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Automatización de invernaderos con CAO.

Invernadero

El proyecto CAO (Controlador de Acuarios por Ordenador) es muy adecuado para la automatización y control de todo tipo de vivarios.

Podemos hablar de dos grandes tipos de vivarios considerados en un sentido amplio. En primer lugar los domésticos : acuarios, terrarios, paludarios, aviarios, insectarios… Y en segundo lugar los dedicados a la productividad industrial: huertos, piscicultura, Zoos, granjas de todo tipo…

Cuando hablamos de invernaderos podemos considerarlos como domésticos o industriales dependiendo del uso que se les quiera dar, pero el tipo de sensores y actuadores que necesitaremos serán similares.

En cualquier caso, nuestro proyecto CAO estará siempre orientado al desarrollo de controladores basados en Arduino, lo cual no representa ningún tipo de limitación para ningún proyecto de este tipo.

Las líneas generales para este tipo de proyectos serían las siguientes:

Como mínimo conviene distinguir  dos partes. Una para potencias medias y altas y otra para el manejo de consumos bajos de energía.

La parte de potencia media y alta se encargará de los actuadores, tales como válvulas de paso de agua, motores,  relés, etc. Esta parte deberá estar alimentada de forma independiente y su conexión con la parte de baja potencia deberá estar correctamente aislada mediante opto-acopladores. Algunas placas de relés ya vienen diseñadas de esta forma y en caso contrario no es complicado usar optoacopladores.
La parte de baja potencia se usará para alimentar el controlador Arduino y los sensores que necesitemos. Se requerirá una fuente de alimentación con muy buen aislamiento. En caso contrario los sensores de alta sensibilidad que tienen un electrodo conectado a Tierra, como son por ejemplo los sensores de pH, podrían funcionar mal.
Yo últimamente uso poco los interfaces de botonera. Creo que tiene muchas más posibilidades diseñar un controlador basado en Arduino que sea totalmente autosuficiente  y para la monitorización y el control de operaciones usar una Interfaz inalámbrico Bluetooth para un Terminal Android con su correspondiente App.
Partiendo de estas líneas generales lo que faltaría es concretar las necesidades para cada instalación y en este cualquier persona interesada, no tiene más que preguntar.

Yo no poseo ningún invernadero, y por ello la parte mas valiosa de este artículo será el aporte que puedan hacer las personas que con sus comentarios aporten sus ideas, sus dudas, y su experiencia en este campo.

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Aislamiento galvánico para equipos de medida sumergidos.

Ya son bastantes las personas que me han consultado sobre ciertos problemas que aparecen al construir equipos electrónicos que usan sondas sumergidas.

Yo en CAO1 tuve muchos problemas con el sensor de temperatura DS18B20 hasta lograr aislarlo totalmente. El aislamiento eléctrico con el agua cuando usaba esta sonda debía de ser perfecto y por suerte lo conseguí. En el caso de las sondas de pH, conductímetros y sondas de potencial redox, etc., son sondas que siempre tienen contacto eléctrico con el agua.

Lo que he observado, es que cuando usaba el medidor de pH  que hice con Arduino y que estaba alimentado con pilas, todo funcionaba bien, pero en otros casos no siempre.

El diseño de CAO1 lo mezcla todo en un mismo equipo y cada vez estoy más convencido de que eso es una mala idea.

Yo actualmente, por varios motivos, trabajo en una nueva línea de proyectos que he denominado CaoBT donde el interfaz sería un terminal Android comunicado con Bluetooth y lo que me interesa comentar es que pienso hacer pequeños controladores especializados en lugar de controladores monolíticos. Alguno pensará que es un paso atrás, pero no es una decisión caprichosa.

Si alguien me pidiera integrar el máximo de funcionalidades en un proyecto de controlador de acuario, lo que intentaría evitar, siempre que se pueda, sería integrar las funciones que usan sensores sumergidos y las funciones que manejan dispositivos con potencia.

Me refiero especialmente a los sensores depH, porque están sumergidos, no pueden ser aislados porque intercambian iones a través de una membrana semipermeable y  manejan señales de milivoltios. Son demasiados sensibles a la falta de aislamiento en cualquier parte del equipo.

Las fuentes de alimentación para potencias importantes, no tienen buen aislamiento salvo que sean fuentes muy caras y especializadas. Para circuitos de baja potencia conseguir un buen aislamiento es más sencillo y barato

El tema de sensores, puede requerir alguna relación con actuadores que manejen cierta potencia y también habrá que tener cuidado con ellos.

Aislamiento en transformadores de las fuentes de alimentación

TransformadorEl principal problema ocurre en los transformadores de alimentación. La mayoría de ellos tienen bobinados que están muy próximos para así evitar pérdidas y aumentar el rendimiento, pero eso conlleva un efecto capacitivo que permite, que aunque la corriente contínua no pueda pasar desde la red eléctrica a los circuitos alimentados por un trasformador, con la corriente alterna no ocurra lo mismo.
El efecto capacitivo puede ser más o menos grande y permitirá que una pequeña parte de la corriente si pueda atravesar el transformador y cerrar el circuito con tierra.

Esto para la mayoría de las aplicaciones no tiene importancia, pero son suficientes para fastidiar las medidas de ciertos sensores sumergidos.

Los bobinados primario y secundario pueden estar más o menos separados, tal y como se aprecia en la imagen siguiente, (un bobinado está arriba y el otro abajo), con lo cual el aislamiento no será perfecto pero algo es algo.

Transformador Bobinados separados.

Yo en mi acuario de 150L donde tengo instalado un Arduino con Leds dimeados, cuando meto una de las puntas del polímetro en mi acuario y toco con los dedos la otra punta, obtengo una lectura de 3v de corriente alterna cuando la iluminacion está apagada. Cuando la iluminación está encendida mido algo más 3.5v.

La medida de la intensidad que circula a través de mi cuerpo es tan baja que el polímetro marca cero incluso en la escala de los microamperios.  Se trata de una micro derivación que no logra hacer saltar el diferencial porque es muy pequeñña.

Es decir, se cierra el circuito con tierra a través de mi cuerpo. Esto ocurre pese a usar calzado con suelas de goma. Hay un retorno a tierra de muy baja intensidad, pero el voltaje que se detecta es en este caso de unos 3 voltios. Es evidente que algo así no puede ir bien para un instrumento de medida que mide milivoltios en un electrodo sumergido.

Otras estrategias

Las estrategias pueden ser muy variadas. Algunas veces se opta por aislar en otro punto de este circuito de derivación. Por ejemplo se puede actuar aislando los sensores que usan I2C. mediante circuitos especializados.  pH Mini, Shield for Arduino Mini

En generál existen circuitos que permiten la intercomunicación entre circuitos totalmente aislados y que usan acopladores ópticos. Usarlos es un sistema muy eficaz para separar circuitos pero lógicamente deben usar sistemas de alimentación diferentes y como mínimo el controlador que incluyan sensores sumergidos debe de tener un buen aislamiento de la red eléctrica y de otros circuitos conectados a la red eléctrica.

Conclusiones:

Mi recomendación es que la parte de iluminación y todo lo que requiera cierta potencia se haga  con un Arduino diferente. El Arduino con sensores puede ser alimentado con un alimentador de menos potencia y gracias a ello es más fácil encontrar alguno con un buen nivel de aislamiento.

Creo que las fuentes de alimentación que tienen un aislamiento bastante aceptable son las que se usan con los móviles, pero solo sirven para potencias bajas.

 

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Cambiador de agua para acuarios basado en Arduino.

Este artículo responde a la necesidad de resumir y centralizar toda la información dispersa sobre este cambiador de agua que tengo publicada en diferentes lugares.

Cómo surgió este proyecto

Este proyecto surgió por la necesidad de automatizar los cambios de agua en un acuario de 450L que lleva muchos años desde que fue reiniciado y ahoratiene tendencia a cargarse de nitratos.

Empecé por hacer un estudio de los posibles sensores de nivel de agua disponibles para Arduino o en su caso construirme uno. Necesitaba algo sencillo, con un margen de error de uno o dos milímetros y terminé decidiéndo probar la precisión de un acelerómetro analógico ADXL335 para usarlo como inclinómetro en un brazo basculante con un flotador en la punta.

Las primeras pruebas pueden verse en un par de vídeos:

La construcción se explica en otro par de vídeos:

Existe un paquete de software que además de la aplicación principal descrita en estos vídeos, contiene un manual muy completo y los fuentes EAGLE para obtener una PCB llamada CaoBT01. Podéis apreciar su diseño en la figura siguiente:

CaoBT01

Se trata de una placa que se ha usado para el cambiador de agua pero se diseñó para un uso muy versátil que se explica en la documentación que se incluye en el paquete de soft mencionado y que puede descargarse desde:

Cao_CambH2o_V01_PAK.zip (489Kb)  Cambiador de agua de acuario basado en Arduino.

 

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Mi forma de trabajar en proyectos CAO

Mi forma de trabajo es lo que me interesa comentar en esta ocasión y también es la razón por la cual decidí gastar bastante tiempo en la elaboración de un minidocumental en vídeo sobre mi último proyecto de cambiador de agua. Ya se publico una primera parte  y  la segunda se publicará dentro de dos semanas o algo menos.

En ese minidocumental, con dos partes de 17 minutos cada una, no solo he pretendido documentar el desarrollo de mi cambiador de agua y como funciona, sino mi forma de trabajar en mis proyectos CAO.

Básicamente estos trabajos consisten en una gran cantidad de pruebas, porque no me suelo conformar con lo primero que logro hacer funcionar, ni me gusta avanzar por caminos demasiado trillados. En el cambiador usé un acelerómetro para construirme un sensor de nivel de acuario y pese a que no es una solución que yo encontrara documentada en parte alguna, el resultado tengo que calificarlo de un gran éxito.  Lo estoy usando, de momento funciona muy bien y me proporciona un servicio muy bueno y que necesitaba.

Muchas de las pruebas que tuve que realizar no se han documentado en ninguna parte, y aún así creo que en este vídeo se puede apreciar una considerable cantidad de trabajo de prueba y error. Yo creo que el resultado final de un proyecto de este tipo, independientemente de las habilidades que uno tenga, depende mucho de cualidades como la curiosidad, el tesón, la perseverancia, y de lo perfeccionista que uno sea. Lo sé, es como si lo hubiera dicho mi abuela, pero son cualidades que creo tener. A mí no me basta lograr una solución que yo considere aceptable para mí, sino que generalmente busco que sea de utilidad para más gente.

El proyecto CAO arrancó en enero de 2013 y desde entonces he programado miles de líneas de código. Tengo recursos de programación en abundancia para reutilizar en mis proyectos, así que con alguna excepción, lo que ahora suele darme más trabajo y más quebraderos de cabeza, ya no es la programación. Inicialmente si que tuve que enfrentarme a resolver una serie de temas y eso me supuso un trabajo importante para desarrollar ciertas técnicas y ciertos algoritmos de programación, pero con lo que sé ahora me apaño muy bien.

Mi forma de trabajar en mis proyectos ha ido evolucionando. Lo que continua suponiendo para mí un desafío, es rellenar algunas de las lagunas de conocimiento que tengo en temas de diseño de equipos electrónicos. Por ejemplo, recientemente he descubierto que existen aspectos vinculados con la alimentación de Arduino y que tienen relación con el uso correcto de entradas analógicas en Arduino. Es solo un ejemplo. Hablo de conocimientos que de vez en cuando surgen y me ofrecen posibilidades de mejoras en algunas aplicaciones de Arduino bastante críticas. Son descubrimientos que serán tenidos en cuenta en el diseño de futuros proyectos.

Yo no solo disfruto de los resultados de cada subproyecto CAO que realizo, disfruto del largo camino de pruebas y errores que conduce a ese resultado, porque siempre me permiten aprender más.

Sobre mi canal de vídeo: 

Mi canal de vídeo está dedicado a documentar los aspectos más interesantes sobre mis proyectos de acuariofilia y sobre los de desarrollo de controladores para el acuario.

En el caso de mi último proyecto, (cambiador de agua),  realicé el ya mencionado minidocumental de vídeo que me ocupó mucho tiempo.  Yo sé que la mayoría de mis seguidores actuales en mi canal de Youtube, lo que quieren ver, no son temas de electrónica sino otros temas tales como escenas curiosas de acuariofilia,. Por desgracia lo único que yo puedo mostrar en mi canal, son los asuntos en los que estoy trabajando últimamente. Lógicamente haré más vídeos de peces, pero a lo largo del tiempo, habrá temporadas en las que no pueda mostrar tantos resultados acuariófilos interesantes como a mí me gustaría. Hay proyectos que duran muchos meses y luego la parte interesante para mostrar en vídeo queda reducida a unos pocos minutos, pero ese factor es el que le da valor a muchos de mis vídeos.

En el caso del cambiador de agua, el proyecto era una prioridad para mí, porque mi falta de tiempo estaba perjudicando a mi acuario de 450 litros. Ahora, gracias a este cambiador de agua, estoy haciendo cambios parciales de agua con más frecuencia y las plagas de algas que han estado amenazando este acuario durante meses, empiezan a remitir. La decadencia de un acuario no es un tema interesante. Seguro que la recuperación del equilibrio tendrá más interés y eso requería o bien un reinicio del todo el acuario, o una medida potente como automatizar los cambios de agua para poder hacerlos con la frecuencia necesaria.

Tengo pocos acuarios y últimamente los tengo dedicados a mejorar una raza de guppies, así que supongo que estoy pasando por una fase poco emocionante para mis seguidores de mi canal de youtube, pero condicionar mi trabajo de forma cortoplacista en función de lo que mis seguidores deseen ver, no funcionaría. Yo comprendo la impaciencia de mis seguidores, pero lo que da valor a lo que publico, es el trabajo que hay detrás. Quizás si yo tuviera una tienda de peces, mis vídeos serían mucho mejores y más frecuentes, pero no es el caso, y con la escasa instalación de acuarios que tengo en mi casa, tengo que apañarme para lograr filmar cosas interesantes.

Insisto, me limito a filmar las cosas en las que estoy trabajando. Más o menos consigo sacar un vídeo al mes cuidando siempre la calidad.

Para terminar quiero agradecer desde aquí la amabilidad con la que me siento tratado por mis seguidores del canal de Youtube.

Si alguno se ha pasado por aquí, gracias por vuestra amabilidad e infinita paciencia.

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