Construcción completa
Este programador de riego es proyecto DIY (do it yourself) así, en esta sección se presenta un posible acabado con material obtenido de distintos proveedores.
Un posible acabado es el mostrado en la imágenes siguientes donde se han utilizado los siguientes componentes:
Una placa a medida diseñada con KiCad.
Pulsador con led integrado de 19mm (pulsador Start).
Pulsador sin led de 12mm (pulsador Select).
Pantalla OLED SSD1306 de 0.96 pulgadas.
Placa de relés mecánicos de 4 canales con disparo en alto.
Una caja estanca de plástico para soportar la intemperie.
Nota
En siguiente versión de la placa pretenden integrar los relés directamente en la placa para reducir el tamaño y evitar el cableado mostrado en la imagen.
La primera versión de la PCB ha sido diseñada con KiCad. Contiene mucha electrónica extra para poder hacer pruebas con diferentes electroválvulas, diferentes voltajes y condensadores. Realmente solo es necesaria una parte para que funcione, que es la que se recomienda en la siguiente sección.
Componentes electrónicos y PCB
La primera versión de la placa y los componentes se pueden ver en la siguiente
vista interactiva: pcb.html.
Las características de la placa son las siguientes:
Entrada de alimentación de 9-24V DC, se puede conectar directamente a una batería de 12V y/o a un regulador de carga solar.
Protección de polaridad inversa con un diodo y un fusible.
Convertidor de corriente (no un regulador) Mini560
Selector de voltaje para electroválvulas usando un regulador (opcional)
Divisor de tensión para medida de voltaje de la batería.
Nota
Esta primera version contiene muchos componentes que no son necesarios ya que algunos son para pruebas.
Esquema de la placa V1.0
En la siguiente fotografía aparece montada la PCB con los componentes necesarios para que el programador funcione correctamente.
PCB con los componentes montados
Los componentes mínimos necesarios para el funcionamiento son:
U1: Microcontrolador, placa ESP32-C3 Supermini.
U2: Mini560, Regulador de tensión a 5V.
C1, C2, C3 y C4: Condensadores para conmutación de las electroválvulas.
JRV1 puenteado a la posición raw (pin 1 y 2).
F1 y D1: Fusible y diodo para proteger la placa.
Advertencia
Los condensadores de C1-C4 son de 1500µf y de diámetro 10mm, el problema es que son difíciles de encontrar. No se deben usar condensadores de 1000µf ya que he comprobado empíricamente que algunas las electroválvulas no siempre conmutan.
Además de los componentes enumerados anteriormente, para medir la tensión de la batería se necesita añadir lo siguiente (detalles en Conexión a batería de 12V):
R1 y R2: Divisor de tensión para medir la batería.
C6: Condensador para estabilizar las medidas de tensión.
La pantalla OLED y los pulsadores se conectan a los pines de la placa. La pantalla OLED tiene un conector JST para evitar error en la polaridad, aunque se pueden usar conectores dupont. El led indicador se propone que esté integrado en el pulsador Start como se ve en las fotografías y el video de demostración. Los conectores son:
DISPLAY1: Conector JST para la pantalla OLED.
BTN1: Corresponde al Led, pulsador Start y pulsador Select.
Componentes adicionales para configurar la placa en otros modos
Adicionalmente esta versión de la placa dispone de un regulador REG1 y el condensados C5.
REG1 está conectado a la tensión de entrada de la placa y su salida se conecta a las electroválvulas mediante los relés. Este regulador es opcional y hace que las electroválvulas funcionen al voltaje del regulador. Se puede poner un regulador de 9V o de 12V. Es necesario cambiar la posición del puente JRV1 a la posición REG (pin 2 y 3). Este modo sirve para evitar posibles rebotes en la conmutación de las electroválvulas. A veces si el solenoide si recibe mucha tensión, conmuta con mucha fuerza y rebota a la posición inicial, fallando tanto la apertura como el cierre.
Por otro lado, el condensador C5 es opcional y sirve como condensador de pre-carga para la apertura de la electroválvula. Es necesario si la batería no suministra suficiente intensidad en un periodo corte de tiempo, por ejemplo en algunas baterías de litio. Si usa plomo-ácido no será necesario.
En las pruebas realizadas se ha comprobado que no es necesario el uso de este condensador ni del regulador cuando se usa una batería de AGM de 12V conectada al regulador de carga solar.
Electroválvulas
Las electroválvulas usadas en este proyecto son tipo latch con un solenoide y operan con una tensión de 9-24V DC. Se pueden adquirir en la mayoría de tiendas de riego de jardines y actualmente su precio oscila entre 20-30€. La siguiente imagen muestra las que se han usado en este proyecto.
Electroválvula - 9-24V DC
Pantalla OLED y pulsadores
Si se quiere añadir todos los componentes el cableado con la PCB sería el mostrado en la foto:
Cableado completo
Los pulsadores son uno de 12mm y otro de 19mm con led incorporado. Ambos son pulsadores momentáneos que se encuentran fácilmente en cualquier tienda de Internet.
Pulsador de 19mm con led incorporado
Si se utiliza el conector azul pre-cableado del pulsador, los colores de los cables siguen la siguiente tabla de correspondencia:
Color |
Función |
Conexión en la PCB |
|---|---|---|
Rojo |
LED + |
PIN LED |
Negro |
LED - |
PIN GND |
Verde |
Común |
PIN START |
Azul |
Abierto |
NC |
Amarillo |
Cerrado |
PIN GND |
Placa de relés de 4 canales
La placa de relés es necesaria para conmutar las electroválvulas y disparar el auto-cierre en caso de fallo de alimentación. Existen multitud de placas de relés en el mercado. En este diseño es necesaria una con las siguientes características:
Relés electromecánicos SPDT Single Pole Double Throw (SPDT)
Disparo en alto - High level trigger
Estos relés tienen tres contactos de los cuales uno es el normalmente cerrado (NC), otro es normalmente abierto (NO) y el último es el contacto común (C). En algunas placas los contactos están nombrados pero en otras no. En la figura se muestra la conexión de un canal (relé) para alimentar la conmutación de una electroválvula. La placa mostrada no tiene los contactos nombrados.
Conexión de una placa de 4 relés a la placa del sistema de riego
Cuando la placa de relés tiene las conexiones nombradas, se puede usar la siguiente tabla de conexiones:
Conexión |
Conector en la PBC |
Descripción |
|---|---|---|
NO |
VCC1 |
9V/12V |
COM |
HEVS1 (Pines 1-4) |
Solenoide |
NC |
PW5V1 (Pines GND) |
GND |
La siguiente fotografía tiene las conexiones de los 4 relés a la placa del programador de riego. Para reducir el número de cables entre la placa de relés y la placa del programador, se han puenteado la alimentación y las tierras en los 4 relés.
Conexión de una placa de 4 relés a la placa del sistema de riego
Conexión a batería de 12V
La conexión de alimentación de la place está en el bloque terminal situado en la parte superior derecha de la placa. Está protegido por un fusible y un diodo y conectado al regulador de tensión Mini560. En teoría el voltaje admitido oscila entre 9-24V DC, pero en la práctica se recomienda usar una batería de 12V.
Si se quiere usar el medidor de voltaje incorporado, hay que añadir añadir las resistencias R1, R2 y el condensador C6. Éstos hacen un divisor de tensión con filtro conectado al convertidor analógico (ADC) del ESP32-C3. Para tener medidas fiables se recomienda calibrar el sensor mediante un control existente en HomeAssistant.
Advertencia
La placa no tiene protección de sobretensión se recomienda usar los valores indicados de las resistencias R1 y R2 que soportan hasta 20V.
Véase la sección Medidor de voltaje para mas detalles.
Desde HomeAssistant accediendo a la integración MQTT encontrará el dispositivo de riego y todos sus controles. En la captura se muestra en primer lugar el control de calibración de la batería con un valor preestablecido.
Control de calibración de la batería
La calibración es un proceso manual en el que hay que alimentar la placa con un voltaje estable y medirlo con un multímetro. Manteniendo esta alimentación estable hay que ajustar el valor en el control Calibración batería hasta que el valor de la batería mostrada en HomeAssistant sea el mismo que el del multímetro.
Cada vez que cambie el valor de calibración, la placa enviará una nueva medida del voltaje a HomeAssistant. Cuando coincida el voltaje medido, debe guardar el valor de calibración usando el control Guardar programación. De lo contrario, el valor de calibración se perderá al reiniciar la placa.
Diseño completo
En los siguientes enlaces se puede consultar todos los detalles del proyecto:
Esquemático de la placa
esquemático.pdfProyecto KiCad con la PCB
kicad-riego.zipVista interactiva de la PCB y listado de componentes
pcb.html