苗をいただきました

2018年7月上旬。水耕栽培を行っている同僚から、ミニトマトとゴーヤの苗を頂きました。
ミニトマトの栽培は種まきが3月中旬で植え付けが5月のようで、すでに2ヶ月遅れのスタートです。

水耕栽培とは土を使わずに液肥で育てる栽培方法です。
土を使わない分、病気になるリスクが減るらしいです。

始めのうちは水耕栽培用のポットに入れて毎日水を換えていたのですが、このままでは長期不在の際に水を換えることができません。となると、水やりを自動化するしかありません。※今回はお盆帰省がきっかけで作成しました。

今回のシステム制作にあたって、こちらの方の記事を参考にさせていただきました。
【arduino管理】噴霧（エアロポニック）自作栽培装置

必要な部品を集める

ケース
噴霧スペース・基盤収納スペース・液肥スペースの3つを用意しました。ホームセンターで丁度よいサイズを探して購入しました。
ホース
液肥 → ポンプ、ポンプ → 霧吹きノズル、噴霧スペース → 液肥スペース。それぞれの経路にあったホースを選択しました。
霧吹きノズル
液肥を霧状にして根に噴射します。
ダイヤフラムポンプ
本システムの心臓部。これが無いと液肥が送れません。
PWMモジュール
ポンプをフル回転させると強すぎるので、ポンプの回転数を制御するために利用します。
リレー
ポンプの電源ON/OFFを行います。Arduinoで制御するため5Vで駆動するものを選びます。
整流ダイオード
ポンプのOFF時に発生する逆起電力によって発生する電流が逆流するのを防ぎます。
RTCモジュール
Arduinoで時間を管理するために利用します。
Arduino
水耕栽培システムのプログラムを実行します。
ACアダプター
ポンプ用の電源です。ポンプの電流値に合わせて購入して下さい。今回は、12Vで60Wのポンプを動かすので12V5AのACアダプターを購入しました。容量が足りないとポンプが正常に動作しないので気をつけて下さい。

これらの部品はほとんどAmazonで購入しました。参考までに商品へのリンクを記載しておきます。
※納品速度優先で購入していたため、規格的に適切でないものが含まれている可能性もあります。

DC 12V 電磁ウォーターポンプ汎用小型ダイヤフラム式
※作成当時すぐに入手できる必要があったため60Wとなっています。36Wの製品もあるようなのでそちらでも問題ないと思います。
PWMモジュール
 リレーモジュール
 整流ダイオード
 RTCモジュール

回路実装

回路と言っても基盤は用意せず、そのまま部品同士を繋いでいます。

Arduino周り

RTCモジュールのVCC・GND・SDA・SCLをArduinoと接続します。
今回はArduinoのデジタル7番ピンでリレーを制御するため、リレーの制御ピンとArduinoのデジタル7番ピンを接続します。

PWM周り

PWMの入力側にACアダプターとリレーを繋いでポンプのON/OFFを制御します。
PWMの出力側にはポンプへの配線と逆起電力による逆流防止の整流ダイオードを入れています。
※リレーで物理的に回路が切れるので逆起電力が起きてもACアダプタには影響が無い気がしますが、念の為入れています。

あとはこれらをタッパーに入れて、基盤収納スペースに納めます。

プログラム実装

プログラムは時間帯によって散水時間を決め、散水と休止を繰り返しています。
参考サイトの時間をそのまま利用させていただいています。

#include <Wire.h>
#include "RTClib.h"

RTC_DS3231 rtc;

char daysOfTheWeek[7][12] = {"Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"};

int RELAY = 7;
int onTime = 0;
int intervalTime = 0;

void setup () {

#ifndef ESP8266
  while (!Serial);
#endif

  Serial.begin(9600);
  delay(3000);

  if (! rtc.begin()) {
    Serial.println("Couldn't find RTC");
    while (1);
  }

  if (rtc.lostPower()) {
    Serial.println("RTC lost power, lets set the time!");
    rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));
  }

  pinMode(RELAY,OUTPUT);
}

void loop () {

    DateTime now = rtc.now();

    //散水時間
    unsigned long splash = 0;
    //休止時間
    unsigned long wait = 0;
    int hour = now.hour();

    if(hour >= 0 && hour < 5){
      splash = 20;
      wait = 180;
    }else if(hour >= 5 && hour < 7){
      splash = 20;
      wait = 120;
    }else if(hour >= 7 && hour < 10){
      splash = 30;
      wait = 120;
    }else if(hour >= 10 && hour < 15){
      splash = 60;
      wait = 60;
    }else if(hour >= 15 && hour < 19){
      splash = 50;
      wait = 120;
    }else if(hour >= 19 && hour < 24){
      splash = 30;
      wait = 120;
    }

    digitalWrite(RELAY,LOW);
    delay(fire * 1000);
    digitalWrite(RELAY,HIGH);
    delay(wait * 1000);
}

稼働テスト

噴霧テストでは、PWMコントローラで回転数を調整しながら、噴霧の強さと騒音のバランスを調整しました。
強すぎるとホースとの接続が抜けてしまったり、ポンプ音も大きくなるため調整には気を使いました。
噴霧角度については、根に当たるように調整しています。

上から、噴霧スペース・基盤収納スペース・液肥スペース。噴霧スペースで溜まった余分な液肥がホースを流れて最下部の液肥スペースに貯まります。液肥が満たされている限り自動で循環します。
電磁弁で水の追加も自動化しようと思いましたが、液肥配合の考慮必要なのと期間も無いため今回は断念しました。
液肥の補充は、片方の鉢を抜いてその穴から補充していました。