Второй счетчик для полива

Автоматическая система полива сада на Home Assistant, ESP8266 и MiFlora

Некоторое время назад у моей семьи появился дом с небольшим садом в очень теплом и засушливом месте, и перед нами встала проблема регулярного полива.

Хотелось, чтобы система полива была автоматической, при этом при ее выборе приходилось учитывать следующие условия:

• очень дорогая вода, которую надо экономить всеми доступными способами
• разные по потребностям во влаге растения в саду, от суккулентов до влаголюбивых
• необходимость полностью автономного полива во время отсутствия людей в доме, желательно с возможностью удаленного контроля
• засушливый климат, не прощающий ошибок с поливом

Оценив готовые решения, которые удалось найти в местных DIY сетях и на Amazon и почитав отзывы об их надежности (как правило, не самой высокой), решили попробовать сделать что-то самостоятельно.

Disclaimer: Автор не является IT-специалистом, и не претендует на профессиональное знание описываемой темы. Уровень исполнения проекта — хобби. Об уровне своих знаний в сфере программирования и электроники автор прекрасно осведомлен и будет очень признателен за предложения по улучшению и оптимизации использованных решений.

Принципиальная схема

Сад был разбит на 4 зоны полива, каждая из них снабжается индивидуальным датчиком влажности почвы и может поливаться по индивидуальному графику и разным количеством воды.
По земле проложены ПНД-трубки капельного полива с перфорацией, которые подключены к трубам сходящимся в водоразборном узле и подключенным через электромагнитные клапаны к водопроводу. Клапаны управляются реле подключенными к ESP8266 (Sonoff 4Ch).

Полив осуществляется по таймерам, в ночное время, чтобы увеличить количество воды, которое впитается в землю и не будет испарено солнцем.

При наступлении запланированного времени полива проверяется соответствие нескольким условиям:

• влажность почвы ниже заданной величины
• отсутствуют прогнозируемые осадки в достаточно большом количестве на ближайшие 2 дня
• не превышен лимит воды по поливу заданного для этой линии

Использованное оборудование

Raspberry Pie с установленным HassIO (уже была)

ESP32 DevKit, прошитая ESPHome, выступающая bluetooth-гейтвеем для MiFlora и принимающая данные от проводных датчиков влажности. Расположена в саду

Проводные датчики влажности Capacitive Soil Moisture Sensor v1.2, измеряющие влажность в ближних к месту установки ESP32 зонам полива

Датчики MiFlora, подключены к ESP32 по BLE, измеряющие влажность в удаленных зонах полива.

SONOFF 4Ch, прошитый ESPHome, расположен в водоразборном узле, куда приходят трубы от всех зон полива

4 Нормально-закрытых электромагнитных клапана на 220В расположены в водоразборном узле и подключены к Sonoff 4Ch. Открывают подачу воды для полива. Выбрана нормально-закрытая модель, с тем чтобы вероятность «наводнения» в случае каких-либо сбоев электрики и электроники была минимальной, и чтобы минимизировать количество требуемых выходов реле.

Импульсный водосчетчик, стоящий на входе в систему полива в водоразборном узле и подключенный к Sonoff 4ch. Позволил полностью передать данные о расходе воды в Home Asssistant и реализовать функционал полива заданным количеством. Весьма удачным оказалось то, что на этой версии sonoff уже распаяны контакты для прошивки и даже есть один свободный GPIO02 – на него и был повешен импульсный счетчик.

Так выглядит коллектор с установленными клапанами и счетчиком воды. Контроллер (sonoff 4Ch) в кадр не попал, он установлен на расстоянии в полметра в щитке IP65

Настройки ESPHome и Home Assistant

Подключать датчик можно только к аналоговым входам (ADC) микроконтроллера
Датчик придется калибровать, задав предельные значения напряжения для сухого датчика (в моем случае 3.22 В) и погруженного в воду (1,65 В). Я это делал включив демонстрацию log’ов в плагине ESPHome для HassIO и записав показания датчика в сухом виде и при погружении в воду.

После перепрошивки ESP32 в Home Assistant ничего настраивать не надо, там автоматически появляется датчик влажности с правильными единицами измерения

Код для ESPHome при этом примитивен:

В Home Assistant все немного сложнее:

Там я сделал несколько счетчиков (counter), сенсор и автоматизацию для работы с ними
При этом есть общий счетчик истраченной за все время воды (фактически, это виртуальный «двойник» механического счетчика). Он реализован в двух ипостасях — как counter, измеряемый в литрах и растущий в результате реакции на изменения бинарного сенсора из ESPHome, и как sensor, измеряемый в кубических метрах и берущий данные из предыдущего counter (для удобства сравнения цифр со счетами за воду).

Для целей управления поливом и сбора статистики были также созданы по 2 счетчика на каждую линию полива — один за все время, а второй за «сегодня». Так как физический счетчик у нас один, а линий четыре, для получения точных данных расхода по каждой линии полив каждой линии был разнесен по разным временным интервалам и запрещено одновременное их включение.

Изначально сенсор построен на базе данных сервиса darksky. К сожалению, за время настройки системы этот сервис успела купить компания Apple и объявила о постепенном сворачивании работы сервиса «на сторону». API пока работает, но, судя по всему, скоро потребуется искать альтеранативу этому решению, благо в HA довольно много других сервисов погоды. Здесь я привожу настройки для darksky, думаю, что даже с другим сервисом большая их часть сохранит актуальность.

Сначала создаем 2 сенсора по количеству осадков на завтра и послезавтра:

В результате в HA появляются два сенсора: sensor.dark_sky_precip_intensity_1d и sensor.dark_sky_precip_intensity_2d, которые выдают цифры интенсивности осадков на завтра и послезавтра измеряемые в мм в час.

Затем делаем на основе трех прогнозов один template-sensor:

В HA появляется sensor.rain2days который уже выдает общие осадки в мм на ближайшие 2 дня.
По опыту использования, прогноз от Darksky не особо точен если речь идет о слабеньком дождике, но сильные ливни он предсказывает очень неплохо и для моих целей этого вполне достаточно

После того, как все данные собраны, можно приступать непосредственно к поливу.

Вот так у меня выглядит кусок интерфейса с одной из зон в Home Assistant:

Здесь можно задать количество воды для полива (ползунком) и посмотреть значения основных сенсоров и счетчиков. Я привел интерфейс для одной из линий, для остальных все аналогично, только на линиях с проводными датчиками данных несколько меньше.

В интерфейсе можно заметить одну «лишнюю» деталь — вспомогательный сенсор «Достигнута норма». Его пришлось ввести, т.к. мне не удалось заставить работать condition:template для остановки автоматизации при достижении нормы по количеству воды, и в результате автоматизация просто проверяет значение этого сенсора. Уверен, что эту часть автоматизации можно сделать проще и элегантней, но моего уровня для этого не хватило.

Ниже код получившегося «костыльного» темплейт-сенсора:

Автоматизация для запуска полива в конечном итоге выглядит так:

Полив запускается поздно вечером, при этом каждая линия запускается в свой временной интервал. Разделение по времени запуска позволяет использовать один счетчик воды на входе для получения данных по 4 линиям.

При запуске проверяются три условия:

• не превышен ли лимит по количеству воды на сегодня (если, например, включали полив вручную)
• не превышает ли влажность 50% (по наблюдениям в наших условиях свежеполитая почва имеет влажность не более 60%)
• не ожидается ли осадков более 5 мм в ближайшие два дня.

Следующая автоматизация — отключение полива:

В автоматизации использовано целых 4 варианта триггеров, но в большинстве случаев она срабатывает по первому — «костыльному» сенсору, который отслеживает превышение лимита по количеству воды. Остальные триггеры сделаны в большой степени для подстраховки.

Ну и последняя относящаяся к проблеме автоматизация — обнуление ежедневного счетчика

Экономика проекта

Затраты на управляющую часть системы полива получились следующие:

(Raspberry PIE c HassIO на борту и WiFi router с покрытием в саду уже были до начала проекта, их я не учитываю)

Электромагнитный клапан UNIPUMP BCX-15 1/2" (нормально закрытый) 4*20 евро
Sonoff 4CH 17 евро
Счетчик импульсный Пульсар 8 евро
ESP32 DevKitC 3.5 евро
Capacitive Soil Moisture Sensor v1.2 2*0.67 евро
Датчики MiFlora 2*16 евро
Щитки, коллектор, провода, фиттинги все вместе около 50 евро

ИТОГО: около 190 евро

Затраты времени на настройку датчиков и МК — примерно 3-4 вечера по нескольку часов, но большая часть времени была потрачена на «изобретение велосипедов» и придумывание «костылей», в целом работы там немного. Физическая сборка системы заняла около 2 вечеров.
В целом, ожидается экономия воды примерно в 20-50% по сравнению с «глуповатой» системой на таймерах и при местных ценах на воду система должна окупиться за один-два сезона.

Недостатки и планы по доработке

По итогам выполнения проекта вскрылись некоторые нюансы и возможности для дальнейшего совершенствования.

В частности, я бы заменил электромагнитные клапана 220В на модель 24В — это напряжение являются стандартными для систем полива. В этом случае пришлось бы добавить в систему трансформатор на 24В и сменить Sonoff 4Ch на что-то с сухим контактом (например, Sonoff 4CH Pro или что-то самосборное). Сами клапана при этом стоят дешевле (от 8 евро) и снижают вероятность поражения электрическим током.

Также выяснилось, что для работы с пластиковыми трубопроводами давление из водопровода является слишком высоким, и фитинги могут подтекать во время цикла полива. В моем случае это не критично, все фитинги расположены над поливаемой землей, но по-хорошему надо добавить на входе редуктор для понижения давления.

Еще немного расстроила невозможность учета количества воды для полива в объемах меньших чем 10 литров — именно этот объем является минимальной измеряемой величиной для такого счетчика. Эту проблему можно решить, разобрав счетчик и поменяв местами колесики, но пока до этого не дошли руки.

Как работает капельное орошение

Воду из источника (водопровода, водоема) фильтруют, пропускают через счетчик и подают в трубы системы капельного орошения. Специальный инжекторный узел фиксированными порциями добавляет удобрения, а если нужно – средства защиты растений (инсектициды, гербициды и прочее). Готовая смесь автоматически поступает из капельниц в прикорневую систему. Точечно и строго по графику!