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Prototyp einer Pflanzenbewässerung mit Espresso-Pumpe

Disclaimer: Nicht zum Nachbau empfohlen, offen liegende 230V!

Auf der Liste geplanter Heimautomatisierungs- und Verbesserungsprojekte stand schon länger eine Bewässerung des Wohnbereichs mit hoher Pflanzendichte. Da außer der grundsätzlichen Idee und einer Tauchpumpe auf der Amazon-Wunschliste noch keine weiteren Planungen abgeschlossen waren, sollte sich das Vorhaben noch auf unbestimme Zeit hinausschieben, doch dann, neulich bei Aldi: Bewässerungsset für 9,99€. Mit Schlauch, Tropfern und diversen Adaptern, eigentlich zum Anschluss an den Wasserhahn gedacht. Doch als Einstieg zum testen doch sicher nicht verkehrt, oder?

Naja… Eigentlich habe ich vor, dass die spätere Anlage ein oder zwei mal am Tag eine Pumpe anwirft, eine Runde Wasser verteilt und nach ein paar Minuten wieder aufhört. Die beiliegenden Tropfer hingegen sollen bei dauerndem Druck von 1 bis 4 bar 2l Wasser die Stunde tropfen. Bei geschätzten 0,5 bis 1l Pro Pflanze wären das 15 bis 30 Minuten, viel zu langsam. Zusätzlich habe ich also kurz nach den Tropfern Löcher in den Gummischlauch gebohrt. Das ist sehr ungenau, hatte aber den gewünschten Erfolg.

Nächstes Problem: Testen mit dem, was im Haus ist. Anstatt einer passenden Pumpe im niedrigen Druckbereich hatte ich ein Modell aus einer ausgeschlachteten Gaggia Espressomaschine. Maximaldruck: 15 Bar. Obwohl das Befüllen des 10m langen Schlauchs recht lange gedauert hat, kann ich bestätigen, dass sich ein relativ starker Druck aufbaut. Der erste Tropfer ließ von da an mehr Mengen an Wasser durch als vorgesehen, obwohl der Verschluss des Schlauchendes nicht lange dicht gehalten hatte.

Also muss erstmal die Pumpe gedrosselt werden. Zufällig lag da noch ein Solid State Relay mit Zero Crossing rum (Fotek SSR-25DA), mit dem ich in einem anderen geplanten Projekt die Heizung der Espressomaschine steuern möchte (PID). Ich konnte im Netz bisher keine Informationen finden, ob man auch tatsächlich eine AC-Pumpe drosseln, oder nur ein- und ausschalten kann, aber das war ja eine ideale Möglichkeit zum probieren. Der Arduino steuert per in Software umgesetzter PWM (in Hardware ist die Frequenz fest) das SSR, angeschlossen per Erde und einem digitalen Pin freier Wahl. Der sehr einfache Quelltext schaltet den Pin nicht in der perfekten Frequenz, aber da das SSR nur an den Zeitpunkten schaltet, an dem die Wechselstromquelle den Nullpunkt überquert, halten sich die Auswirkungen in Grenzen.

Das Schalten an sich hat gut geklappt, also die ersten fünf Sekunden schaltet die Pumpe ein. Im zweiten Abschnitt läuft sie entweder mit voller Leistung, oder garnicht. Wegen der nicht-perfekten Frequenz wechselt das manchmal auch innerhalb der Zeitspanne. Ohne dass ich genau weiß, was in der Pumpe passiert, vermute ich, dass der Pumpe offenbar eine positive Flanke des Wechselstroms ausreicht, denn genau das kann hier passieren. Liegen zufällig nur zur negativen Flanke die 230V an, bleibt die Pumpe aus.

Im dritten Abschnitt, in der eine volle Schwingung gewartet wird, bevor geschaltet wird, läuft die Pumpe tatsächlich hörbar langsamer. In der letzten Phase bleibt sie aus. Das SSR funktioniert also, um die Pumpe zu steuern und auch mit niedriger Frequenz laufen zu lassen. Da man sich an den 50Hz-Takt halten muss, ist man in den Drosselmöglichkeiten etwas eingeschränkt, da man die Pumpe nur mit 100%, 50%, 25%, … laufen lassen kann. Je langsamer sie läuft, desto ungleichmäßiger wird vermutlich der Druckverlauf und der Maximaldruck nähert sich schnell dem Wert an, der durch die Wassermenge bestimmt wird, die in einer Pumpenumdrehung transportiert wird. Doch für den Prototypen war das alles egal, er funktioniert mit 25% Pumpfrequenz wunderbar und ich habe die Gewissheit, dass ich mit dem SSR eine Espressopumpe im begrenzten Maße steuern kann. Dies hilft mir vielleicht noch, um beim Espressomaschinen-Projekt eine Preinfusion zu verwirklichen. D.h. bevor die Pumpe mit vollem Druck Wasser duch das Kaffeepulver presst, wird eine kleine Menge Wasser mit niedrigem Druck zugeführt, damit das Pulver kurz Zeit zum Quellen hat und weniger anfällig für Channeling ist.

Also neben den Erfahrungen für das andere Projekt, weiß ich nun auch worauf ich bei der Weiterplanung für die automatische Bewässerung achten muss: eine leise(!) 12V-Pumpe mit dem richtigen Druckbereich und „Löcher“ in der richtigen Größe. Tropfer sind zu schmal, aber ich brauche dennoch genormte Lochgrößen, klein genug, damit es nicht zum Druckabfall am ersten Loch kommt, groß genug für kurzzeitiges Gießen der Pflanzen. Ideal wären Module, die einstellbar sind und auch zerstäuben können. Die Wasserschläuche besorge ich möglicherweise aus dem Wasserkühlungsbereich für Computer, caseking hat Kabel die transparent und bunt sind. In der Wohnung lässt sich so ein Kabel halt schlechter verstecken als im Garten, daher lieber absichtlich sichtbar verlegen.

Ich melde mich, wenn ich mit der Umsetzung weiter komme, habe im Moment nur wenig Zeit.