Självbevattningssystem med Arduino

[Huezzer]

Hej! Jag försöker få rätt på ett litet hemmaprojekt till växthuset. Det gäller ett självbevattningssystem som ska driftsättas genom en/flera solceller -> Uppladdningsbart batteri --> Arduino -->Fuktmätare o Temp. mätare, men också till en vatten ventil för att starta respektive stoppa vattenflödet för automatisk vattning när det behövs.

Nu är det så att jag har lite problem vad gäller elektroniken.

Låt säga att jag har Solceller på 12V och kopplar den till ett batteri, måste de då vara 12V eller kan det vara mindre?
När jag väl har kopplat solcellerna till mitt batteri låt säga 12V så vill jag sedan koppla den till min Arduino, som jag förstår så ska inte det vara några problem då den klarar det utan problem men det är här problemet kommer:

Ni får ursäkta, jag är totalkass på detta:

* Vad behöver jag för batteri för att ha 12V Solceller kopplade till laddningsbart batteri och sedan vidare till Arduinon för att klara av de komponeter jag vill ha? Låt säga att solcellen är på 3W, 12V.
* Är det 12V som gäller, för jag menar det finns ju på elektrokit 3.7V uppladdningsbara med 2200mAh köpa men mAh kanske inte spelar lika stor roll som Volt-nivån?

De komponenter jag tänkt mig är:
- 2 st Moisture sensors (5V, upp till 35mA styck)
- LCD Display 16x2 (5V, 15mA)
- Vattenventil (12V, ~300mA) Hittar ingen ventil som är för 5V, skulle vilja att vattentrycket kan vara på hela tiden så att den kan gå på när som vid behov, någon som har något förslag på ventil annars, utöver den jag hittat? http://www.ebay.com/itm/321899017131?_t ... EBIDX%3AIT

Tack så jättemycket på förhand, Mvh Andreas

[Nerre]

Batterierna måste ju laddas med rätt spänning och ström, det är klart att du kan ha en laddare som omvandlar 12 V från solcellerna till rätt spänning och ström, men omvandling ger alltid förluster.

12 V blybatterier (bilbatterier, MC-batterier etc) är väldigt enkla att ladda från solceller och billiga i förhållande till sin kapacitet.

Om vikten inte är kritisk är de antagligen det bästa valet.

Sen måste du visserligen omvandla de där 12 V från batterierna till lämplig spänning till Arduinon, där blir det ju lite förluster då såklart.


mAh är hur hög kapacitet som batterierna har, hur mycket energi de rymmer.

Ett litiumbatteri på 3,7 V 2200 mAh (d.v.s. 2,2 Ah) rymmer ungefär 8 Wh.
Ett 12 V MC batteri på 2 Ah rymmer tre gånger mer energi (24 Wh) än det batteriet. Och jag tror knappt det finns så små som 2 Ah.
Ett 70 Ah fritidsbatteri rymmer hundra gånger mer energi än det litiumbatteriet.

Du får räkna ut hur mycket energi batteriet behöver rymma, hur lång tid är du som mest utan sol?

Sen bör du nog försöka fixa en ventil som styrs av ett servo, annars kommer ventilen att dra rätt mycket ström under den tid den hålls öppen. 12 V 300 mA drar ju 3,6 W.

[Icecap]

Rent praktisk är det så att solpaneler är ström-generatorer. Så det går alldeles utmärkt att ladda ett 3,6V batteri med en 12V solpanel!

Det finns dock en nackdel: panelen ger (i detta fall) 3W vid 12V, detta betyder 250mA. Vid 3,6V blir detta alltså 0,9W.

Samtidig ska man säkra att ackumulatorn tål den konstanta laddning som (förhoppningsvis) sker på sommaren, i annat fall bör man ha en laddningsstyrning som "räddar" ackumulatorn.

Med tanke på strömförbrukningen på sensorer och display vill jag varmt rekommendera att du drar ner 12V till 5V med en switch-regulator, t.ex. liknande R-785.0-1.0 (ELFA 11034488) eller R-785.0-0.5, då blir Arduinin inte lika brännhet.

[Huezzer]

Tack så mycket för svaren!

Ventilen som jag länkade är 12V finns även någon har jag sett för 5V, då kanske den är ett bättre alternativ redan från början? Tanken är att jag ska ha en "solar cell controller" som kommer förhindra överladdning.

Hur mycket får jag ut av en solcell på 5V och 3W? Skulle de räcka till mina komponenter på ca. 400mA, knappast när 12V inte gör det va? De jag fick ut va ju 250mA tror jag någon av er skrev. Kanske skulle vara en ide att parallellkoppla 2 Solceller på 5V och 3Wi så fall?

För får jag ett helt system baserat på 5V istället så klarar sig alla komponenter direkt eftersom det är deras rekommenderade strömstyrka.

[Nerre]

Du blandar ihop storheter hej vilt i ditt resonemang...


Först behöver du räkna ut hur mycket energi ditt system drar. Energi är detsamma som effekt gånger tid, 1 Joule är 1 Ws (Wattsekund).

En sak som drar 10 W kommer alltså att dra 10*60*60=36000 Ws (=36 kJ) på en timme.

När man räknar på såna här saker är det dock enklare att räkna med Wh är Joule, 10 W drar på en timme 10 Wh.

Om vi nu höftar med att du har en Arduiono som drar 250 mA från 5 V dygnet runt så blir det 5*0,25*24 = 30 Wh om dygnet

Sen har du en ventil som drar 300 mA på 12 V. Om vi säger att den drar 8 timmar varje dygn så blir det 12*0,3*8=28,8 Wh, vi avrundar till 30.

Det innebär att per dygn så drar ditt system 60 Wh. Hur många dygn kan gå helt utan sol? Det är en ren gissning, vi drar till med 3 dygn. Då måste batteriet ha en kapacitet på 180 Wh. Med 12 V batteri blir det 15 Ah (12*15=180).

Nu har du ett batteri som klarar att driva systemet när solen är borta. Men hur fort vill du att batteriet ska laddas när solen kommer tillbaka? Jag skulle nog vilja att åtminstone hälften av batteriet blir fulladdat med 8 timmars sol, d.v.s. 90 Wh på 8 timmars sol. 90Wh/8h=11,25 W, detta är den minsta effekt din solpanel måste ge, med tanke på förluster behöver du troligen en panel som ger 20W. Men det ger den kanske bara vid full sol, är det lite molnigt sjunker effekten. Jag skulle nog inte våga köra mindre än 50 W panel.

Du får ju tänka på att solpanelen ska inte bara ladda batteriet, den ska driva grejerna samtidigt.


Nu är detta helt hypotetiska beräkningar, med flera antaganden om saker som jag inte kan veta säkert (t.ex. hur ofta är det molnigt?), men som du ser är det inte så enkelt att svara på frågan.

[Icecap]

Huezzer: Nerres beskrivning er riktig bra.

Sedan är det en annan sak som du ska veta: När magnetventiler slår till och från blir det störningar/"spikar" på drivspänningen. Man kan såklart filtrera dessa ganska väl men det är alltid dåligt för driftsäkerheten att driva elektromekaniska komponenter på samma drivspänning som styr mikroprocessorn!

Så att ha 12V som "basspänning" och till att ladda och driva ventiler osv. är bra!
Samma 12V kan sedan stegas ner till t.ex. 5V till display, sensorer och Arduino, det ger en bra säkerhet mot störningar.

Ovanpå detta kan du faktisk klara dig utan en laddningsregulator, det kan arduinon nämligen klara! Då utgår jag ifrån att vi pratar en bly-ackumulator eller annan där man kan nöja sig med att avkänna spänningen och använda den som gräns för laddningen.

För att göra detta behövs en spänningsdelare så att de 12V blir inom rätt spänningsområde för Arduinon, sedan kopplar man den till en A/D-ingång och har en utgång som styr en transistor. När den transistor drar ska laddningen från solpanelen stängas av, det kan göras med t.ex. en MOSFET och lite småsaker.

Samtidig kan man med två dioder säkra att driftspänningen till systemet aldrig dyker för långt, alltså kan solpanelen sluta ladda ackumulatorn men fortfarande driva resten utan problem och skulle det uppstå kortvariga behov som överstiger solpanelens förmåga kommer ackumulatorn att vara "på plats" och fixa biffen.

[Huezzer]

Ni är ju genier vad gäller det här! Dock känns det ju nästan som om det blir lättare och billigare att köra systemet via vanliga elnätet och köra det på 12V med vanlig adapter.
Det blir så krångligt o få till allt känns det som Eller finns det något alternativ till en elektrisk vattenventil för att starta och stoppa flödet? Eller kanske bara jag som låst in mig på den iden?

[Nerre]

Som jag skrev innan: En ventil som styrs av ett servo kan vara bättre eftersom den bara drar ström under den korta tid som ventilen öppnas eller stängs.

Men sen är kanske inte en Arduino det bästa om man ska få ner strömförbrukningen (jag har ingen aning om den har stöd för att gå ner i sleep och väckas av interrupt eller nåt sånt som minskar förbrukningen).

[Huezzer]

Det jag vet är att vissa Arduino kan gå in i sleepmode och väckas av external interupts.

Men vad skulle ni säga om ett annat alternativ, dvs. att köra med en elektrisk pump istället för ventilen då det känns som det är den som ställer till med mest bekymmer och drar mest. Sedan köra på 5V? Dvs. att pumpen endast startar om fuktigheten är under en viss nivå. Annars släpps ingen ström fram, typ sätta ett relä eller liknande som slår från och till?

Exempel på pump som jag menar:

http://www.ebay.co.uk/itm/DC-3-5v-6V-5v ... SwBahVGV8p

Tack på förhand,

[Icecap]

OK, vi försöker en gång mer: Att låta elektromekaniska enheter köra på samma spänning som driver µC'n är att be om alla problem som kan finnas. Är det tydligt nog?

Det är just bra att driva elektromekaniken på 12V och reglera 12V ner till 5V - men det kanske inte gick fram?

Hur lång tid ska ventilerna vara aktiverade åt gången? Hur ofta?

Jag kan lova dig att pumpen drar mycket mer energi än ventilen!

Du håller hela tiden på att vilja välja den sämste vägen, är det någon speciell anledning till det?

[Huezzer]

Hej, sorry om jag verkar helt off, som jag skrev, är skitkass på detta men är teknisk när det gäller allt annat. Just denna bit med ström osv. Får kanske se om jag kan hitta fysikboken igen

Åter till den ventilen istället då som ni pratade om, det står: "Valve type: diaphragm (operated by servo)".

Ventilen kan leverera 3~25L/MIN så jag skulle säga att 1min räcker gott och skulle säga 1 gång per dag under sommaren, är det riktigt varmt så får man väl komplettera med manuell vattning.

Så om vi då har ventilen på 12V så bör ju uträkningen bli: 12x0,3x0,1? 0,1 är jag dock lite tveksam över... Då blir det ju inte direkt Wh utan Wm(wattminut hehe)

Arduinon har möjlighet till s.k. sleepmode och kan sättas igång av external interupts/någon form av timer, så jag kan sätta att den ska vattna varje kväll kl. 18:00 och sen vara i sleepmode under tiden den inte används. Då borde förbrukningen minskas radikalt, dvs. Arduino i sleepmode med något av ovanstående alternativ + ventilen som bara är igång under ca. 1-2 minuter varje dag, övrig tid avstängd?

[Icecap]

Det som är viktigt er energimängden.

Att börja med servo till en ventil som ska vara öppen ett par minuter per dygn är inte speciellt vettigt, anledningen saknas helt enkelt.

Vi låtsas att ventilen drivs med 12V och drar kanske 500mA (högt räknad) vid aktiveringen.
Den aktiveras 2 gg/dygn och då i kanske 1 minut per gång. Det ger en aktiveringsenergi på totalt 720Ws per dygn.

Under tiden drar ditt display 15mA @ 5V i 24 timmar = 6480Ws per dygn - alltså 9 gg mer energi än ventilen!

Redan nu borde du se skillnaden. Att sätta Arduinon i viloläge är bara larv, den drar inget vidare i detta sammanhang.

Skulle ventilen alltså öppna en del fler gångar per dygn är det ändå displayen som är energitjuven i det hela.

Så det kan vara dags att du faktisk definierar vad du vill! Som det är nu verkar du inte ha mer än en väldigt grov idé - men en lösning som är vettig på de enstaka delar verkar sväva i det ovissa.

* Hur mycket vatten behövs under sommaren? Detta har stor betydelse för regleringen, val av ventil(er) och dylikt.
* Är det bara vattningen som ska styras?
* Vad ska du med en så strömkrävande display? De display jag använder brukar dra runt 1mA när backlight är av och att styra backlight är extremt enkelt.

Mitt råd är att ta ett steg tillbaka och faktisk definiera ditt projekt och göra överslag på t.ex. vattenmängden, behov av information osv. Därifrån kan man enkelt hitta de mest ekonomiska (pengar och/eller energi) lösningar för de ingående delar och skapa ett välfungerande system.

[Huezzer]

Hjälpen uppskattas ska ni veta!

För att veta vad en lampa drar i timmen,
är det helt enkelt att räkna ut t.ex.
För att ta ett känt ex. Ventil på låt säga 200mAh 12V i 3h

P = U*I dvs. i detta fallet: 2,4W=0,2A*12 och sedan göra om watten till Wh?
Wh=(2,4x3)/1000 = 0,0072kWh. Stämmer denna uträkning och är det vad lampan drar i timmen?

Om nu detta stämmer hur räknar jag då ut vad t.ex. en solcell producerar?
Låt säga att vi har en solcell på 3W 12V. Är det samma uträkning?

[Mindmapper]

Din uträkning är riktig! 7,2Wh (0,0072kWh) tar lampan under 3 timmar. Under en timme tar den 2,4Wh.

Wh är energimängden du förbrukar.

3W är effekten som solcellen ger när du har full solinstrålning. Hur ofta har du full solinstrålning? Har du mulet så får du betydligt mindre än 3W, kanske 0,4W.

Bor du högt uppe i norr på ett berg under en midsommardag när solen lyser för fullt hela dagen, så har du 3W * 24h = 72Wh från solcellen. Sedan har du förluster i batteriet under uppladdning så du får kanske lagrat 50Wh i batteriet.

Under jul så har du kanske sol under 0,5 timmar och molnigt värre du får du kanske 0,6 Wh tillskott i batteriet.

Samma sak under väldigt molniga (regniga) sommardagar. Dimensionera så att du klarar ett antal dagar med dålig solinstrålning så att du klarar dåliga perioder utan att behöva tillföra yttre energi till systemet. Om du t.ex skulle vara borta.

Fast under vintern kanske växterna vilar och inte behöver så mycket vatten. Jag hr blommor som står i mitt sommarviste som jag bara vattnar var annan, var tredje månad under vintern, men på sommarn nästan varje dag. Hemma dricker växterna under vintern massor för att de står på fönsterbrädan med ett varmt element under. Ju kallare ute dess varmare element vilket innebär mera uttorkning av blomman dess kallare ute. Med minus trettio grader ute så innebär det också i stort sett ingen luftfuktighet, vilket även det ökar på den fukt du måste tillföra till krukan.
Värsta tänkbara scenario har du troligen när det är som mörkast, om du inte sätter växterna under extrem vila den tiden.

[Huezzer]

Härligt, då har jag gjort någonting riktigt iallafall

Du skrev att den tar 2,4W på 1 timme men om jag då som i mitt fall ska ha igång en ventil endast 2-3 minuter varje dag tar jag då 2,4/60 för att få fram hur mycket den förbrukar på en minut och sedan * 2 eller 3 för hela tiden? I så fall kommer ju den inte dra alls mycket. Får fram 0,04W(minut) i så fall.

Går det att räkna ut solcellens produktion genom att göra så här då(sommartid, grovt räknat 8h sol):
Låt säga att solcellen vid dåliga förhållanden producerar 1W av 3.
1*8 = 8Wh
Går det sen att "kvitta" förbrukningen av ventilen mot vad solcellen producerar för att se om solcellen räcker för det hela? Dvs. ventilen kommer ju endast förbruka 0,08 av hela 8 Wh och resten går till övriga systemet samt batteriet, eller är jag helt ute och cyklar?

Om ventilen sen då oavsett dag endast är på 2-3minuter så borde väl batteriet hinna ladda med råge? Detta eftersom 23h och 57minuter på dygnet är ventilen inte påslagen, ingen ström går fram. Arduinon i det här fallet programmerar jag till "sleep mode" vilket kommer göra att i stort sett alla komponenter är avslagna förutom antingen en intern eller extern timer som kommer säga till när det är dags att vakna och vattna lådorna. Visserligen är det inte så vidare bra elproduktion på natten med solcell men ni fattar grejer