ESP32 ile hidroponik otomasyon nasıl yapılır?

Neden ESP32?

ESP32 dahili 2,4 GHz Wi-Fi’ye sahiptir; ölçümleri bir web paneline göndermek veya telefondan izlemek için ek modül gerekmez. Çift çekirdekli işlemcisi ölçüm, kontrol ve iletişim işlerini aynı anda yürütmeye yeter. Arduino ve ESP-IDF gibi yaygın geliştirme ortamları desteklendiği için örnek kod ve kütüphane bulmak kolaydır.

Bununla birlikte ESP32 tek başına bir hidroponik kontrol sistemi değildir. Sensör arayüzü, pompa sürücüsü, güç katı ve güvenlik mantığı ayrıca tasarlanmalıdır. Sistemin genel mimarisini topraksız tarım otomasyonu rehberinde anlattık.

pH ve EC ölçümünde harici ADC

ESP32’nin dahili ADC’si vardır, ancak ölçüm aralığının uçlarında doğrusal değildir ve gürültüye duyarlıdır. Espressif’in ADC kalibrasyon belgeleri de ham okumaların kalibrasyon şemalarıyla düzeltilmesi gerektiğini açıklar. pH gibi küçük gerilim farklarının önemli olduğu ölçümlerde bu durum doğrudan hata demektir.

Bu yüzden birçok tasarımda Texas Instruments ADS1115 gibi harici bir ADC kullanılır. ADS1115; 16 bit çözünürlük, programlanabilir kazanç (PGA) ve I²C arayüzü sunar. HydroDose 3 prototipinde de analog ölçümler ADS1115 üzerinden alınır.

• pH probu çok yüksek empedanslı bir kaynaktır; doğrudan ADC’ye bağlanmaz, bir yükselteç/arayüz kartı üzerinden okunur.
• Her okumada tek değer yerine birden fazla örnek alıp ortalama veya medyan kullanın.
• Ham okumayı ve kalibrasyon sonrası değeri ayrı kaydedin; arıza ayıklamada çok işe yarar.
• EC ölçümünde sıcaklık kompanzasyonu için su sıcaklığını da ölçün.

pH ve EC probları aynı tankta birbirini etkiler

EC sensörü ölçüm için çözeltiye küçük bir akım uygular. pH probu da aynı çözeltide çok küçük gerilimleri ölçtüğü için bu akımdan etkilenebilir. Sonuç olarak EC sensörü çalışırken pH okuması kayabilir veya dalgalanabilir.

• Sensör kartlarını galvanik olarak izole edin (izoleli güç ve izoleli haberleşme).
• Ölçümleri sırayla alın: EC ölçülürken pH okumayın, gerekirse EC devresini ölçümler arasında kapatın.
• Probları tankta birbirinden ve pompa çıkışlarından uzak konumlandırın.
• Pompa motorlarını ölçüm anında çalıştırmayın; motor gürültüsü analog okumaları bozabilir.

Peristaltik pompaları sürmek

Peristaltik pompalar sıvıya temas etmeden belirli hacimde dozaj yapabildiği için gübre ve pH düzenleyici için uygundur. ESP32 pinleri motoru doğrudan süremez; arada MOSFET veya motor sürücü katı gerekir. DC motorlarda sönümleme diyotu kullanılmalı, motor beslemesi ise kontrol kartının beslemesinden ayrılmalıdır.

Her pompanın gerçek debisi farklıdır. Her kanal için belirli sürede kaç mL bastığı ölçülmeli ve dozaj süreleri bu katsayıyla hesaplanmalıdır. Dozaj mantığının ayrıntılarını gübre dozajlama sistemleri rehberinde anlattık.

Açılış güvenliği ve yerel kilitler

ESP32’nin bazı pinleri açılışta önyükleme modunu belirlemek için kullanılır (strapping pinleri) ve açılış sırasında kısa süre farklı seviyelerde olabilir. Bu pinlere pompa bağlanırsa cihaz her yeniden başladığında pompa istemsizce çalışabilir.

• Pompa çıkışlarını strapping pinlerinden uzak tutun ve sürücü girişlerine çekme dirençleriyle varsayılan “kapalı” durumu verin.
• Düşük su seviyesinde dozajı kilitleyin; şamandıra veya seviye sensörünü fiziksel olarak test edin.
• Geçersiz veya donmuş sensör okumasında dozaj yapmayın.
• Her pompa için tek seferlik ve günlük en uzun çalışma süresi sınırı koyun.
• Donanım watchdog’u kullanın; yazılım kilitlenirse çıkışlar güvenli duruma dönsün.
• İnternet veya sunucu bağlantısı koptuğunda cihaz güvenli modda çalışmaya devam etsin; kritik kararlar buluta bağlı olmasın.

Web paneli: izleme uzaktan, karar cihazda

Web paneli ölçümleri, alarmları ve dozaj geçmişini her yerden görmeyi sağlar. Ancak dozaj kararlarının panelde değil cihazda verilmesi gerekir; bağlantı gecikmesi veya kopması hiçbir zaman fazladan doz anlamına gelmemelidir. HydroDose 3 de bu ilkeyle tasarlandı: uzaktan izleme bağlantı varken çalışır, güvenlik kuralları ise yerel kontrol biriminde kalır.

pH ve EC kontrol döngüsünün nasıl çalıştığını pH EC otomasyonu rehberinde adım adım anlattık.

Prototipten sahaya

Masada çalışan bir devre, nemli, sıcak ve elektriksel olarak gürültülü bir serada farklı davranabilir. Sahaya geçmeden önce sistemin aşağıdaki koşullarda test edilmesi gerekir.

• Elektronikleri nemden ve damlayan sudan koruyan kutu, kablo rakorları ve damla döngüleri.
• Elektrik kesintisi sonrası yeniden açılışta pompaların kapalı başladığının doğrulanması.
• Uzun süreli ölçümde sensör kayması ve kalibrasyon aralığının belirlenmesi.
• Kaçak akım korumalı besleme ve topraklama.
• Her güvenlik kilidinin (düşük seviye, sensör hatası, süre limiti) tek tek tetiklenerek denenmesi.