt imponująco :).

Następnie wziąłem kolorowe kartki, klej i nożyczki (zabawa niczym w podstawówce na lekcjach techniki). Dalej to już tylko niczym nie zmącona radosna twórczość, bez konkretnych planów i założeń. A oto efekt końcowy...

...prawie końcowy :). Brakowało mi jeszcze jednego szczegółu.

Rezultaty!

Teraz to już naprawdę doszliśmy do końca. A oto rezultat naszej pracy:

Podsumowanie!

Jeszcze kilka słów podsumowania. Jest to mój pierwszy artykuł opublikowany na łamach Dzikie.NET, ale nie pierwszy w życiu i na pewno nie ostatni ;-). W dużej mierze za to wszystko odpowiedzialny jest Pepe2k, który to wciągnął mnie do Redakcji (cała przyjemność po mojej stronie - dop. Pepe2k). Chociaż artykuł jest dosyć długi, niektórzy mogą narzekać, że pominąłem kilka kwestii. A może jednak opis jest zbyt obszerny? Nie chodzi przecież o kopiowanie, tylko o inspiracje. Przez ten artykuł chciałem pokazać na czym polega prawdziwa idea moddingu. Za mocno powiedziane? Patrz dalej. Czytasz w Internecie, oglądasz zdjęcia jednej, drugiej, trzeciej modyfikacji... Wychwytujesz z nich najlepsze pomysły, których cienie można znaleźć w Twoich własnych projektach. Ja zawsze staram się dodać od siebie jakąś nową koncepcję. Dzięki temu scena moddingu staje się coraz lepsza. Jaki ma to związek z tematem? To pytanie pozostawię bez odpowiedzi... Jeszcze mała dygresja dotycząca tytułu tego projektu. "Zielona" - tak, "Rewolucja" - nie (gdyby ktoś miał wątpliwości... :)). W świecie moddingu już od bardzo dawna nie mieliśmy do czynienia z żadną rewolucją. Nawet projekty opisywane na stronach Bit-Tech są co najwyżej fajne (super, odlotowe - wpisz co uważasz za stosowne). Jeśli jednak pewnego dnia wpadnę na jakiś koncept to powiem Wam o tym, a wtedy razem pójdziemy tą drogą. To tyle z mojej strony... Tymczasem w podziemiach laboratorium ZielTec-u tworzone są kolejne dzikie projekty.

Media:

• zielonarewolucja_hi.wmv (wysoka jakość)
• zielonarewolucja_low.wmv (niska jakość)

NE555