Восход и закат: солнечная арифметика для света и полива

Таймер в розетке включает свет в курятнике в 18:00 — и весь декабрь птицы сидят в темноте до включения, потому что солнце там садится в 16:00, а в июне лишние два часа горения при том, что на улице ещё светло. Жёсткое расписание из урока про свет по часам честно держит назначенные минуты, но никуда не уезжает вместе с сезоном: разница между декабрём и июнем в средней полосе — одиннадцать часов светового дня. Выход — привязать триггер не к настенным часам, а к солнцу: включать свет за полчаса до заката, запускать полив через полчаса после рассвета. Здесь считаю момент заката и рассвета арифметикой на RTC-дате и разбираю все места, где солнечные формулы кусаются.

Что понадобится на входе: координаты точки — широта и долгота, дата с RTC и часовой пояс. Всё. Никаких датчиков освещённости и антенн: солнечное движение вычисляется из календаря с точностью в пару минут, и этого хватает для полива и света. Для автоматики с датчиком почвы связка получается двухслойной — урок про автополив по почве отвечает «можно ли поливать», а солнечная арифметика отвечает «не рано ли ещё».

Формулы восхода и заката — это астрономия в упаковке для микроконтроллеров: по дате считается склонение солнца и уравнение времени, по координатам — часовой угол, и на выходе два момента суток. Граница события тоже определена не на глазок: восходом считают момент, когда верхний край диска показывается над горизонтом с учётом изгиба лучей в атмосфере, — отсюда стандартный угол солнца минус 0,833 градуса, где сложены рефракция и полудиаметр диска. Если суммировать грубо: рефракция поднимает картинку примерно на полградуса, диск добавляет ещё четверть — и вот готов эталонный угол, который зашит во все калькуляторы.

Руками формулу писать не надо — есть готовые библиотеки. SolarCalculator выдаёт восход, закат, солнечный полдень, сумерки и уравнение времени; Dusk2Dawn — порт онлайнового калькулятора NOAA, у которого часовой пояс передаётся в минутах. Мой совет по запуску любой из них один и тот же: возьмите одну дату и свои координаты, вбейте их в онлайн-калькулятор NOAA и сравните с выводом скетча. Расхождение в минуту — норма для округлённых формул; расхождение в часы почти всегда означает перепутанный знак долготы или пояс, и ловить это на стенде дешевле, чем на живом курятнике.

Про координаты — сразу две грабли. Первая: западная долгота в этих библиотеках отрицательная, и Москва с её 37,6 градуса восточной идёт со знаком плюс, а Лондон с 0,1 градуса западной — уже минус. Вторая: широта выше 66,5 градуса упирается в полярный день и полярную ночь — бывают даты, когда солнце не садится или не встаёт вовсе, и библиотека вернёт вместо времени служебную пометку. Проверяйте, что возвращает функция, прежде чем скармливать число планировщику: пометка, превращённая в минуты, даёт расписание из области фантастики.

Для света в курятнике закат — не всегда то, что нужно. Курицы садятся на насест в сумерках, а гражданские сумерки — это солнце на шести градусах под горизонтом, ещё минут тридцать-сорок после видимого заката. Библиотеки умеют этот уровень: у SolarCalculator сумерки считаются отдельным вызовом, в ручной арифметике угол просто меняют с 0,833 на 6 градусов. Мой рабочий вариант — закат минус двадцать-тридцать минут: свет успевает разгореться до темноты, и птицы не сидят в полутьме. Для полива логика зеркальная: рассвет плюс полчаса — вода идёт по холодной траве, испарение минимально, а у листьев есть день, чтобы высохнуть до ночной сырости.

Часовой пояс и перевод стрелок — второй слой аккуратности. Пока RTC живёт локальным временем, скетчу пояс знать незачем: закат сам переползёт на час в нужную дату, потому что дата в формуле сменится, — механику сезонных сдвигов я разбирал в уроке про летнее время. Но если вы держите в чипе UTC, как любят логгеры, — пояс придётся передать в библиотеку, и границу его действия в странах со сдвигом придётся держать в скетче. И про точность: на восьмибитных платах тип double — это четыре байта, то есть семь значащих цифр, — для минутной точности заката запас огромен, но не ждите от скетча секунд: сама модель атмосферы гуляет на минуту-две от погоды.

Полюс формулы — за полярным кругом. Если проект едет в Мурманск или Норильск, добавьте ветку: сервисное значение из библиотеки — сигнал уйти в резервное расписание по часам, как в уроке про неделю расписаний. У меня этот fallback выглядит скучно: не считалось — работаем по жёсткому графику и печатаем в журнал пометку. Комбинация «солнце в обычные дни, график в крайние» покрывает всю страну, а заодно страхует от лжи формулы в горах, где настоящий горизонт ниже математического.

В модели видно главное свойство солнечного триггера: включение само уезжает по сезонам — в декабре свет встаёт рано днём, в июне под полночь, и ни одна строка расписания при этом не правится. Точность таблицы — минутная и честно округлённая: настоящая библиотека на плате считает по формулам и уходит от таблицы на единицы минут. Кнопка ручного обхода — тот же контракт, что и в расписаниях: автоматика автоматикой, а человек должен уметь включить свет прямо сейчас, без выключателей питания.

На плате скетч из code-блока пересчитывает солнце раз в сутки по смене дня — этого достаточно: закат не гуляет внутри суток. Реле света берите модульное с оптопарой и следите за током катушки: пара десятков миллиампер пин не тянет, потому и транзистор внутри модуля, а про подключение нагрузки 220 В собран отдельный урок про модуль реле. Планировщик вокруг окна света живёт на millis — базовая механика без блокирующих пауз собрана в уроке про millis вместо delay.

Откуда взять координаты: откройте карту на телефоне, нажмите долгим тапом точку щитка и перепишите два числа из всплывашки — четыре знака после запятой хватает с запасом, потому что смена четвёртого знака сдвигает закат меньше чем на секунду. Широта вашего места подскажет и амплитуду сезона: на юге страны день гуляет от девяти до пятнадцати часов, в Петербурге — от пяти с половиной до восемнадцати с половиной, и таблица из симулятора для широты 55,75 показывает середину этой вилки. Смотрите на свою широту честно, а не по московским привычкам.

Куда расширять. Полив получает второй слой условий: солнечное окно отвечает «рано ли», датчик почвы — «нужно ли», а флаги уже отработанного полива живут в расписании на неделю. Дальше по желанию — дневная статистика длины дня для теплицы: те же два числа в журнал, и через месяц вы видите кривую сезона, не выходя из гаража.