使用IO扩展器的智能灌溉系统

描述

每年夏天（在我的花园里种了蔬菜之后），我总是去我家的地下室，这样我就可以在我的灌溉控制器上激活所需的区域（花园）并且不得不再次回来（一旦计时器到完成）到地下室并将控制器区域设置回“所有区域”。

那时我决定建立自己的智能 wifi 灌溉系统控制器！我已经有一个 8 区喷水灭火系统（我的草坪 7 个，花园 1 个），所以这个项目将专注于使用 ESP8266 12-E 和 PCF8575 的控制器，可以轻松地将现有配置扩展到 16 个区域。

灌溉系统基本功能

 

在更换控制器之前，让我们定义需要什么。大多数灌溉系统由 24v AC（控制器和电磁阀）供电，就像我家安装的一样。每个阀门定义一个区域（例如：1 区、2 区、3 区等），当通电时，水开始流过管道并激活一个或多个喷水器进行水灌溉。

电线连接如下。将所有公共电线连接在一起（见图）并将（公共电线）连接到仅一根 24vac 电线。来自 24vac 的另一根电线将被添加到继电器板上（详见下文）。

部分

我决定保留原来的 24v AC 电源并重新使用它来为我自己的控制器和电磁阀供电。

降压转换器

 

这是一个 AC/DC 到 DC 降压转换器 - 因为我只想使用一个电源（原来的 24vAC），它需要转换输入交流电压和输出（使用微调电位器）5v DC 来为电子元件供电（我的控制器替换的继电器、nodeMCU、IO 扩展器）。

NodeMCU & PCF8575（蓝色）

 

NodeMCU (ESP12-E) 是执行大多数活动的大脑（见下文），但缺少 IO 端口（这是 PCF8575 的亮点）。

• 获取 UTC 时间
• 托管门户网站
• 激活或停止任何区域（阀门）
• 在手动和自动模式之间切换

PCF8575 是一个包含 16 位准双向端口的 IO 扩展器。与该芯片的通信是通过 I2C 完成的（只需要 2 根线）。我喜欢这款芯片的地方在于：

• 使用 16 个端口的好处（准双向）
• 低电流消耗和高电流驱动能力（灌电流）
• 工作电源电压在 2.5 至 5.5 V 之间

8 继电器模块

 

一旦 MCU 为特定区域（阀）发出信号，它将通信（通过 I2C）并激活 PCF8575 上的端口以从继电器引脚吸收电流（端口 = 0V）并激活继动阀（或区域）。继电器将关闭电路并允许来自原始电源的电源（24vac）进入电磁阀，因为我有 8 个阀，所以需要 8 个继电器。

所有零件的总成本约为 35 美元（罐）。

概念证明

 

 

 

 

1 / 3 •原型板

 

现在我们有了主要组件，在原型板上组装电子部件（来自原理图文件）。然后开始构建一个只与PCF8575芯片通信的程序来控制前2个IO口。最后，继续添加继电器板并进行测试。验证完成，我准备将 nodeMCU 和 PCF8575 安装在面包板上。

总装

 

 

 

 

1 / 4

 

最后阶段是组装所有电子元件（对于这个项目，我使用了一块 MDF）和一些 3D 打印部件，以将 MDF 板固定在机械室的墙壁上。

软件

网络门户

 

Web 门户是从 MCU 生成的。每个区域都可以有一个描述（上图仅用于演示）。

结论

控制器可以通过多种不同的方式进行编程（见下文），例如：

• 有每天或每周安排的菜单；
• 每天或第三天浇水；

对我来说，以下标准是这个项目的一个重要因素。

• 有一个门户网站可以手动“打开”任何区域；
• 自动灌溉每隔“奇数”或“偶数”天（基于地址）（MCU 将需要检索 UTC 时间） - 这是城市法律的要求；
• 如果需要，可以轻松添加新区域 (PCF8575)

我最初开始使用 Dark Sky API 提取天气信息，以便 MCU 知道何时灌溉......但出于个人原因，我拒绝这条路径，而是更喜欢使用湿度传感器（尚未构建......对于未来的项目）。

更新

我有一个请求（来自邻居）创建并安装了一个新的灌溉系统控制器。这是原始设计的 2.0 版，添加了以下部分：

• 用于 MCU（Wemos D1 mini）和 IO 扩展器的新 PCB（我将原理图发送给我的朋友，他创建了 PCB 设计。最终产品是使用 JLCPCB 的服务完成的，最终结果非常出色）
• 4口继电器模块

 

 

 

 

1 / 2 •版本 2.0

 

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