植物澆水自動化開源分享

描述

介紹

也許這發生在你身上，但在過去的幾年里，當我離開家去度假或忘記給它們澆水時，我殺死了很多植物。因此，我考慮將任務自動化以挽救未來的植物生命。本文描述了生成的項目。

我將 Arduino Uno 與 Infineon 的TLE94112 多半橋一起使用，為我的家庭植物創建了一個自動水泵。

有關這些部分的介紹以及如何熟悉相應的庫，請參閱這篇 hackster 文章。我還假設您對 Arduino 和 C++ 編程有一些基本知識。

硬件

Arduino 和 TLE94112 像任何其他 Arduino 盾牌一樣組合在一起。

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棘手的部分是泵與TLE94112的連接，因為我們需要幾個半橋來為泵提供足夠的電流。就我而言，總共有 8 個，4 個高側和 4 個低側半橋，為泵提供高達 3.6A 的電流。問題是，這是我的泵產品頁面中列出的電流的兩倍多，因為大多數制造商只包括他們產品的平均電流負載，但對我們來說，開關期間的峰值電流是有限的，因為TLE94112如果超過每半橋 0.9A 的限制，將進入緊急關斷狀態。

這就是為什么我從三個螺絲端子中焊接了一個從 2 x 4 到 2 根電線的適配器：

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1 / 2 ?適配器的詳細視圖。一個長螺絲端子將四個半橋連接在一起。

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泵上的連接取決于您選擇的泵。就我而言，它帶有預連接的電線。

關于直流泵的另一個注意事項：在我的例子中，泵中的電機以相同的方向旋轉，而不管連接的極性如何。對于這個項目，這不是問題，但如果您想適應其他應用程序，請記住這一點。

最后，將軟管連接到泵上，并將一端放在水箱（例如噴壺）中，另一端放在植物的花盆中：

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現在，我使用我的實驗室工作臺電源作為整個設置的電源。根據您的泵選擇合適的來源（可以是電池供電的）。請記住，TLE94112 將您的電源連接到泵。

軟件

由于我使這個項目相當可擴展，因此代碼被分成了幾個文件，但別擔心，它非常簡單，我們將詳細介紹所有細節。

該項目可以在任何與 arduino 兼容的 IDE 中設置，我們將使用默認的Arduino IDE ，但例如 Platformio 也可以。

前兩個文件，helpers.cpp僅helpers.hpp包含一些包裝器，用于啟用和關閉可切換到串行終端的日志記錄。

使用此處提供的功能，您可以簡單地使用

logger.log("hello world");

代替

Serial.print("hello world");

該類Logger 包裝 Serial.print等，并且僅logger.logging在設置為時打印/記錄true。需要創建該類的一個實例，然后您可以像通常的Serial類一樣使用它：

Logger logger(500, true); //logger wraps Serial.print in order to disable logging with one variable, here it is enabled.

logger.logln("Init ready");

第一個變量設置應將 TLE94112的錯誤消息提取并記錄到串行終端的時間段（以毫秒為單位）（請參閱本文，第 5 節以了解有關板的錯誤消息的說明）。第二個完全啟用/禁用日志記錄。

第二組文件是包含植物類的基本功能定義的文件plant.cpp，plant.hpp以支持通過同一設置澆灌多個植物。

class Plant {
private:
  /* data */
  uint32_t pump_duration; //pump powered time in millis
  uint8_t pump_interval_days; //nr of days between pumping
  Tle94112Motor *pump_motor;
  

public:

  void pump(); //function to pump water for pump_time length

  Plant(Tle94112Motor* pump_motor_p, uint32_t pump_duration_p, uint8_t pump_interval_days_p); //constructor
  
  void setPump_duration(uint32_t t_milli);
  uint32_t getPump_duration();
  
  void setPump_interval_days(uint8_t interval);
  uint8_t getPump_interval_days();
};

標題是不言自明的。

每株植物都有一個泵（Tle94112Motor *pump_motor;），應該uint32_t pump_duration;每隔幾天激活一次（）一段時間（ uint8_t pump_interval_days;）

這些函數是這兩個變量的 getter 和 setter，以及激活泵送的函數。

我要特別注意void pump();.cpp文件中函數的函數定義：

void Plant::pump(){

    pump_motor->rampSpeed(255, pump_duration);
    delay(pump_duration);
    pump_motor->coast();//coast the motor to save power (as opposed to forced holding)
}

如您所見，泵電機并未立即完全啟動，但泵送速度在泵持續時間內上升至全速。這種“軟開關”是必要的，因為同時打開電機會消耗比TLE94112能夠處理的更多的電流。這通常也超過了電機/泵的電流消耗標簽。

現在我們已經來到了plant_watering.ino文件，代碼的核心。

前幾行只是庫包含和串行波特率的定義。

#include 
#include 
#include 
#include 

#include "plant.hpp"
#include "helpers.hpp" //Logger

#define BAUD 115200

接下來是為 TLE94112、記錄器和工廠創建所有類對象。在此示例中，我只使用一種植物，但您可以以相同的方式添加其他植物：

// Tle94112 Object on Shield 1
Tle94112Ino controller = Tle94112Ino();

// Tle94112Motor Objects on controller
Tle94112Motor motor_0(controller);

Logger logger(500, true); //logger wraps Serial.print in order to disable logging with one variable, here it is enabled.

Plant p1(&motor_0, 2000, 1); //attach the motor, the watering time and the days between watering

const uint8_t plant_nr = 1;

Plant* plants[plant_nr] = { //array of all plants, for iteration purposes
  &p1
};

所有植物都必須保存到一個plantssize 的數組中plant_nr。

接下來是一些有助于安排澆水任務的變量。這被排除在工廠類之外，以便輕松切換到不同的計時方案，例如實時時鐘。但是，在這種情況下，我們將使用該millis();函數。

//Timing:
uint32_t millis_in_day = (uint32_t)1000*60*60*24; //calculate the milliseconds in a day, for timekeeping
// uint32_t millis_in_day = (uint32_t)1000*5; //this is the testing version to see immediate results
uint32_t last_pumped[plant_nr] = {0}; //this is not a plant::variable since timing method is independent of plant class

出于測試目的，您可以通過減少一天中的毫秒數來模擬更快的時間流逝。

該setup()函數初始化之前創建的所有對象。每個電機的半橋數量也在此處設置。在我的情況下，我必須使用最多四個，但根據您的泵，您可能可以使用更少。我建議您查看這篇文章以了解錯誤代碼和調試TLE94112 。

void setup()
{
  // Switch on communications
  Serial.begin(BAUD);
  while (!Serial){};

  // Enable MotorController on all Shields and Motors
  controller.begin();

  // IMPORTANT connect PWM to Lowside as higside is active Free wheeling
  motor_0.initConnector(motor_0.HIGHSIDE, controller.TLE_NOPWM, controller.TLE_HB1, controller.TLE_HB2, controller.TLE_HB7, controller.TLE_HB8);
  motor_0.initConnector(motor_0.LOWSIDE,  controller.TLE_PWM1,  controller.TLE_HB3, controller.TLE_HB4, controller.TLE_HB5, controller.TLE_HB6);

  // start the motor controller
  motor_0.begin();
  motor_0.coast();

  // end the setup function
  logger.logln("Init ready");
}

反復檢查陣列中的loop()所有植物，最后一次澆水的時間，以及該時間是否超過所需的澆水間隔（以天為單位）。如果是這樣，則給植物澆水。最后的延遲減少了這些檢查之間的時間。

void loop()
{
  uint32_t ct = millis();
  for(int i = 0; i < plant_nr; i++){
    if((ct - last_pumped[i]) >= (plants[i]->getPump_interval_days()) * millis_in_day){
      logger.log("Pumping Pump ");
      logger.log(i);
      logger.log(" at ");
      logger.logln(ct);

      plants[i]->pump();
      last_pumped[i] = ct;
    }
  }
  logger.error_status(controller);
  delay((uint32_t)1000); //this can be increased even more
}

這就是這個項目的全部內容。隨意在您自己的設置中使用代碼并通過例如使用 RT-Clock 或包括多個泵來擴展它。

在這里你可以看到我的設置：

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