Zaléváme květiny II - HW, jeho testování a bezpečnost řešení

21.6.2016 18:46 | Přečteno: 1782× | Debian | poslední úprava: 21.6.2016 18:46

V druhém díle trilogie (příští zápisek by mohl být poslední částí - shrnutí testovacího provozu + ostrého nasazení -- víte ale, jak to dopadlo s Básníky) budu reagovat na náměty z diskuze u minulého dílu, podíváme se na HW a zamyslíme se nad možnými riziky.

Náměty k zamyšlení z minulého dílu

Sousedka je celkem ochotná, problém je, že je jí přes 80 let a i když se předloni dovolovala, jestli mi smí borovici občas zalít (sousední terasa, technicky no problem), k zalití jako takovému bohužel nedošlo. V podstatě proto jsem se vrhnul do původní varianty s čerpadlem.

Zalévání pomocí knotu taky není špatný nápad, problém je dostatečný rezervoár vody, která by se neodpařil příliš brzy. Uvažoval jsem nad různými barely, to by se mi ale zase už na terasu nevešly ty kytky.

Ventil od pračky na 220V se už blíží tomu, co se chystám použít, chtěl jsem ale raději bastlit se slaboproudem.

Bezpečnost v případě selhání byl opakovaný dotaz - popíšu níže.

Použít splachovadlo mne nenapadlo, protože mé zkušenosti s touto technologií, zejména v provedení kolegů ze Slovenska, jsou ve skrze negativní. Kolikrát se stalo, že přes léto došlo k podtečení (to je lepší varianta, stačí opravit po příjezdu) nebo přetečení (to je horší, voda se musí zaplatit) zásobníku ... A ve finále by to stejně skončilo tak, že bych musel hlídat hladinu a podle toho zapnout nebo nezapnout čerpadlo.

Odkaz na Pihrta - neplánuju toho tolik využít, ale jako inspirace je to super, díky ow !

Tuxgraphics je taky dost inspirativní, hlavně vlhkoměr samo-domo ... no rozebereme níže. Každopádně díky Dreitovi !

Hardware a jeho testování

Spínač ventilu

Jak jsem minule psal, šuplíkový spínač IPOWER IP9258 jsem nechal napájet starý Edimax a změny na portu mi logoval Mikrotik (který logy poslal rovnou na Linuxový servřík). Zapíná se 4x denně, teoreticky na minutu. Chvíli bude trvat start switche a chvilku bude trvat než se vybijí kondenzátory. Očekával jsem tedy, že doba sepnutí bude dlouhodobě stabilní, pod minutu. Jestli k sepnutí dojde se zpožděním několik vteřin z výše uvedených důvodů neřeším, navíc je to z hlediska zalévacího systému irelevantní.

V době psaní tohoto zápisku mám v logu 34 sepnutí a vypnutí. Jak dlouho byl port eth5-testIPpower jsem si spočítal tímto zaklínadlem:

grep eth5-testIPpower /var/log/messages|awk '{if ($9=="up"){t=3600*substr($3,1,2)+60*substr($3,4,2)+int(substr($3,7,2))}else{print 3600*substr($3,1,2)+60*substr($3,4,2)+int(substr($3,7,2))-t}}'|sort -n

Výsledek mne příjemně překvapil. Nejenže malina pokaždé sepla (to je vidět už z prostého grepu), ale doby sepnutí byly docela homogenní:

Délka sepnutí	Počet
53 s	20 x
54 s	12 x
55 s	1 x
113 s	1 x

Jenom v jednom případě se něco někde zamyslelo a k vypnutí došlo až za "dlouho", t.j. o minutu později než mělo, ale opět - hlavně že se to vyplo . Takže již teď lze říci, že to spíná a rozpíná celkem spolehlivě (testování bude pokračovat nejméně do neděle, případně doplním).

Ventil

V neděli odpoledne jsem objednal spínaný solenoid za 440 Kč i s dopravou a v úterý odpoledne jsem ho měl v ruce. Příjemná vlastnost je, že ve vypnutém stavu je zavřený a teprve po přivedení 12V (polarita je jedno) se otevře - to je fajn a řeší to jeden z bezpečnostních aspektů.

Finální rozhodnutí bylo ho dát na sprchový vývod, který ale končí týmž závitem, tudíž jsem se musel ponořit do pro mne zatím neznámých vod instalatérských. To, co jsem potřeboval se jmenuje nátrubek (30-40 Kč podle materiálu) a pokud chcete, aby vám spoj závitu kov-kov nestříkal po celé koupelně, musíte to nějak utemovat, například páskou, kterou vám v kvalitních domácích potřebách doporučí, například se slovy: "No čím je to lepší, závisí na tom, na co jste zvyklý. Jo aha, vy nejste zvyklý na nic. Tak si vemte tuhle pásku za 12 Kč". Po obmotání páskou to - zdá se - těsní. V rámci testování jsem párkrát ventil otevřel a zavřel a na prodloužený víkend nechal "puštěnou" vodu (malý pramínek, ventil vypnutý), vystlal vanu ubrousky, aby bylo vidět, jestli to teklo a zmizel z města. Po návratu vše suché, takže ventil je - zdá se - taky OK.

Pro spínání ventilu jsem vytáhl šuplíkové trafo 12V (to, s kterým napájím testovací EDIMAX), takže jsem musel jenom koupit konektor a kábl (na straně solenoidu netřeba letovat, jsou tam šroubky) - takže dalších 56 Kč (kablík je delší aby se pohodlně vedl).

Vlastní zavlažovadlo

Vlastně finálním impulzem, který rozhýbal celou tuto akci, byl akční leták v Lidlu, kde inzerovali různé zahradní nesmysle a mimo jiné i "sadu na zavlažování florabest". V krámě jsem na to kouknul - no, 20 m hadičky, 15 zavlažovacích čuplíků a 5 "terminátorů", které by měly zalévat taky s třemi regulátory průtoku, pěti rozbočovači a 5 spojkami za "lid(l)ových" 269 Kč není úplně málo, ale zase člověk nemusí řešit kapátka, těsnost, hadičku, spojky atd. Tak jsem to nakonec vzal.Nejjednodušší bylo to připojit právě na 1/2coulový závit, takže mne to stálo ještě rychlospojku za 35 Kč, kterou jsem musel dát i na druhou stranu společně s kusem bakelitu zvaným "kohoutkový nástavec F1/2" u Rouska za 14 Kč. Zavlažovadlo jsem otestoval několikerým puštěním vody a zkušebním zavlažením, při čemž jsem zjistil, že terminátory nekapou (což by měly), zatímco regulátory průtoku kapou (což by neměly). S obojím se ale celkem dá žít, trochu jsem upravil zapojení (v tomhle systému očividně Kirchhofovy zákony nějak moc nefungují, resp. R ovlivňuje rozdílná výška květináčů). Ale předběžná funkčnost ověřena.

Kolik mne zatím tahle ptákovina stála

Hadici jsem měl už doma, kolik kdysi stála už nevím. Malina už je na místě též a zatím v podstatě není potřeba, protože curl by mohl volat klidně i server - takže v tento okamžik je to spíš webkamera. Spínač ventilu byl taky šuplíkový, taktéž trafo. Ventil i s kabelem a konektorem vyšel na 496 Kč, instalatérský a zalévací HW 393, celkem tedy 889 Kč. Ale kdo si hraje, nezlobí . Šlo by to určitě zlevnit, ale neměl jsem čas čekat týdny až měsíce na dodávku solenoidu z Číny a neměl jsem čas shánět hadičky a zavlažovací čudlítka (což by asi taky řešila Čína).

Bezpečnost

Co se může pokazit, se pokazí. Ale správně navržený systém to nerozhodí. V případě zavlažovacího systému můžou nastat v principu tři typy situací (pokud vás napadá ještě něco, napište to do diskuze):

Málo vody

Na rozdíl od čerpadlového systému, když nepoteče voda, tak nepoteče voda a nic se nestane. Bohužel uschnou kytky, což ale uvidím na kameře :-/, takže v případě krize můžu zkusit bombardovat telefonicky sousedku (pokud jí voda poteče) případně se modlit za déšť. Když nepůjde elektřina, výsledek je stejný. Když selže solenoid nebo jeho napájení a zůstane zavřený, dtto.

Moc vody

Může se stát, že se zblázní spínač ventilu a nechá ho v poloze "otevřeno". V tom případě je možné zkusit ho "shodit" z jiného stroje než Maliny, ev. někoho z baráku požádat, ať mi shodí hlavní jistič na chodbě. Problém lze omezit vhodně zvoleným průtokem vody (délka zalévání není důležitá, ke kytkám plánuji dodávat cca 100-300 ml/den podle počasí (možná i víc), takže při 15 stanovištích to vychází na 1,5-4,5l/den, tudíž průtok 2l/hod stačí (=zalévání 1,5-4,5 hodin v noci) - jenom ho budu muset nastavit ... V případě selhání tedy riskuji ztrátu 24l/den, za 3 týdny dovolené 1008 litrů, což vychází na cca 100 Kč. To je přiměřené riziko.

Voda na špatném místě

1. nebude těsnit spoj kohoutek-ventil nebo ventil-hadice. V tom případě situace jako "moc vody", voda odteče do vany.
2. poškození hadice při průchodu na terasu - pro případ zpuchření je ohyb již za venkovní izolací, takže voda odtéká do okapu
3. spoje zavlažovacího systému - položeny na kořenáč révy, takže přelitá réva (snad nezplesniví).

Další plány

1. Budu muset nastavit průtok "nadřazeným kohoutem" a otestovat za mojí přítomnosti kolik vody je "akorát" na základ. Navíc nastavit průtok 32 ml/min bude taky sranda - vidím to na odměrný válec a stopky Pro začátek 8 ml/15s - no on je to v podstatě kapající kohoutek (hmm, asi by se dal spočítat objem kapky a z toho vyjít. Každopádně jsem zvědavý, jak se bude "zalévací systém" při tak nízkém průtoku chovat - pokud to nepůjde, budu muset věřit solenoidu a nechat vyšší průtok s rizikem vyššího účtu za vodu).
2. Pokukuju po tom měření vlhkosti - pomocí odřezků tišťáků by se možná dala dělat krásně levná vlhkostní čidla za cca 15 Kč/kus (trojžilový "zvonkáč", 555ka za 7,40, jeden kondík za 1,60 a dva odpory cca 5 Kč) s tím, že by se to napájelo jen když by se měřilo (na straně RPi nějaký multiplexer a frekvenci "pískání" buď přímo na GPIO nebo nějakým frekvenčním analyzátorem (což by při multiplexeru stačilo 1x). A s 4bitovým multiplexerem by to obsloužilo až 16 čidel, čímž bych měl pokrytou většinu květináčů (resp. jejich reprezentativní vzorek). Akorát koukám, že v e-shopech nevědí co chtít za ten drát, achjo, zase bude kabel dražší než elektronika ... Nezkoušeli jste někdo zvonkáč z Číny ? Tohle stačí na příští rok
3. Průtokoměr kolegy Pihrta by mohl být zajímavé rozšíření

Každopádně ještě jednou díky za bezva podnětnou diskuzi pod minulým dílem, doufám, že se zase něco dozvím ...        

Komentáře

[PepaSFI]

ještě bych přidal radu k hardware části. Doporučuju zamyslet se nad trasou hadice a v místech potenciální netěsnosti spojů, tedy hlavně na začátku a konci počítat s nějakým ukápnutím. Zkrátka tomu udělat lancouchy neboli průvěsy na vhodných místech aby případná kapka vody z netěsné koncovky která bude ztékat po hadici, odkápla na bezpečném místě a ne někde do podlahy. Takže první průvěs asi bude přímo ve vaně a na opačném konci někde u toho zalívacího aparátu. A možná neuškodí zamyslet se i nad zkondenzovanou vodou. Mám zkušenost že podle počasí se hadice dokáže dost výrazně orosit když se ochladí protékající vodou. A to až tak že se pod ní dělají loužičky.

[Georgius]

díky za tipy -

1. kupelnová část je jasná, hadice je trochu delší, takže ve vaně nechám smyčku.
2. Na druhé straně to není kritické - nejnižší místo tak jako tak je až na terase pod úrovní prahu, uvnitř v bytě plánuju "vlnu" ve stylu smyčky horkovodu, aby měla zbylá voda tendenci utéct "ven" nebo do vany. Ale dobrá připomínka, zapomněl jsem tuhle "vlnu" zmínit.
3. kondenzace vody - "průtok" nebude až tak velký a plánuju zalévat především v noci, kdy rozdíl teplot snad nebude tak velký. Navíc v hadici bude zbytek vody z minulého zalévání, takže by teplota teoreticky měla klesat postupně ... no, mám brouka v hlavě. Na druhou stranu by i kondenzovaná voda měla téct po spádu, takže lavor na nejnižším místě by byl řešením. Jinak bez klimy je v pokoji u terasy v létě klidně 30 stupňů, takže odpar kondenzované vody bude docela velký ...

[Kvakor]

Může se stát, že se zblázní spínač ventilu a nechá ho v poloze "otevřeno".

No, tohle by šlo řešit na dvou úrovních - na straně RPi a na straně ventilu. Optimlní by bylo zkombinovat obě, ale nejspíš by stačilo jen jednou.

Obrana na straně RPi je watchdog, pokud se RPi zasekne, tak se restartuje a přitom se všechny GPIO nahodí do původního nastavení (bvětšinou se chovají jako vstup nebo vysoká impedance), takže pulldown k zemi zajistí nulu na výstupu hned po restartu. Výhoda je, že se tím pak obnoví i ostaní komunkace, přitom samotný watchdog je přímo součástí SoC a stačí jen nastavit, viz Auto-reboot a hung Raspberry Pi using the on-board watchdog timer.

Obrana na straně ventilu je monostabilní klopný obvod v budiči výkonové součástky, co spína ventil, tedy nejspíš nějakého výkonvého MOSFETu. Protože GPIO na RPi dají jen necelé 3,3V, musel by se použít nějaký spínající už od nízkých napětí (ty běžné chtějí okolo 8-10V) , nebo se tam dá dát budič (low side, protože MOSFETy s N nanálem jsou levnější a mají menší odpor v otevřeném stavu), což je lepší, protože bude jistota, že MOSFET bude otevřený naplno. No a pokud bude tím budičem monostabilní klopný obvod udělaný řekněme z časovače 555, tak se délká sepnutí nastaví přímo hardwarově - i kdyby RPi zustalo "viset v jedničce", ventil se sám vypne po předem nastaveném intervalu.

Osobně bych asi použil watchdog v RPi a ventil bych spínal rovnou, ale pro větší spolehlivost bych galvanicky oddělil obvody RPi a vetilu optočlenem. Ten pak bude na straně ventilu pouštět plných 12V přes odpor v řádu stovek ohmů do gate výkonového MOSFETu s N nanálem, mimo toho tam ještě musí být jeden odpor mezi GPIO RPi a optočlenem (ten se vůči RPI bude chovat jako IR LED), druhý mezi gate a zemí (ten by měl být větší, v řádu desítek kiloohmů), no a nakonec antiparalelní dioda (nejlépě nejaká rychlá) zapojená přes vstupy ventilu, poněvač ten je z elektrického hlediska cívka (na vnitnří diodu v MOSFEtu v tomto případě nedoporučuju sázet).

[Georgius]

No jo, ale já to mám s RPi propojené WiFinou , ten solenoid otevře "resetátor" (připojený klasickým ethernetem k routeru) ze starých dobrých CzF časů na příkaz, který dostane přes http get. Na druhou stranu, nepamatuju si, že by kdy kdo řešil resetátor resetátoru . Nicméně i tak díky za inspirativní poznámky, jako alternativu jsem měl právě optoelektrický oddělovač (a kdybych neměl ve skříni ten resetátor, tak bych to tak asi i byl postavil). Ale mít to "v pulzním režimu" mne nenapadlo, to je velice chytrá pojistka !

[Dreit]

Monostabilní 555 s resetem (PNP tranzistor paralelně ke kondenzátoru) a derivačním článkem na vstupu -> signál pro spínání 555 bude muset být střídavý, kdyby se malina hryzla s GPIO nastaveným na log.1 či log.0, tak se obvod po vteřině zastaví. Samozřejmě potom platí, že se signál musí generovat nějakým programem softwarově a ne jen nastavit PWM výstup, který by mohl běžet i v případe zátuhu zbytku systému.

[Dreit]

Radši se zeptám, co přesně je cílem? Má malina řídit kompletně všechno, nebo se má o zalívání raději postarat nějaká elektronika s tím, že malina bude jen logovat kdy k události došlo a bude mít možnost ovládat ventil? Jak by to autorovi nejvíce vyhovovalo?

[Georgius]

Myšlenka je taková, že malina ve finále vyhodnotí komplexně všechny dostupné informace (vlhkost půdy, meteogram Aladin, možná sílu větru a třeba srážky za posledních x hodin) a udělá kvalifikovaný odhad, zda má smysl kytky zalít a zhruba kolik (klidně ve finále nějaký složitější model včetně klesající důvěry v předpověď ČHMÚ s časem). Takže jí třeba vyjde, že se má kytkám dát 2,15 litru vody, otevře ventil (v pozdější fázi si možná udělám radost průtokoměrem ) a po zaití ho zavře. Ovládání ventilu může a nemusí být přímo malinou (t.j. nyní oddělený spínač ovládaný přes http, protože je ventil v koupelně. Pokud se ale řešení osvědčí, natáhnul bych možná normálně trubku a pak by stačil ventil venku -> spínání přes GPIO). Ty níže zmíněné ATtiny se mi začínají podezřele líbit .

[Dreit]

Tak potom ta 555 fakt nemá důvod v květináči být, opravdu bude lepší to Attiny a tahat data po sběrnici

[⧠ A = 0]

K tomu knotu / kusu hadru: Odpařování se dá řešit jednoduše, prostě se ten kýbl přikryje třeba nějakou fólií. Podobně knot se dá něčím obalit. Pořád je to asi nejlepší lo-tech řešení.

[Dušan Hokův]

A co vnucka te sousedky?

[Georgius]

někde v daleké zemi (detaily jsem neuložil do paměti)

[Josef Kufner]

Na 555 se vykašli. ATTiny a podobné jednočipy stojí prakticky stejně (skoro nic), mají sériové rozhraní (jednodušší komunikace s více čipy) a ušetříš na ostatních součástkách (nejde o jejich zanedbatelnou cenu, ale o jednodušší zapojení a konstrukci).

V podstatě pak potřebuješ jen elektrodu a čip. Nic víc, ani ty pološné spoje nejsou potřeba (pokud to není elektroda).

[Dreit]

Taky mě to napadlo, s I2C komunikací to navíc může všechno viset na čtyřech drátech (klidně UTP kabel) - jedno ATtiny má čtyři 10-bit A/D převodníky, I2C čidla taky nestojí svět a malina s I2C komunikovat umí sama o sobě. Pak stačí jen spatlat program pro malinu, naučit ATtiny tvářit se jako I2C slave a zpracovávat data dle libosti. Mimochodem u první maliny pozor na hardwarový bug v I2C části.

[Georgius]

i2c mne taky napadlo (malinu mám už dlouho, možná budu mít štěstí na ten bug ), jen jsem si s tím ještě nehrál a netuším, jestli exituje v nějaké rozumné podobě - 30 babek resp. 15 bez obalu i 5 USD i dvě kila Kč mi přijde řádově víc než 15 Kč . Navíc s 555kou by to byly slovy dva odpory a kondík, to se dá naletovat naprase rovnou na nožičky .

[Dreit]

Hádám že autor komentáře spíš navrhoval přímo nahradit 555 tím Attiny - pořád používat desky v květináči jako kondenzátor a podobně měřit, ale výstup tahat digitálně (třeba po tom I2C) do maliny, která si to bude řídit. Případně to může řídit samo Attiny s tím, že mu malina může upravovat chování.

Za sebe bych byl taky pro tu 555.

[Josef Kufner]

O těhle předražených destičkách vůbec nemluvím. Mluvím o jednočipech od Atmelu, kterými nahradíš tu 555 (ATtiny má také analogový komparátor) a píchneš to rovnou na I2C na RaspberryPi. Ty jednočipy mají RC oscilátor integrovaný, takže k provozu nepotřebují vůbec žádné další součástky. Tedy celé zapojení se omezí na květináč, ATtiny, čtyřlinka, RaspberryPi. A klidně bych ten jednočip napájel rovnou na elektrody a zakápnul do tavného lepidla, takže by mezi kytkama vedl jeden kabel (jako mezi svíčkama na vánočním stromečku) a nic by jinak nebylo vidět.

Jinak pro měření vlhkosti je místo kondenzátoru v tom oscilátoru zapojen právě květináč a měnící se kapacita květináče mění kmitočet oscilátoru. Tedy v případě, že elektrody jsou izolované. Pokud izolované nejsou, je květináč zapojen namísto odporu a kmitočet je pak ovlivňován trochu jinak.

Pokud se použije ATtiny nebo podobný jednočip, můžeš pomocí PWM do květináče pouštět signály o různých frekvencích a pomocí AD převodníku měřit frekvenční charakteristiku květináče. Pak by se dalo měřit vedle vlhkosti i složení hlíny, zda už je potřeba přihnojit a podobně.

[Georgius]

Ahááá, díky za link. 30 Kč místo 15 už alespoň není řádový rozdíl a možná se rozdíl vrátí na kabelu. Akorát to někdo bude muset možná každých padesát let přeflešovat . S těmito zvířaty jsem neměl tu čest - k tomu jsou nějaké hotové programátory (třeba to co má vyfocené ve svém článku Tišnovský, nebo si to každý pořádný kluk udělá sám ? Stačí nasměrovat, prosím ...

[Zdenda]

Vyber si

[Josef Kufner]

Jinak z číny lze objednat i programátory s pěkným hliníkovým krytem, jen je potřeba je přeflashovat, neboť mají nepoužitelný firmware (takže potřebuješ už jeden funkční programátor mít).

Pak se taky vyplatí si z Číny objednat balík jednočipů, neboť tam stojí občas i výrazně méně a při experimentování občas nějaké ztráty jsou.

Jinak nenašel jste někdo podobný programátor s podporou Debug Wire?

[Georgius]

Když člověk ví co hledá, je život jednodušší - díky !. Ale je potřeba káblíková redukce nebo něco takového - každpádně pokud bych si udělal vlastní propojovací kablík, můžu zneužít patici v logitroniku ... Ale v zásadě je to tohle, že jo ?

[Josef Kufner]

A nebo si můžeš pořídit chlebadesku a drátky.

[Dreit]

Jop, je to on. Mám jeden kousek z Číny, na programování jsem si zbastlil tohle a když mě jednou za čas přepadne nutkání něco tvořit, tak si programuju. Mimochodem, než Attiny13 budeš mít možná lepší Attiny25/45/85, první číslo značí velikosti vnitřních pamětí. Součástky můžeš nakupovat v TME.eu, pokud to nepotřebuješ do dalšího dne, tak máš dopravu za lidových 40Kč a výběr mají na můj vkus opravdu monstrózní. Jen pozor na násobnost, někdy je tam jedna součástka víckrát s tím, že jednou ji můžeš koupit po jednotlivých kusech a jindy balení po 1000ks.

[Georgius]

Jo a nebo - koukám, že se dá programátor spíchnout rovnou z Maliny Takže zalévací systém, který si rovnou naprogramuje v patici své senzory ? DD

[Josef Kufner]

Ta zkratka "ISP", kterou ty USB programátory na sobě mají znamená In System Programming. Typicky tak, že zařízení má vyveden programovací konektor, kterým se to programuje a případně i ladí (pokud to není SPI, ale JTAG nebo DebugWire).