OctopusLAB 66
Projekty automatizované zahrady
V minulém díle jsme se zabývali měřením hladiny s následným spouštěním čerpadla, kdy jsme potřebovali odčerpávat nežádoucí vodu nebo jen monitorovali vodu ve studni. Jako další krok se nabízejí komplexnější projekty automatizované zahrady nebo skleníku. Ty šetří nejen čas, ale – pokud jsou navržené dobře – i vodu. A obojí je dnes stále více žádoucí.
Spolupracovali jsme na projektu automatizace závlahy velké zeleninové zahrady. Jako senzory vlhkosti jsme zkoušeli odporové i kapacitní (podrobněji se o nich zmíníme v dalším díle). Systém běžel na 24V, byl připojen k internetu přes modul LAN (kabelem). Využívalo se kapénkové závlahy, která byla pouštěná do jednotlivých okruhů pomocí ventilů (ve spodní části obrázku).
Na dalších dvou obrázcích je open-source FarmBot – „farmařící robot“. Koncept malé plně automatizované zahrádky. Robot je vybaven pohyblivým ramenem s výměnnými nástavci, které slouží k sázení, zalévání nebo k odstraňování plevele. Dále je zde kamera, která zaznamenává postupný růst a také je v plánu, že rozezná plevel od žádané rostliny. Plevel pak speciálním „kolíčkem“ už v zárodku zastrčí hlouběji do země. V aplikaci si můžete přesně definovat, kde co poroste. A stačí pak už jen občas zkontrolovat, zda vše běží, jak má.
Přiblížíme vám však ještě jeden trochu odlišný koncept. Před několika lety jsme se totiž podíleli na vývoji malého hydroponického systému Parallel garden. Hydroponické pěstování salátu a bylinek v interiéru bylo v té době velmi populární. Podobně pak i akvaponie (hydroponie spojená s chovem ryb), ale o té snad někdy příště.
Co je to hydroponie?
Wikipedie uvádí: „Hydroponie je pěstování rostlin bez půdy v živném roztoku. Nejvhodnějším substrátem je v tomto případě keramzit – expandovaný jíl. Hydroponicky je možné pěstovat téměř všechny pokojové rostliny, ovoce i zeleninu (meloun, okurky, rajčata apod.), nebo květiny (karafiáty, gerbery apod.) pro produkci řezaných květů. Užitkové rostliny ve sklenících se také pěstují hydroponicky buď v minerální plsti, nebo v roztoku na „tenké vrstvě“. V těchto systémech voda cirkuluje, mimo záhony se zpět vrácený roztok filtruje, doplní se živiny, upraví pH a teplota. Podle systému a účelu pěstování se přidávají hnojiva.„
Na obrázku (nahoře) jsou vidět závlahové trubičky vedoucí k jednotlivým rostlinkám (zde saláty).
V dolní části je pak schematicky velmi zjednodušeně naznačeno provázání celého systému. Miniaturní počítač Raspberry Pi s kamerou posílá každou hodinu fotku do datového úložiště. Ze získaného časosběru je pak vidět, jak rostliny postupně rostou a jak se jim daří.
K ESP32 (s Micropythonem) je připojen senzor teploty a vlhkosti (postačí jediná sonda). pak je zde pomocí relé spínáno oběhové čerpadlo. Do cirkulující vody jsou přimíchány i potřebné živiny (speciální přírodní či syntetické hnojivo).
OctopusLAB 67
Automatizovaná zahrada – Parallel garden
Projekt Parallel garden byl v základu koncipován jako open source, to znamená, že v této fázi jsme dávali k dispozici většinu podkladů, podle kterých si podobný box můžete sami také zhotovit. Základ – „krabice a hadičky“ původní větší verze (autorem je Jakub Hamata):
https://github.com/ParallelGarden/Hydroponics-in-a-box
Záměrem bylo projekt co nejvíce rozšířit a zapojit tak další nové vývojáře z celého světa. Úplně se to nepodařilo, nevím jak v „mechanické“ části, ale za hardware a software nám nikdo nepomohl. Sice máme v Githubu několik hvězdiček a pár „forků“, ale až pull request a commit se počítá (viz díl o gitu).
Použili jsme opět naše oblíbené ESP32 a program je napsán v Micropythonu. ESP32 monitoruje a řídí celý systém. Měří intenzitu světla, vlhkost minerální vaty, ve které rostlinka roste, a okolní teplotu. Pak podle potřeby spíná osvětlení nebo malé čerpadlo. Raspberry Pi s kamerou pouze fotí a každou hodinu posílá fotku do cloudu. Bylo použito pouze pro pár vývojových prototypů. Jinak je jen jako volitelné zařízení.
Využili jsme prototyp naší vývojové desky pro IoT (internet věcí). Nyní sice více využíváme specializované moduly (PLCshield nebo doplňkový FETboard s více spínanými kanály), ale základ propojení by zůstal v principu shodný:
Naše IoT elektronika, hw, sw, fw, db a web frontend – dnes už trochu zastaralá verze:
https://github.com/octopusengine/octopusLAB_parallel_garden
OctopusLAB 69
Automatizovaná zahrada – zobrazování hodnot a senzory
Základní verze elektroniky nebyla složitá. Pro jednoduché experimenty do začátku byla plně postačující.
Senzor světla BH1750
Rostliny pro svůj růst potřebují kromě vody a živin i světlo. I v případě venkovního skleníku se někdy při slabém osvětlení doporučuje dodatečné přisvícení. Dříve se používaly halogeny, ale dnes už to jsou výhradně světla LED, ideálně v plném spektru denního světla (nebo se mu alespoň co nejvíce přibližujícím). Podle určitých studií se pro vybrané rostliny používá jiné spektrum na list (salát, bylinky) či květ (květiny), jiné na plody (rajčata, jahody), ale nemáme zde dost prostoru to zde podrobněji to popsat.
Pro použití v interiéru je dodatečné svícení nezbytností. Záleží, zda pěstujeme rostliny někde v tmavém koutě nebo u okna. Senzor BH1750 nám dává měřené údaje přímo v luxech a tak nám pomůže určit, zda bylo světla dostatek a pomocné svícení spínat podle potřeby. Světelný výkon se přibližně rovná dodávanému příkonu. LED totiž tolik nehřejí. Právě ztrátové teplo bylo u halogenů či klasických starých žárovek překážkou pro větší rozšíření. Šetřit se musí nejenom vodou, ale i elektrickou energií.
Senzor vlhkosti – na obrázku ilustračně
Zkoušeli jsem různé varianty – nejběžnější byl odporový nebo kapacitní. Jednodušší je odporový, který funguje na principu měření odporu mezi dvěma elektrodami. (Vlhká půda vede elektřinu podstatně lépe než suchá.) Vlhkost pak měříme každých deset minut a napětí (napájení) do senzoru spínáme pouze při měření (na 1-2 vteřiny). Jinak elektrody vlivem elektrolýzy rychle degradují. Senzor na obrázku vlevo, kdy jako elektrody sloužily pocínované plošky na plošném spoji při trvalém zapojení byl už po dvou měsících nepoužitelný (plošky byly zoxidované a z části „odleptané“). Kapacitní čidla kupovaná v Číně mají mnoho neduhů. Téměř 90 % z nich má odhalenu a zdoukumentovánu nějakou chybu (od variant, kdy to nefunguje moc dobře až po verzi, kdy to nejde vůbec).
Senzor teploty DS18B20
Především pro hydroponii v prostorech, kde může teplota výrazně kolísat – tedy v kanceláři, chodbě či garáži – je teploměr důležitý. Intenzivnější vyvětrání či průvan, kdy se rostliny octnou ve prostředí pod 5-7 stupňů, to může mít nežádoucí vliv na jejich další zdravý růst. Nižší teploty pak rostliny mohou i zahubit. Podobně pak nevětraný skleník v parném létě se na úrodě podepíše neblaze.
Použili jsme senzor DS18B20 od firmy Dallas. Opět doporučujeme koupit od ověřeného dodavatele nebo lépe, čidlo chvíli testovat (vedle důvěryhodného a zkalibrovaného). Odchylka 1-2 stupně se dá dokorigovat, ale měli jsme pár čidel, které měřily i 5 stupňů rozdíl a s časem se to měnilo na 1-10 nahoru i dolů).
Údaje ze senzorů jsem si posílali pomocí MQTT do Influxu a hodnoty pak mohli průběžně sledovat. Na grafu je vidět kolísání teploty (červená), postupné vysychání substrátu (klesající modrá), a zelená je zaznamenání sepnutého LED osvětlení. Špička na horní úrovni je ostré polední slunce, které se do okna dostalo a přesvítilo tak i LED osvětlení..
Vybrané měřené údaje jsme mohli sledovat i na malém OLED displeji. Ale máme zkušenost, že po několika dnech testování se na displej už skoro nikdo nedíval. V další verzi jsem ho chtěli mít trvale vypnutý a hodnoty zobrazit pouze po stisku tlačítka.
Raspberry Pi s kamerou nám každou hodinu vytvořilo fotku. Fotky jsme si nechali posílat pouze během dne nebo když se svítilo. Následně se z několika obrázků týdně daly vybrat záběry, ze kterých jsme pak složili animovaný gif nebo vytvořili časosběrné video. Cílem bylo porovnat, jak se daným rostlinkám daří v různých podmínkách (jiná prostředí, druh a doba svícení, typ hnojiva a podobně). Při delším období pozorování a větším vzorku dat by se dalo pěstování optimalizovat.
co se asi nevejde – a být to tam nemusí
Projekt jsme byli představit Zahradnické fakultě (MENDELU) v Lednici.
Zde je fotka z 3D kamery, protože celý koncept jsme pojímali více futuristicky. Například i jeden z prvních salátů byl na speciální akci v pražské Paralelní Polis vydražen za Bitcoin a výherci doručen dronem. Ale šlo spíše o marketingový krok a nevšední podívanou. Zatím nás čeká ještě hodně vývoje – ale nejsme sami, po celém světě je hydroponické pěstování stále více populární, tak se můžeme i inspirovat a poučit od druhých.