Форточка теплицы на серво: пропорциональное проветривание

Август, полдень, теплица три на шесть — тридцать два градуса по датчику, а я на работе. Вечером помидоры выглядели как сваренные. На следующий год я поставил механический термопривод: цилиндр сам распахивал форточку при нагреве, и это честно работало — пока я не столкнулся с обратной стороной: уставка зашита в конструкции, около двадцати пяти градусов, ход медленный, а «закройся сейчас» — перед градом или обработкой медьсодержащим препаратом — цилиндр не умеет вовсе. Автоматика, у которой нет слова «немедленно закрыть», — полуавтоматика. Вторая задача проветривания — движение воздуха: застоявшийся влажный угол за стеклом заселяется серой гнилью быстрее, чем жара сушит ботву, поэтому створка нужна не только в тридцать два градуса, но и в двадцать шесть после полива.

Форумы самодельщиков решают это приводом с логикой: серво на форточку или редукторный мотор на дверь, датчик, скетч. Полив по влажности в моей теплице уже вёл отдельный скетч из урока про контроль теплицы, и там прямо сказано: автоматика форточки — следующий этап, приводу нужна своя логика. Вот она, в трёх частях: полоса пропорциональности вместо тумблера, темп решений с гистерезисом закрытия и привод с честным питанием.

Лобовое решение — включать проветривание порогом «открыть при двадцати пяти» — даёт форточку-хлопушку: утром у границы показание прыгает туда-сюда на шуме датчика, и створка по пять раз за час проходит путь от закрытой до распахнутой. Пропорциональная полоса убирает хлопанье: между нижней границей открытия и уставкой полного хода угол растёт линейно с перегревом. При двадцати четырёх — приоткрыто на щель, при двадцати шести — на треть, при уставке тридцать — полный приток. Климат меняется плавно, и створка следует за ним без единого рывка.

Посчитайте на пальцах, как полоса ощущается створке: при двадцати пяти расчёт отдаёт двадцать один градус — узкая щель, при двадцати семи — сорок пять, при двадцати девяти — шестьдесят восемь, и до полного хода остаётся один градус жары. Ширина полосы — вопрос не вкуса. Уже два градуса: дрожь у границ на шуме DHT22 в две-четыре десятых не успевает успокоиться. Восемь и больше: солнечный пик прожаривает теплицу быстрее, чем угол доползает до полного хода. Мои четыре-шесть градусов — оптимум, проверенный на двух сезонах: за утро створка проходит полосу один раз, без возвратов. Уставку полного хода выношу на ползунок: огурцам душно к тридцати, рассаде страшно сквозняка — одно движение ручки, без перепрошивки.

Упоры ставлю на десять и восемьдесят градусов, а не на паспортные ноль и сто восемьдесят: рычаг на качалке форточки должен иметь запас хода в обе стороны, иначе каждое включение бьёт мехом в упор и жжёт мотор током удержания. Разметка углов делается по факту — как и границы хода на упорах, которые подробно разобраны в уроке про упоры и constrain. И не забывайте, что map() не ограничивает выход: температура за уставкой даст угол за упором, поэтому constrain стоит рядом с map всегда.

Серво нельзя дёргать каждые две секунды новым углом: каждая команда — это ход редуктора, ток и износ, а климат за две секунды всё равно не меняется. Мой темп: решение об угле раз в десять-пятнадцать секунд, и это среднее из трёх проб с паузой в две секунды — интервал задаёт сам сенсор, урок про интервал опроса объясняет, почему быстрее физически нельзя. Второй ограничитель — шаг: за одно решение угол меняется не больше чем на десять градусов. Солнце вышло из-за туч, показание подскочило на четыре градуса — створка дожимается за два цикла, а не хлопает за один.

Гистерезис на закрытие — вторая половина темпа. Открытие начинается от двадцати четырёх, а полное закрытие разрешается только при остывании ниже двадцати трёх: между этими границами створка сохраняет текущий угол, сколько бы ни шумело показание. Без этого окна утренняя температура двадцать три и восемь превратила бы каждое решение в ход рычага. Механику двух порогов на одном параметре я раскладывал в уроке про гистерезис реле — здесь она та же, только вместо щелчка реле ход качалки.

Шторм-кнопка — то, чего термопривод не умеет в принципе. Удержание кнопки перекрывает всю автоматику и ведёт створку на упор закрытия: град, обработка, залетевшая птица — причина неважна, приоритет у человека. Отпустили — автоматика вернулась к полосе, и угол доехал до расчётного своим шагом. Для ветреного участка это ещё и штатный режим на ночь: закрытая створка на упоре не парусит, а серво на упоре спит без тока. Все тайминги держатся на millis без блокировки цикла, кнопка читается каждые два прохода, поэтому отдельная логика фронтов не нужна.

В теплице серво живёт жёстче, чем на столе. Старт под створкой — сто-двести пятьдесят миллиампер, а если створку заклинит или ледяная рама сядет на упор, серво упирается и ест свои максимальные шестьсот-семьсот миллиампер, пока не перегреется. Пятнадцатый пин Uno такой ток не отдаст: просадка уронит питание платы, и автоматика перезагрузится посреди дня. Питание приводу — отдельный блок на пять вольт с запасом вдвое-втрое, общий минус с платой, электролит у серво; вся арифметика просадок собрана в уроке про пик тока и сброс платы. Второй приём — отпускание: пока форточка лежит на упоре закрытия, серво detachment и молчит, приём из урока про переключатель с двумя положениями.

Теперь спор, который у вас уже зреет. Термопривод дешевле, не требует ни провода, ни электричества, открывает и закрывает сам — против него у серво всего три аргумента: произвольная уставка, произвольный угол в полосе и команда «закройся сейчас». У меня они перевешивают, потому что теплица под проводом и обработка по расписанию. На дальнем участке без розетки я бы честно поставил цилиндр и не мучился: ход штока у ходовых моделей — четыре-семь сантиметров, для форточки хватает, а его медленность в остывании скорее полезна. Граница применимости у обоих приводов честная, и выбор зависит от того, есть ли рядом источник пяти вольт.

Последнее — место датчика. Не у самой форточки: открытая створка тянет уличный воздух прямо по сенсору, и автоматика закрывает то, что только что открыла. Центр теплицы, высота кроны, капельник над корпусом — те же правила, что и для любой комнаты, собранные в уроке про микроклимат и место датчика. Датчик в потоке притока — самый частый способ получить систему, которая хлопает форточкой без остановки.