雷神精華第1部分

描述

背景

“雷神計(jì)劃”始于 2006 年，當(dāng)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)還沒有興起。它的目標(biāo)是生產(chǎn)現(xiàn)在稱為物聯(lián)網(wǎng)灌溉控制器的產(chǎn)品，該控制器將在農(nóng)場(chǎng)范圍的 WiFi 網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。該項(xiàng)目在 2 年期間非?；钴S，最終建造和安裝了六個(gè)控制器。此次演習(xí)的全部目的是為澳大利亞最先進(jìn)的柑橘種植工廠獲得技術(shù)優(yōu)勢(shì)，該工廠位于達(dá)令河下游的詹姆斯維爾站。

1 / 8 ?大約 2007 年 - 第一個(gè)灌溉控制器將首次啟動(dòng)

對(duì)于那些目光敏銳的人來說，該系統(tǒng)是圍繞通用 .NET 控制器構(gòu)建的，其理念是盡可能與工業(yè)設(shè)備互操作。為此，系統(tǒng)在其濕度探頭上使用 RS-485，如果需要，將通過模數(shù)與遠(yuǎn)程 I/O 通信。該軟件還可以在 PC 上運(yùn)行，因?yàn)樗灰蕾囉诔?.NET 和 MS-SQL 服務(wù)器后端之外的平臺(tái)，任何合適的計(jì)算機(jī)或 PLC 平臺(tái)都可以提供這些后端。無需讓您厭煩細(xì)節(jié)，我們?cè)诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)覆蓋了很多領(lǐng)域，現(xiàn)在在系統(tǒng)上運(yùn)行了數(shù)十萬小時(shí)。

所以這一切都很好，幾乎結(jié)合了一切——為什么要改變？

好吧，原來的電腦并沒有變得更年輕，而且它們?nèi)匀缓苜F。如果我們可以在一臺(tái) 6 美元的計(jì)算機(jī)上完成所有這些工作，它會(huì)散發(fā)出油膩的抹布?xì)馕叮@不是很好嗎？對(duì)我來說，這個(gè)視頻改變了我的心態(tài)，如果你可以用這個(gè) CPU 傳輸電視信號(hào)，那么你就可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的工作，比如灌溉控制。也有人抱怨說，Thor 從中型灌溉開始，我想要更好的擴(kuò)展性。我真的希望 1 或 2 閥達(dá)到 100 多個(gè)閥，但我想保留 Thor 中運(yùn)行良好的分布式概念。此外，如果我小心的話，我可以讓它們兼容，這樣我就可以吃蛋糕了！

從哪兒開始

所以我決定從兩個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域開始，灌溉調(diào)度和施肥。系統(tǒng)中的第一個(gè)重要概念是邏輯閥，它們能夠以各種模式和選項(xiàng)配置為電氣輸出。是什么讓它這么好？考慮到線圈燒壞并燒毀輸出，您的灌溉程序不需要更改，您只需在更換線圈后將電信號(hào)重新路由到新的輸出即可。如果您更有條理，您可以在歧管上安裝鉛垂和電線備件。

第二個(gè)最重要的是比例施肥系統(tǒng)，沒有這個(gè)你就不能真正耕種。這由一個(gè)脈寬以秒為單位的 PWM 系統(tǒng)組成，該脈寬由針對(duì)每個(gè)閥門記錄的流速控制。部分/閥門流量通常很容易測(cè)量或計(jì)算，并且在滴頭的情況下，大多數(shù)都是壓力補(bǔ)償?shù)模虼嗽谙喈?dāng)寬的工作范圍內(nèi)流量是準(zhǔn)確的。施肥記錄抽水量并且有一個(gè)空水箱關(guān)閉。一切聽起來都不錯(cuò)，但橡膠與道路的交匯點(diǎn)是雷神如何記錄化學(xué)物質(zhì)的去向和數(shù)量。

1 / 11 ?早期 - 連接到繼電器板的 8 位輸入和輸出擴(kuò)展器

在這個(gè)項(xiàng)目中，我對(duì) esp8266 的主要問題是讓我不知道沒有 SQL Server on-tap 的強(qiáng)大功能。然而，這并沒有那么糟糕，因?yàn)槲也辉偬幱谖粗I(lǐng)域，而是在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要看起來像什么以及它們之間的關(guān)系方面處于良好的基礎(chǔ)上。因此，從 Thor 的 SQL 表定義開始，我回溯到每個(gè)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)結(jié)構(gòu)，一個(gè)是內(nèi)存，一個(gè)是 eeprom。然后，Web 界面有點(diǎn)被淘汰了，因?yàn)樗仨氈С謹(jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的更改項(xiàng)目。

由于程序數(shù)量有限，第一個(gè)調(diào)度程序雖然具有 Thor 的一些魅力，但缺乏。在 Thor 中，調(diào)度系統(tǒng)沒有實(shí)際限制，我覺得在這方面放任何東西有點(diǎn)羞恥，但我需要系統(tǒng)工作，而且時(shí)間很短。這也具有使用戶重新關(guān)注每個(gè)閥門而不是每個(gè)程序轉(zhuǎn)換的效果，在我看來這是“錯(cuò)誤的想法”。

初始編程接口

現(xiàn)在有一個(gè)基于班次的編程系統(tǒng)，它不像最初的實(shí)現(xiàn)那樣靈活，但對(duì)于一臺(tái) 6 美元的計(jì)算機(jī)來說就可以了。

1 / 2 ?用于新班次編程的 UI

編程方法都保存在 eeprom 的單獨(dú)區(qū)域中，因此控制器可以在方法之間交換并且不會(huì)丟失任何程序數(shù)據(jù)。

下一個(gè)屏幕是舊系統(tǒng)的主要部分，它顯示了 I/O 如何映射到現(xiàn)實(shí)世界。從這個(gè)頁(yè)面很容易診斷雙起或丟失的線圈。

這允許您檢查與邏輯結(jié)構(gòu)的電氣連接。

我希望這個(gè)單元能夠用現(xiàn)成的零件生產(chǎn)，但第一個(gè)問題是找到便宜的 I2C 繼電器板。我最終選擇了一款售價(jià)低于 15 美元的花園板，并配備了 I2C 擴(kuò)展板（2 美元）。這需要最少的顯微手術(shù)，只需要一個(gè)額外的針。我用 vero-board 構(gòu)建了一個(gè)鉆孔導(dǎo)向夾具用于此操作。棘手的部分是擴(kuò)展器 VCC 是 3.3 V 并且不連接到繼電器板的 5V VCC，它們只共享一個(gè)接地。該代碼是為 2 種類型的擴(kuò)展器編寫的，并允許從“本機(jī)”轉(zhuǎn)換/映射到在現(xiàn)實(shí)世界中具有遠(yuǎn)程意義的位/中繼順序。還有本地 I/O 的映射。

1 / 5 ?組裝繼電器和 I2C 擴(kuò)展板 - 插入左側(cè)缺少 2 個(gè)引腳

在我編寫此頁(yè)面時(shí)，我必須構(gòu)建幾個(gè)或多個(gè)原型，以幫助自動(dòng)檢查控制器輸出。

在我需要在多個(gè)控制器上進(jìn)行結(jié)帳后，這變得非常必要

這就是灌溉控制 UI 的工作方式。有一個(gè)master和day enable以及交付方法。坦克通過閥門設(shè)置頁(yè)面關(guān)聯(lián)來??拾取。這允許在必要時(shí)為每個(gè)閥門使用不同的罐組合。

1 / 2 ?比例施肥控制

閥門控制的主 UI 如下所示。TTG 是“time to go”，自動(dòng)（編程）手動(dòng)和默認(rèn)值。手動(dòng)時(shí)間僅在自動(dòng)未開啟時(shí)倒計(jì)時(shí)，這樣您就可以根據(jù)需要將補(bǔ)水添加到每日計(jì)劃中，而無需更改基本費(fèi)率。

1 / 3 ?主控

決定在設(shè)備上放置一個(gè) OLED 顯示屏作為“信心表”。它顯示日期、時(shí)間和 IP 地址以及閥門和施肥輸出狀態(tài)。這對(duì)于雙作用閥更為關(guān)鍵，因?yàn)樗鼈兺ǔ]有動(dòng)力并且僅通過脈沖來改變狀態(tài)。因此，您可以快速匹配圍場(chǎng)中閥門狀態(tài)的指示器是一個(gè)方便的現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目。RTC 是我常用的現(xiàn)成 DS3231 板，我發(fā)現(xiàn)它很高興在 3.3 伏下運(yùn)行，并且還具有額外的 eeprom 存儲(chǔ)。我發(fā)現(xiàn)人們實(shí)際上查看了 RTC 的溫度（在節(jié)點(diǎn)設(shè)置頁(yè)面中）以正確設(shè)置外殼的陰影。方便的副作用我并沒有真正考慮過。

磚實(shí)施

這個(gè)電路板實(shí)際上是一個(gè)真正的磚塊 CPU，因?yàn)?I2C 在一次內(nèi)場(chǎng)診斷事故中失靈了。提醒您要始終保持對(duì)您的所有智慧，而不僅僅是其中的一半。

1 / 4 ? 10W 太陽(yáng)能電池板可以為電池充電 - 只需要一個(gè)外殼

設(shè)想了其他幾種結(jié)構(gòu)變化，例如使用繼電器和電池屏蔽來生產(chǎn)磚/塊格式的控制器。這將是第二個(gè)太陽(yáng)能變體。這是我第三次試驗(yàn)志愿者使用的模型。他們不想將閥門帶回中心點(diǎn)，而是想通過 AP 進(jìn)行無線跳回。我的范圍測(cè)試建議 50 到 100 米，具體取決于它是否是視線。

1 / 2 ? 16 繼電器版本的裸機(jī)箱

這個(gè)版本很有前途，但內(nèi)部/集成電池或超級(jí)電容器作為電源似乎是可行的。用更少的力量做更多的事情似乎是讓這一切發(fā)生的原因。更少的功率，小型太陽(yáng)能電池板，更便宜的最終組裝。

真實(shí)世界測(cè)試

我很幸運(yùn)有友好的農(nóng)業(yè)鄰居，他們也有軟件開發(fā)的背景。盡管他們的農(nóng)場(chǎng)比我的“刺斑”更令人擔(dān)憂，但他們一直處于最前沿。這些照片來自他的三個(gè)灌溉點(diǎn)之一。主要供水管通常為 200 或 250 毫米

1 / 6 ?結(jié)賬時(shí)的第三代原型

Prickle 補(bǔ)丁重新安裝

當(dāng)然，我總是落后，但它已經(jīng)發(fā)生了。“刺斑”于 2019 年 9 月更換。盡管澳大利亞干旱，但我們預(yù)計(jì)刺斑產(chǎn)量會(huì)有所提高；）

1 / 4 ?結(jié)帳時(shí)的 Prickle Patch 控制器

云中的聚合和更大的事物。

這個(gè)練習(xí)的重點(diǎn)不僅是行動(dòng)，而且是記錄。為此，正在設(shè)計(jì)和測(cè)試一個(gè) Web 服務(wù)來記錄、記錄和報(bào)告水和肥料的使用情況。這最初被集成到控制系統(tǒng)中，但更集中地存儲(chǔ)它似乎是合乎邏輯的，以便更好地匯總農(nóng)業(yè)操作。這其中的某些方面是故事的后面部分。

特別感謝

感謝 Alpha 和 Beta 測(cè)試團(tuán)隊(duì)中的所有人，感謝他們?nèi)萑体e(cuò)誤，并將你們的信念和作物交給我的思想和想象。

2022 年 7 月更新

好吧，實(shí)際上有一些，但我懶得把它們都記錄下來。最新版本總是在 github 上可用，因?yàn)槲視?huì)定期更新它。

添加了用于報(bào)告的電子郵件（當(dāng)施肥罐接近空時(shí)發(fā)送電子郵件）ADC 輸入和通過電子郵件發(fā)出警報(bào)也適用于主閥狀態(tài)。始終打開的閥門，因此它們的程序在其余部分暫停時(shí)運(yùn)行。準(zhǔn)時(shí)和準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)重啟（帶報(bào)告）Valve 記錄到 RTC 上的 eeprom。（即使更換 CPU 板也能保留灌溉數(shù)據(jù)。）現(xiàn)在即使在軟件版本之間也可以進(jìn)行程序備份和恢復(fù)。線圈驅(qū)動(dòng)的輸出極性與脈沖寬度設(shè)置一樣現(xiàn)在處于活動(dòng)狀態(tài)。





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1 / 5 ? ADC SI Scaled Value 添加在屏幕頂部

2022 年 10 月更新

Arrgh....好吧，就是這樣....我終于完成了/過度粘住了manky繼電器觸點(diǎn)。將繼電器板更換為 4 x L298 PWM 模塊，耦合到相同的 I2C 端口擴(kuò)展器芯片。將導(dǎo)閥更換為可維修的品牌，并在每個(gè)閥的電路中添加了多熔斷器。正好趕上下一個(gè)灌溉季節(jié)。

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新閥門實(shí)際上包含一個(gè)小型電動(dòng)機(jī)而不是螺線管。您仍然可以看到新驅(qū)動(dòng)板后面的舊繼電器板。這仍然是 coms 開關(guān)和肥料電機(jī)接觸器。

我還建立了另一個(gè) H-Bridge 選項(xiàng)，其中一個(gè)不同的芯片準(zhǔn)備在此之后進(jìn)行測(cè)試。然后我可能會(huì)在看到“卡片以哪種方式掉落”后考慮定制 PCB。

在 I2C 總線掃描中添加了更多內(nèi)容，因此可以自動(dòng)化并在情況發(fā)生變化時(shí)通過電子郵件發(fā)送警報(bào)。這是為了幫助診斷間歇性板間連接。如果發(fā)生其中一種情況，還有一個(gè)關(guān)閉施肥的選項(xiàng)。因此，程序是您手動(dòng)掃描 I2C 總線，然后保存配置，控制器將使用此作為自動(dòng)掃描的參考。