DIY - sterownik nawadniania - część 2. - Budowa sterownika - podstawa (sprzęt)

opublikowano 27.05.2020, autor: Marek

W tym odcinku naszego przewodnika zajmiemy się przygotowaniem bazy sprzętowej - minikomputerem Raspberry Pi oraz listwą przekaźnikową - naszym podstawowym elementem wykonawczym. Nie widziałeś poprzedniego odcinka? Zobacz - https://podlewaj.pl/blog/diy-sterownik-nawadniania-czesc-1

Lista elementów

Na początek szybki przegląd przez elementy których będziemy potrzebować. Wyjaśnię do czego służą i czym się kierować przy wyborze właściwego elementu w dalszej części tesktu.

  1. minikomputer Raspberry Pi (dowolna generacja, min. 512MB RAM)
  2. karta pamięci microSD (najlepiej serii Endurance firmy Sandisk, Kingston lub Samsung)
  3. zasilanie Raspberry Pi - zasilacz wtyczkowy microUSB (lub USB-C dla Raspberry Pi 4), min 2.5A
  4. listwa przekaźnikowa z optoizolacją (ilość wyjść zależna od ilości stref)
  5. Przewody połączeniowe typu goldpin, żeńsko-żeńskie

Raspberry Pi

Do realizacji systemu nawadniania nie trzeba wyrafinowanego sprzętu - minikomputer Raspberry Pi idealnie nadaje się do naszych zastosowań. Bardzo niewielkie zużycie prądu, funkcjonalność pełnego komputera PC, kompaktowe rozmiary i atrakcyjna cena - a przede wszystkim, dostęp do uniwersalnych portów wejścia/wyjścia - nieobecnych w typowym komputerze PC. To właśnie za pomocą tych portów będziemy sterować naszymi elektrozaworami.

Raspberry Pi produkowany jest już od wielu lat, stąd różnorodność wersji na rynku. Dla naszych potrzeb wystarczy w zupełności pierwsza wersja, oznaczona jako Raspberry Pi B+ posiadająca 512MB RAM. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, żeby wykorzystać kolejne wersje - na ten moment, pod kątem oprogramowania niczym się one nie różnią (zmienia się tylko szybkość ich procesora czy ilość dostępnej pamięci).

Karta pamięci

Skoro jest to odpowiednik komputera, konieczny jest też dysk. Raspberry Pi wykorzystują do tego kartę microSD (poza bardzo wczesnymi wersjami, które używały karty SD). Ponieważ karty te mają pewną skończoną ilość cyklów zapisu, po których zaczynają odmawiać współpracy, warto zainwestować w nieco lepszą kartę - np. taką z serii Endurance. Są to karty stosowane w wideorejestratorach, dzięki czemu wytrzymują dużo więcej zapisów niż zwykła karta SD. Ich koszt jest nieco większy, ale nie warto na tym oszczędzać. Nie potrzebujemy za to pojemności, w zupełności wystarczy wersja 32GB.

Zasilanie Raspberry Pi

Nasz sterownik wymaga także zasilania. Wykorzystamy gotowy zasilacz wtyczkowy o natężeniu przynajmniej 2.5A. Dobrze sprawdza się tu np. zasilacz firmy Akyga o symbolu AK-TB-06. W przeciwieństwie do wielu chińskich zasilaczy, rzeczywiście jest w stanie dostarczyć odpowiednią moc.

Listwa przekaźnikowa

To nasz główny element wykonawczy. Za jej pomocą będziemy załączać i wyłączać napięcie zasilające elektrozawory, otwierając i zamykając dopływ wody do poszczególnych stref. Jaką listwę wybrać? Przede wszystkim taką, która ma dodatkową optoizolację. Co to za wynalazek i co umożliwia? Jest to rodzaj dodatkowego zabezpieczenia, które przy okazji pozwala na wykorzystanie bardzo niskiego napięcia (zaledwie 3.3V) które pojawia się na portach wejścia/wyjścia Raspberry Pi.

Ile przekaźników powinna zawierać listwa? Na rynku znajdziemy takie na 1, 2, 4, 8 lub nawet 16 przekaźników. Każdy z nich pozwala na włączanie i wyłączanie jednego urządzenia - elektrozaworu sterującego pojedynczą strefą, pompy czy dowolnego innego urządzenia. Koszty nie są bardzo wysokie, można więc w ciemno zamontować listwę 8-przekaźnikową, nawet jeśli wykorzystamy tylko 3 lub 4 z nich.

Przewody połączeniowe

Pozwolą na podłączenie wyjść z Raspberry z listwą przekaźnikową. Wybierzmy najkrótsze, jakie uda nam się znaleźć - listwa oraz Raspberry najczęściej są niedaleko, a prowadzenie długich przewodów może zwiększyć podatność na zakłócenia.

Łączymy wszystko w całość

W pierwszym kroku nie będziemy jeszcze podłączać naszych elektrozaworów - zaczniemy od samego Raspberry i listwy przekaźnikowej.

Raspberry posiada sporo wyjść i musimy być bardzo uważni przy podłączeniu - pomyłka w najgorszym wypadku może spowodować nawet uszkodzenie naszego minikomputera! Zacznijmy więc od schematu ze strony producenta:

Jak widać, każdy pin (czyli ten mały wystający kołek) ma swoją funkcję. Albo jest źródłem napięcia (5 lub 3.3V, czyli powszechnie mówiąc - plusem), punktem masy (lub w uproszczeniu - minusem) albo jednym z portów wejścia/wyjścia (oznaczonymi jako GPIO - z angielskiego: General Purpose Input/Output). Aby ułatwić sobie orientację i wykluczyć pomyłkę, możemy skorzystać z ciekawego wynalazku jakim jest tzw. leaf (liść). To prosty plik PDF (do ściągnięcia ze strony https://github.com/splitbrain/rpibplusleaf/blob/master/rpiblusleaf.pdf ) który po wydrukowaniu możemy wyciąć, nakłuć i nasunąć na piny w naszym minikomputerze. Da nam to rozeznanie odnośnie funkcji każdego z nich. Więcej informacji o GPIO znajdziesz na stronie producenta (w języku angielskim) - https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/


Źródło: Github/splitbrain na licencji CC0 1.0

Wróćmy jednak do naszego sterownika. Do zasilenia listwy przekaźnikowej potrzebujemy: zasilania +5V - wykorzystamy przewód czerwony masy GND - wykorzystamy przewód czarny czterech dowolnie wybranych portów GPIO - wykorzystamy dowolne inne kolory przewodów Na potrzeby tego poradnika wykorzystamy porty GPIO17, GPIO18, GPIO27 oraz GPIO22 które będą ustawione jako wyjścia sygnałowe i sterować będą czterema kolejnymi przekaźnikami naszej listwy (możemy oczywiście użyć ich większej lub mniejszej ilości, zależnie od naszych potrzeb).

Zwróćcie uwagę, że niektóre porty GPIO mają przypisane także dodatkowe funkcje - na początek lepiej wykorzystać te bez dodatków, ponieważ mogą one przyjmować niespodziewane stany po restarcie naszego minikomputera (np. może się tam pojawić sygnał który włączy nam jeden z przekaźników pomimo tego, że system dopiero się uruchamia).

Podłączamy więc wszystko tak jak na schemacie poniżej:

Ponieważ przewody połączeniowe nie zapewnią wystarczającej mechanicznej wytrzymałości, warto od początku zamontować Raspberry Pi oraz listwę przekaźnikową na jakimś podłożu. Nada się kawałek płyty HDF (często ścinki takich płyt można dostać za grosze w marketach budowlanych) - a my przecież potrzebujemy niewielkiego arkusza. Ja wykorzystałem kawałek plastikowego arkusza (płyty z ABS).

Mocowanie do płyty warto wykonać przy pomocy śrub oraz nakrętek. Jest jednak pewien problem - otwory montażowe w Raspberry mają bardzo nietypowy rozmiar - 2.5 mm. Dlatego poszedłem nieco na skróty :) i użyłem kleju na gorąco, którym przymocowałem zarówno moduł przekaźników jak i samo Raspberry. Wystarczą cztery niewielkie krople w każdym z narożników, aby zamocować nasze urządzenie. Pamiętajmy, żeby zostawić nieco przestrzeni aby móc włożyć do minikomputera kartę pamięci SD - przygotujemy ją dopiero w następnym odcinku.

powrót do listy artykułów