Линейный актуатор делает теплицу более комфортной (спутниковые технологии на даче)

Я обещал рассказать, как автоматизировал теплицу, держу обещание. Данный товар был приобретен для автоматического и ручного проветривания теплицы. Брался при старом курсе осенью. Всем, кому не безразлична дачная тема прошу следовать под кат. Расскажу про само устройство и его применение в контексте теплицы (ардуинство, роутеры и тп). Осторожно много фото

Начнем с самого устройства, сразу скажу что вскрывать мы его не будем, я ранее вскрывал подобное устройство — там герметизация силиконом и потом нужно все счищать и заново клеить.
Актуатор данного типа обычно используется для позиционирования спутниковых антенн. Подачей прямого и обратного напряжения можно выдвигать или задвигать шток. Из-за его конструкции актуатор способен небольшой мощностью двигать довольно тяжелые предметы.
Устройство пришло в коробке на много раз запаковано пупыркой, шло около месяца через Финляндию, трек номер отслеживался.
Фото устройства:


Устройство производит впечатление вполне качественного изделия, все выполнено вполне аккуратно.
Размеры:





Вес (извиняюсь, сейчас проживаю на даче и более точных приборов у меня тут нет, впрочем, в данном случае не критично)

Длина кабеля

Как обычно, первым делом проверяем работоспособность, взяв типовой блок питания на 12В 2А, актуатор резво выдвинул шток, при смене полярности задвинул.
Время полного изменения положения штока составило: 18 с.

Электрические измерения:
ток потребления без нагрузки (при старте 0.7 А)

ток потребления с нагрузкой ( в качестве нагрузки использовал свои руки — с силой активно препятствовал его движению) Надо сказать, что мне не удалось блокировать его движение — стресс тест пройден :) 1,5 А (фото не будет — руки были заняты :) )
Пробуем пониженное напряжение — батарейка крона 9В, актуатор движется хотя и заметно медленней, цикл смены положения занял 29 с.

О надежности устройства говорить на этом этапе не могу — пока оно не показало себя в работе.

Ну а теперь самое интересное: практика применения.
На даче имеется теплица и рутинные процессы полива и проветривания — отнимали много времени и требовали присутствия. Я проложил пластиковые трубы по участку, теплица не стала исключением. Полить можно открыв кран на сарае, но его нужно открыть, а потом и закрыть. А для проветривания вообще требовалось руками открывать дверь и форточку. Данные актуаторы призваны были решить эту проблему.

Требовалось исполнительное устройство для приведение в движение проветривающих механизмов. Обычно мы проветривали теплицу открывая входную дверь и/или форточку. Теплица имеет две двери, и на каждой двери встроена форточка. В качестве входной двери мы использовали только одну, на второй двери открывали только форточку. Продумывая предстоящую систему автопроветривания, принял решение действовать от обратного. Неиспользуемую дверь будем открывать прибором, а на входной двери задействуем форточку — это позволит теплицей пользоваться в штатном режиме.

Актуатор конечно хорошо, но ему нужен обвес для воздействия на подвижные части. Обвес решил изготовить из того, что было под рукой. Под рукой оказалась квадратная трубка 2мм толщиной, сторона 2 см — она очень похожа на те трубки из которых сделана теплица. Для сохранения подвижности двери и сведения к минимуму неудобств от новых механизмов, принято решение располагать в самом правом углу двери (там где петли) крепеж актуатора. Труба отрезана до необходимого размера, на нее наварил пластины для крепления к трубе двери и уголок для создания шарнира аутуатора. Тут недавно обсуждали хорошую маску для сварки, у меня все проще — варил подаренным хамелеоном, в общем, вот все мое сварочное хозяйство (старая маска, агрегат, перчатки из толстой замши и новая маска (товарищ который дарил выбрал видимо самую яркую):

Резать металл удобно УШМ (болгаркой) с использованием станины (купил в леруа мерлен — стоимость порядка 1300 руб).

Итог этапа


В кадр попала лапа неведомого хищника :) На самом деле это мой помощник — показывает как и чего делать.

Сами подвижные шарниры актуатора сделаем немного более сложными чем просто трубки. Нам нужно, чтобы соединение было разборным, значит берем стержень с резьбой 5мм, он будет крепить весь шарнир с помощью двух шайб и гаек. По резьбе актуатору вращаться будет не комфортно, поэтому на него наденем втулку. А чтобы выставить высоту подвеса актуатора используем кусочки втулок большего диаметра. Получился бутерброд из металлов.

Таким образом будем фиксировать и подвижную и неподвижную части актуатора. К сожалению, тисков на даче у меня нет — поэтому согнул как смог уголок для крепления форточки. Ну и собираем все это дело, крепим саморезами к двери теплицы. Можно конечно было приварить, но я не уверен в правильном расположении акутуатора, и пока не имею опыта эксплуатации (в данном случае место можно будет подправить), второй важный аргумент за саморезы (при всем уважении к местному сообществу сварщиков): необходимость снимать часть поликарбоната с теплицы и защитить остальную часть мокрыми тряпками (тут скорее лень :) ). Итоговая конструкция в сборе выглядит таким образом:

Не шедевр инженерной мысли, но свои функции выполнять должно и абсолютно не мешает проходу.
Берем батарейку, проверяем конструкцию, слышим громкий треск рассоединения поликарбоната. Я писал ранее, что решил автоматизировать те механизмы, которые ранее не использовались, в общем, сильно плотно там все закрывается и открывается, хотя актуатор свою функцию выполнил. Исправляем плотный стык канцелярским ножиком, стало гораздо лучше.

От края двери я отступил примерно 12 см

Это позволило открывать дверцу на 107.5 градусов

Что вполне достаточно

На этом этапе исполнительный механизм готов (условно конечно: нет опыта реальной долгосрочной эксплуатации, еще нужно покрасить и тп.). Но мы ведь не ради возможности открыть форточку за счет химической энергии батарейки тут собрались… Нужно этим делом управлять.

Я уже писал про систему управления краном и сетевые модули, там были варианты использования контроллеров. Но тут немного иначе все… Впрочем действуем по порядку.

От сарая в теплицу прокладываем защитную трубу для кабеля. Режем металлические пластины и вещаем ip54 коробку на теплицу, протягиваем в коробку 220 и ethernet. Коробку решил вешать снаружи, так как дождика она не боится а вот высокая влажность теплицы и высокая температура могут негативно повлиять на содержимое. Внутрь поставил дифференциальный автомат и розетку, в доме и бане использую автоматы Legrand, Но тут попались китайские IEK, решил что криминала не будет и поставил их. Итог на фото:



Так как, витая пара проходит вместе с 220 В, используем экранированный кабель категории 5E. Я уже писал, что использую Passive Poe для доставки питания по витой паре устройствам, но тут иной случай, потребители мощные, расстояние приличное… В общем, доставим 220 и на месте получим нужные.
Нам в теплице потребуется много выводов контроллера и приличный объем памяти вариант с Arduino Pro mini и enc28j60 из прошлых моих обзоров, нас не устроит. Хотел поставить мегу с сетевым модулем, но подумав отказался от этого решения.

Итак, мой выбор:
ставим Arduino Nano (имеет usb разъем) и роутер TP-link MR3020 соединяем их вместе получается вкусное устройство. Ну и конечно, делаем свою печатную плату для всего что будет…

Так как актуаторы довольно не мало потребляют (особенно при активном сопротивлении), решил использовать 2 реле для каждого, это позволяет менять полярность. Схема подключения которую я использовал для реле (возможно не все представляют как менять полярность двумя реле):

Если подать 0 и 1 будет одна полярность, 1 и 0 — другая, (1 и 1, 0 и 0 — остановят актуатор)

В комментариях к обзору про кран были мнения, что проще реле чем микросхемы — я писал что это не так, и тут явно это видно. Реле нельзя напрямую подключить к контроллеру — ток требуется больше, ставим транзистор n-p-n в ключевом режиме, а для защиты от обратного тока ставим диод. Итог: на каждое реле требуется: 1 резистор, 1 диод и 1 транзистор

Я использовал транзисторы a42, резисторы по 1 кОм, диоды 1n4007. Вполне можно использовать другие элементы.

Задача нашего устройства не только проветривать теплицу, но еще: контролировать температуру, поливать, контролировать влажность управлять направлением забора воды, измерять освещенность и подсвечивать теплицу при необходимости. В общем, комбинация этого всего требует платку посложнее чем в прошлых обзорах, я решил ее сделать двухуровневой.
Там стоит и описанная в обзоре про кран микросхема l293, разъемчики необходимые и 4 реле + подтягивающие резисторы там, где это нужно.
Плата из Sprint Layout (точнее обе):


Изготовил с помощью ЛУТ, промежуточный этап:



Итог


Конечно все прозваниваем и тестируем, убедившись что ничего не напутали, шагаем вперед.

Роутер TP-Link MR3020 полюбился самоделкиными за компактный размер, неплохие бортовые характеристики, легкость установки OpenWrt и тд. Я тут не исключение, выносим с роутера творения программистов TP-Link-а, ставим OpenWrt, премонтируем корневой раздел на флешку и получаем, фактически, маленький компьютер с полноценным linux (мне эта ос нравится своей гибкостью и открытостью). Но откинем философию. Как поставить OpenWrt — немало статей — повторяться не буду. Ставим необходимые драйвера и пакеты для подключения arduino. Встроенный minihttpd нас вполне устроит, добавим грязи php (кто то скажет, что это не модно и тп, но мы решаем конкретные задачи холивары пусть идут мимо). Еще нужен пакетик ser2net — для удобного взаимодействия php с arduinio. Кстати чтобы arduino не перезагружалась при обращении к ней через serial, необходимо припаять электролитический конденсатор между gnd и rst arduino (5-10 мкФ), на моей плате это есть. Маленькое отступление — лучше брать Arduino Nano с чипом FT232 (FTDI) для usb, она чуть дороже самой распространенной с чипом ch340, но работает стабильнее, и снижается количество плясок с бубном.

Подключаем нашего монстра (плату) к роутеру и начинаем писать и отлаживать.
Чтобы загрузить программу конденсатор следует убрать, либо (многие привыкли к этому общаясть с программаторами без DTR и Arduino Pro mini) нажимать reset в момент загрузки. После отладки имеем вот такой (корявая пре альфа) интерфейс общения с теплицей.

Скриншот делал ночью, после похолодания, на самом деле, у нас не так все плохо )

Кстати шаровый кран тут тоже трудится:

Он подает воду на два сочащихся шланга, купленных в леруа.

Собираем все в кучу запихиваем в ящик на теплице, тянем провода и наслаждаемся начинаем отлаживать все это дело в боевых условиях. Для актуаторов, шаровых кранов и освещения я использовал ШВВП 2x0.5 проложенный в гофре из ПНД. Единственное тут бардак полный, отлажу и сделаю все аккуратно.


Температуру измеряет ds18b20, тут были несколько обзоров на эту тему. Я использовал влагозащищенную версию, подключение типовое красный +5, черный земля, синий(или зеленый) сигнал на контроллер, сигнальный нужно подтянуть к питанию резистором в 4.7кОм. Влажность в теплице конечно можно измерять, поставив dht22, но я решил, что мне пока не нужно. Свободные пины на плате имеются в достатке, так что система способна к расширению. Теперь можно с работы или из дома, да можно и с телефона, зайти посмотреть как себя чувствует теплица, и при необходимости вмешаться в процесс.

Прелесть применения роутера еще и в том, что легко можно воткнуть usb камеру и звуковую карту и использовать их в своих делах. Я пока не сильно доверяю своей автоматике — повесил камеру в теплицу и могу видеть все процессы, а звуком можно предупреждать о каких-то действиях. Вот фотография с моей камеры
Упс… выложу позже уже темно и там ничего не видно ...


и сама камера


Я проживаю в Сибири и сильные ветра не редкость. Такой ветер способен повредить конструкцию, поэтому в ветреную погоду лучше теплицу не открывать, а если и открывать то не с той стороны где ветер. У меня над этим работает датчик направления ветра и датчик силы ветра, но это уже другие темы.

Ну и видео работы актуатора:




видео не с начала, так как мне нужно было на телефоне нажать кнопку управления, а потом переключится на камеру

На этом заканчиваю, всем спасибо. Не стал уж прям совсем подробно писать, иначе люди уснут на половине обзора, но постарался рассказать ключевые моменты. Как всегда надеюсь, что кому-то материал окажется полезным (весь или отдельные куски). Мне, например, имея подобный обзор, было бы существенно легче реализовать то, что я задумал.

Никто ничего не давал — купил то что нужно для конкретных целей.

Если будет интересно — продолжу писать про свою автоматику дачную )

UPD: Выложил недостающий снимок с камеры

UPD: А вот так выглядит теплица ночью со включенными фитолампами, жесть )