Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.
Obě strany předchozí revize Předchozí verze Následující verze | Předchozí verze | ||
2017:greenhouse-ctrl [2018/01/14 23:48] Josef Křivský |
2017:greenhouse-ctrl [2018/01/15 07:28] (aktuální) Josef Křivský |
||
---|---|---|---|
Řádek 8: | Řádek 8: | ||
Cílem tohoto projektu je co nejvíce automatizovat obsluhu a udržování běžného zahradního skleníku. Obsahem návrhu je kompletní software řízení a obsluhy, ale také co nejjednodušší hardware pro příslušné periferie. Základní myšlenkou je možnost kontroly a nastavení jednotlivých vlastností skleníku z pohodlí domova, za pomoci ethernetového rozhraní a běžného PC. Pomocí definovaných příkazů je tak možné jak kontrolovat vlhkost půdy, teplotu a osvětlení ve skleníku, tak nastavit jejich limitní hodnoty pro spuštění zavlažování, odvětrávání/vytápění skleníku a přisvětlení zářivkami. | Cílem tohoto projektu je co nejvíce automatizovat obsluhu a udržování běžného zahradního skleníku. Obsahem návrhu je kompletní software řízení a obsluhy, ale také co nejjednodušší hardware pro příslušné periferie. Základní myšlenkou je možnost kontroly a nastavení jednotlivých vlastností skleníku z pohodlí domova, za pomoci ethernetového rozhraní a běžného PC. Pomocí definovaných příkazů je tak možné jak kontrolovat vlhkost půdy, teplotu a osvětlení ve skleníku, tak nastavit jejich limitní hodnoty pro spuštění zavlažování, odvětrávání/vytápění skleníku a přisvětlení zářivkami. | ||
+ | |||
+ | {{ :2017:xkrivs00:img_20180115_063847_7.jpg?400 |}} | ||
+ | |||
---- | ---- | ||
Řádek 13: | Řádek 16: | ||
FRDM-K64F | FRDM-K64F | ||
- | |||
- | |||
Řádek 36: | Řádek 37: | ||
*Operating characteristics: | *Operating characteristics: | ||
*Voltage range: 1.71 to 3.6 V, Flash write voltage range: 1.71 to 3.6 V | *Voltage range: 1.71 to 3.6 V, Flash write voltage range: 1.71 to 3.6 V | ||
+ | |||
---- | ---- | ||
====== Vývoj HW ====== | ====== Vývoj HW ====== | ||
- | Požadavkem na celou konstrukci automatizovaného skleníku byla především jednoduchost implementace/instalace, ale také cena celého systému. Vzhledem k velkému možství některých součástek v inventáři zadavatele, byly proto použity především ony. | + | Požadavkem na celou konstrukci automatizovaného skleníku byla především jednoduchost implementace/instalace, ale také cena celého systému. Vzhledem k velkému možství některých součástek v inventáři zadavatele, byly proto použity především ony. |
+ | |||
+ | Seznam použitých komponetů: | ||
+ | * Mikrokontrolér FRDM-K64F | ||
+ | * Servo Hitec HS-485HB | ||
+ | * NTC Termistor Eclipsera 1488979094 | ||
+ | * Arduino modul pro měření intenzity světla BH1750 | ||
+ | * Půdní Vlhkoměr Modul pro Arduino | ||
+ | |||
+ | Odkazy na stránky výrobců/prodejců: | ||
+ | |||
+ | *http://hitecrcd.com/products/servos/sport-servos/analog-sport-servos/hs-485hb-deluxe-hd-ball-bearing-servo/product | ||
+ | *https://www.nxp.com/products/processors-and-microcontrollers/arm-based-processors-and-mcus/kinetis-cortex-m-mcus/k-seriesperformancem4/k2x-usb/freedom-development-platform-for-kinetis-k64-k63-and-k24-mcus:FRDM-K64F | ||
+ | *https://arduino-shop.cz/arduino/1574-ntc-termistor-10k-1-3950-1m-vodotesna-sonda-1488979094.html | ||
+ | *https://arduino-shop.cz/arduino/902-arduino-mereni-intenzity-svetla-1420672425.html | ||
+ | *https://arduino-shop.cz/arduino/1399-pudni-vlhkomer-modul-pro-arduino-1474354607.html | ||
+ | |||
+ | ---- | ||
====== Software ====== | ====== Software ====== | ||
Řádek 47: | Řádek 66: | ||
Použité knihovny v soubotu main.c | Použité knihovny v soubotu main.c | ||
- | |||
* #include "mbed.h" | * #include "mbed.h" | ||
Řádek 55: | Řádek 73: | ||
* #include "Peripherals.h" | * #include "Peripherals.h" | ||
+ | === Knihovna Peripherals === | ||
+ | Zapouzdřuje do tříd veškeré vlastnosti pro snímání vlhkosti a teploty, a ovládání akčních členů (servomotorem řízené otevírání ventilace a reléově ovládané zavlažování/ventilace/topení). Skládá se z | ||
+ | |||
+ | Peripherals.h: | ||
+ | <code c> | ||
+ | class Humid | ||
+ | { | ||
+ | public: | ||
+ | Humid(PinName AInp = A0, PinName AOut = D0); | ||
+ | uint8_t readHumidity(void); | ||
+ | void setLimit(uint8_t lim); | ||
+ | void setCurrentLimit(void); | ||
+ | uint8_t getLimit(void); | ||
+ | |||
+ | private: | ||
+ | AnalogIn ain; | ||
+ | DigitalOut dop; | ||
+ | uint8_t Limit; | ||
+ | }; | ||
+ | |||
+ | class Temp | ||
+ | { | ||
+ | public: | ||
+ | Temp(PinName AInp = A1); | ||
+ | float readTemperature(void); | ||
+ | void setHighLimit(float lim); | ||
+ | void setLowLimit(float lim); | ||
+ | void setVentLimit(float lim); | ||
+ | void setCurrentHighLimit(void); | ||
+ | void setCurrentLowLimit(void); | ||
+ | void setCurrentVentLimit(void); | ||
+ | float getHighLimit(void); | ||
+ | float getLowLimit(void); | ||
+ | float getVentLimit(void); | ||
+ | |||
+ | private: | ||
+ | AnalogIn ain; | ||
+ | float HLimit, LLimit, VLimit; | ||
+ | }; | ||
+ | |||
+ | class Vent | ||
+ | { | ||
+ | public: | ||
+ | Vent(PinName PWM = D9); | ||
+ | void open(uint8_t percent = 100); | ||
+ | void close(void); | ||
+ | | ||
+ | private: | ||
+ | PwmOut pwm; | ||
+ | uint8_t percentage; | ||
+ | }; | ||
+ | |||
+ | class Fan | ||
+ | { | ||
+ | public: | ||
+ | Fan(PinName DOut = D4); | ||
+ | void Start(void); | ||
+ | void Stop(void); | ||
+ | private: | ||
+ | DigitalOut fan; | ||
+ | }; | ||
+ | |||
+ | class Heat | ||
+ | { | ||
+ | public: | ||
+ | Heat(PinName DOut = D5); | ||
+ | void Start(void); | ||
+ | void Stop(void); | ||
+ | private: | ||
+ | DigitalOut heater; | ||
+ | }; | ||
+ | |||
+ | class Water | ||
+ | { | ||
+ | public: | ||
+ | Water(PinName DOut = D6); | ||
+ | void Start(void); | ||
+ | void Stop(void); | ||
+ | private: | ||
+ | DigitalOut sprinkler; | ||
+ | }; | ||
+ | |||
+ | class Light | ||
+ | { | ||
+ | public: | ||
+ | Light(PinName DOut = D7); | ||
+ | void Start(void); | ||
+ | void Stop(void); | ||
+ | private: | ||
+ | DigitalOut lighting; | ||
+ | }; | ||
+ | </code> | ||
+ | |||
+ | Peripherals.cpp: | ||
+ | |||
+ | <code c> | ||
+ | Humid::Humid(PinName AInp, PinName AOut):ain(AInp),dop(AOut) | ||
+ | { | ||
+ | Limit = 110; | ||
+ | dop = 0; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | uint8_t Humid::readHumidity(void) | ||
+ | { | ||
+ | dop = 1; | ||
+ | wait_ms(10); | ||
+ | double humidity = 1-ain.read(); | ||
+ | humidity = ((humidity*100)-7)*1.471; | ||
+ | uint8_t hum = humidity; | ||
+ | dop = 0; | ||
+ | return hum; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Humid::setLimit(uint8_t lim) | ||
+ | { | ||
+ | Limit = lim; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Humid::setCurrentLimit(void) | ||
+ | { | ||
+ | uint8_t humidity = readHumidity(); | ||
+ | setLimit(humidity); | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | uint8_t Humid::getLimit(void) | ||
+ | { | ||
+ | return Limit; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | Temp::Temp(PinName AInp):ain(AInp) | ||
+ | { | ||
+ | LLimit = -30; | ||
+ | HLimit = 125; | ||
+ | VLimit = 125; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | float Temp::readTemperature(void) | ||
+ | { | ||
+ | double voltage, resistance, temperature; | ||
+ | float temp; | ||
+ | int resistor = 9910; | ||
+ | int thermistor = 10000; | ||
+ | int refTemp = 25; | ||
+ | int beta = 3380; | ||
+ | | ||
+ | voltage = (ain.read())*3.3; | ||
+ | | ||
+ | resistance = (voltage*resistor)/(3.3-voltage); | ||
+ | | ||
+ | temperature = (log(resistance/thermistor))/beta; | ||
+ | temperature += 1.0 / (refTemp + 273.15); | ||
+ | temperature = 1.0 / temperature; | ||
+ | temperature -= 273.15; | ||
+ | | ||
+ | temp = temperature; | ||
+ | | ||
+ | return temp; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Temp::setHighLimit(float lim) | ||
+ | { | ||
+ | HLimit = lim; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Temp::setLowLimit(float lim) | ||
+ | { | ||
+ | LLimit = lim; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Temp::setVentLimit(float lim) | ||
+ | { | ||
+ | LLimit = lim; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Temp::setCurrentHighLimit(void) | ||
+ | { | ||
+ | float temperature = readTemperature(); | ||
+ | setHighLimit(temperature); | ||
+ | } | ||
+ | void Temp::setCurrentLowLimit(void) | ||
+ | { | ||
+ | float temperature = readTemperature(); | ||
+ | setLowLimit(temperature); | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Temp::setCurrentVentLimit(void) | ||
+ | { | ||
+ | float temperature = readTemperature(); | ||
+ | setVentLimit(temperature); | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | float Temp::getHighLimit(void) | ||
+ | { | ||
+ | return HLimit; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | float Temp::getLowLimit(void) | ||
+ | { | ||
+ | return LLimit; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | float Temp::getVentLimit(void) | ||
+ | { | ||
+ | return VLimit; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Vent::Vent(PinName PWM):pwm(PWM) | ||
+ | { | ||
+ | pwm.period(0.020); | ||
+ | pwm.pulsewidth(0.0009); | ||
+ | percentage = 0; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Vent::open(uint8_t percent) | ||
+ | { | ||
+ | |||
+ | uint16_t width = ((6 * percentage)+900); | ||
+ | | ||
+ | while(width != (6*percent)+900) | ||
+ | { | ||
+ | if(percentage>percent) | ||
+ | { | ||
+ | width-=1; | ||
+ | pwm.pulsewidth_us(width); | ||
+ | wait_ms(10); | ||
+ | } | ||
+ | else | ||
+ | { | ||
+ | width+=1; | ||
+ | pwm.pulsewidth_us(width); | ||
+ | wait_ms(10); | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | percentage = percent; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Vent::close(void) | ||
+ | { | ||
+ | open(0); | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Fan::Fan(PinName DOut):fan(DOut) | ||
+ | { | ||
+ | fan = 0; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void Fan::Start(void) | ||
+ | { | ||
+ | fan = 1; | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | void Fan::Stop(void) | ||
+ | { | ||
+ | fan = 0; | ||
+ | } | ||
+ | . | ||
+ | . | ||
+ | . | ||
+ | </code> | ||
+ | Za zmínku stojí především třídy Humid a Temp, které nejen zapouzdřují různé proměnné a vstupy, ale také nad nimi provádějí řadu výpočtů. U třídy Humid se jedná pouze o úpravu snímaného napětí ze zesilovače a měření v pulzním režimu (z důvodu elektrolýzy na elektrodách snímače vlhkosti). Třída Temp však již provádí poměrně složité výpočty při převodu snímaného napětí z děliče (tvořen rezistorem a NTC termistorem) na hodnotu okolní teploty. Veškeré další třídy jsou v této knihovně již pouze kopie třídy Fan, které slouží k ovládání reléových výstupů, a které mají jen rozdílné názvy a výstupní piny na desce FRDM-K64F. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | === hlavní soubor main.h === | ||
+ | |||
+ | Soubor main.cpp lze rozdělit do několika částí: | ||
+ | * Inicializace (zde probíhá pouze inicializace jednotlivých tříd pro příslušné periferie) | ||
+ | <code c> | ||
+ | #define ECHO_SERVER_PORT 23 | ||
+ | |||
+ | BH1750 light(I2C_SDA, I2C_SCL); // Senzor osvětlení | ||
+ | Humid humidity; // Senzor vlhkosti | ||
+ | Temp temperature; // Snímač teploty | ||
+ | Vent ventilation; // Otevírání ventilace | ||
+ | Fan conditioning; // Ovládání aktivního větrání | ||
+ | Heat heating; // Ovládání topení | ||
+ | Water irrigation; // Spouštění zavlažování | ||
+ | Light illumination; // Ovládání světel | ||
+ | |||
+ | enum STAT // Proměnná pro uložení stavu celého systému | ||
+ | { | ||
+ | READY = 1, SETTINGS, MANUAL, ERROR | ||
+ | }sklenikstav; | ||
+ | </code> | ||
+ | Stav systému sklenikstav je díky třídám pouze pomocnou proměnnou pro rozhodovací stromy uživatelského rozhraní. | ||
+ | |||
+ | * Ovládací vlákna RTOS (zde již probíhá periodická kontrola stavu skleníku, a příslušné reakce periferií) | ||
+ | <code c> | ||
+ | void watering_thread(void) | ||
+ | { | ||
+ | while(true) | ||
+ | { | ||
+ | uint8_t hum = humidity.readHumidity(); | ||
+ | float avghum = 0; | ||
+ | if(hum < humidity.getLimit()) | ||
+ | { | ||
+ | for(int i=0; i<6; i++) | ||
+ | { | ||
+ | avghum += humidity.readHumidity(); | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | avghum /= 6; | ||
+ | | ||
+ | if(avghum < humidity.getLimit()) | ||
+ | { | ||
+ | irrigation.Start(); | ||
+ | Thread::wait(180000); | ||
+ | irrigation.Stop(); | ||
+ | } | ||
+ | avghum = 0; | ||
+ | } | ||
+ | Thread::wait(900000); | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void venting_thread() | ||
+ | { | ||
+ | while(true) | ||
+ | { | ||
+ | uint8_t temp = temperature.readTemperature(); | ||
+ | float avgtemp = 0; | ||
+ | | ||
+ | if(temp > temperature.getVentLimit()) | ||
+ | { | ||
+ | for(int i=0; i<6; i++) | ||
+ | { | ||
+ | avgtemp += temperature.readTemperature(); | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | avgtemp /= 6; | ||
+ | | ||
+ | if(avgtemp > temperature.getVentLimit()) | ||
+ | { | ||
+ | ventilation.open(); | ||
+ | conditioning.Start(); | ||
+ | heating.Stop(); | ||
+ | } | ||
+ | avgtemp = 0; | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | else if(temp > temperature.getHighLimit()) | ||
+ | { | ||
+ | for(int i=0; i<6; i++) | ||
+ | { | ||
+ | avgtemp += temperature.readTemperature(); | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | avgtemp /= 6; | ||
+ | | ||
+ | if(avgtemp > temperature.getHighLimit()) | ||
+ | { | ||
+ | ventilation.open(); | ||
+ | conditioning.Stop(); | ||
+ | heating.Stop(); | ||
+ | } | ||
+ | avgtemp = 0; | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | else if(temp < temperature.getLowLimit()) | ||
+ | { | ||
+ | for(int i=0; i<6; i++) | ||
+ | { | ||
+ | avgtemp += temperature.readTemperature(); | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | avgtemp /= 6; | ||
+ | | ||
+ | if(avgtemp < temperature.getLowLimit()) | ||
+ | { | ||
+ | ventilation.close(); | ||
+ | conditioning.Stop(); | ||
+ | heating.Start(); | ||
+ | } | ||
+ | avgtemp = 0; | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | else | ||
+ | { | ||
+ | ventilation.close(); | ||
+ | conditioning.Stop(); | ||
+ | heating.Stop(); | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | Thread::wait(100000); | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void lighting_thread() | ||
+ | { | ||
+ | uint16_t lx[6]; | ||
+ | for(int i=0; i<6; i++) | ||
+ | { | ||
+ | lx[i] = light.singleMeas(); | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | while(true) | ||
+ | { | ||
+ | uint16_t avglx = 0; | ||
+ | | ||
+ | for(int i=0; i<5; i++) | ||
+ | { | ||
+ | lx[i] = lx[i+1]; | ||
+ | } | ||
+ | lx[5] = light.singleMeas(); | ||
+ | | ||
+ | for(int i=0; i<6; i++) | ||
+ | { | ||
+ | avglx += lx[i]; | ||
+ | } | ||
+ | avglx /= 6; | ||
+ | | ||
+ | if(avglx<light.getLimit()) | ||
+ | { | ||
+ | illumination.Start(); | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | else | ||
+ | { | ||
+ | illumination.Stop(); | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | Thread::wait(300000); | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | </code> | ||
+ | Tato vlákna mají zajišťovat plnou automatičnost skleníku po jeho prvotním nastavení. Bohužel se díky problémům s různými verzemi systému MBED a jeho knihoven nepodařilo (díky nedostatku času) najednou zprovoznit vlákna a ovládání skleníku přes ethernetové rozhraní. Ačkoliv RTOS sám o sobě funguje, nebylo by možné nastavovat skleník on-line, čímž bychom přišli o jakoukoliv možnost okamžitého zásahu, a zároveň by nebyla splněna nejdůležitější část zadání. | ||
- | assert_param(IS_ADC_CHANNEL(sConfig->ADC_CHANNEL_1)); | + | * Funkce rozhodovacího stromu pro Ethernetové rozhraní skleníku (přímé ovládání) |
- | hadc->Instance->SMPR2 &= ~ADC_SMPR2(ADC_SMPR2_SMP0, sConfig->Channel); | + | <code c> |
- | hadc->Instance->SMPR2 |= ADC_SMPR2(sConfig->SamplingTime, sConfig->Channel); | + | int evaluate(char *str) |
- | void ADC_Init(hadc); | + | { |
- | cs43l22_Init(29, OUTPUT_DEVICE_SPEAKER, 60, AUDIO_FREQUENCY_48K); | + | switch(sklenikstav) |
+ | { | ||
+ | case READY: | ||
+ | if (strcmp(str, "help") == 0) | ||
+ | { | ||
+ | return 1; | ||
+ | } | ||
+ | else if (strcmp(str, "stav") == 0) | ||
+ | { | ||
+ | return 2; | ||
+ | } | ||
+ | else if (strcmp(str, "set") == 0) | ||
+ | { | ||
+ | . | ||
+ | . | ||
+ | . | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | int main(void) | ||
+ | { | ||
+ | . | ||
+ | . | ||
+ | . | ||
+ | int x = evaluate(message); | ||
+ | if(sklenikstav == READY) | ||
+ | { | ||
+ | if (x == 0) | ||
+ | { | ||
+ | client.send_all("Neplatny prikaz!\r\n", 18); | ||
+ | client.send_all(commandwait, sizeof(commandwait)); | ||
+ | } | ||
+ | else if (x == 1) | ||
+ | { | ||
+ | char helpmsg[] = "stav\t\t-Zobrazeni aktualnich informaci\r\nset\t\t-Nastaveni skleniku\r\nman\t\t-Ovladani skleniku\r\nexit/quit\t-Konec\r\n"; | ||
+ | client.send_all(helpmsg, sizeof(helpmsg)); | ||
+ | client.send_all(commandwait, sizeof(commandwait)); | ||
+ | number = 0; | ||
+ | . | ||
+ | . | ||
+ | . | ||
+ | } | ||
+ | </code> | ||
+ | Jak lze vidět, jedna z těchto funkcí se nachází ve funkci main, a druhá je pouze jako pomoc při určování obdržených řetězců. V závislosti na obdrženém textu pak tyto funkce přepínají jak stavy systému (pouze pro potřeby komunikace s uživatelem), tak výstupy mikrokontroléru. Tyto funkce jsou obdobou absolvovaného cvičení č.5, pouze značně složitější, a proto je tu nebudu uvádět celé. Uvedu pouze stavy systému a jejich akceptované příkazy. | ||
+ | === Celý kód === | ||
- | Nejprve je inicializován AD převodník a přiřazeným kanálem číslo jedna, který odpovídá převodníku ADC1. Na tento převodník je přivedeno napětí z potenciometru, který ovládá Volume přehrávání audio výstupu. Následně jsou přiřazeny patřičné parametry a vzorkovací frekvence. | + | https://os.mbed.com/users/civava/code/sklenik-2017/ |
- | Dále je inicializován audio kodek, kde je přižen výstupní pin na Jack 3.5 mm, zvolen typ výstupního zařízení, počáteční hlasitost v procentech a vrozkovací frekvence na 48 kHz. Stejná je vzorkovací frekvence AD převodníku a rychlost přenosu po USB. |