Questa è la terza parte della serie PiGarden. Nella parte 2 abbiamo scelto valvole, tubi e sensore pioggia; adesso serve qualcuno che li comandi. Apriamo la scatola della centralina: dentro ci sono un piccolo computer, degli interruttori che scattano da soli e un trasformatore. Ti spiego a cosa serve ognuno e come sono collegati, anche se non hai mai toccato un Raspberry. L’indice della serie è in fondo.
L’idea, in parole semplici
Un’elettrovalvola è un rubinetto che si apre con la corrente: gliela dai e l’acqua passa, la togli e si chiude. Resta da decidere chi gliela dà, e quando. Nel mio impianto lo decide un Raspberry Pi, un computer grande come un pacchetto di carte.
C’è un problema. Il Raspberry ragiona con segnali piccolissimi, 3,3 volt e pochi milliampere, mentre le mie valvole vogliono 24 volt. Collegarle direttamente ai suoi pin vorrebbe dire rovinarlo. Serve un traduttore tra i due mondi, e quel traduttore si chiama relè.
Il relè è un interruttore che si preme da solo: il Raspberry gli manda un segnale debole, lui scatta e chiude un circuito molto più potente. È come un caposquadra che dà gli ordini a un operaio robusto: il caposquadra non solleva niente, ma decide lui quando si solleva.
Nel disegno ci sono due circuiti che non si mescolano mai: quello di comando (Raspberry e relè, poca corrente) e quello di potenza (trasformatore, relè e valvole). Si incontrano solo dentro i relè, che li collegano senza farli toccare.
Le parole difficili, tradotte
Se non hai mai fatto elettronica, queste sono le parole che incontrerai in questo articolo:
| Parola | Cosa vuol dire |
|---|---|
| GPIO | i piedini sul bordo del Raspberry: ognuno può essere acceso o spento da un programma, come un interruttore virtuale |
| Relè | un interruttore comandato elettricamente: un segnale piccolo ne chiude uno grande |
| COM, NO, NC | i tre morsetti di un relè: comune, normalmente aperto, normalmente chiuso |
| Elettrovalvola | un rubinetto che si apre e si chiude con la corrente |
| Monostabile | una valvola che resta aperta solo finché riceve corrente e si richiude da sola, come un rubinetto con la molla |
| Corrente alternata (AC) | quella che cambia verso decine di volte al secondo, come la presa di casa; l’opposto della corrente continua (DC) di una batteria |
| Zona | un gruppo di irrigatori comandato da una sola valvola |
Cosa c’è nella scatola
Tutta la parte elettrica sta in una scatola di derivazione da parete con i pressacavi, vicino alle tubazioni dell’impianto. Dentro ci sono quattro cose, montate su una tavoletta di legno:
| Componente | Modello | Compito |
|---|---|---|
| Computer | Raspberry Pi 3 Model B+ | fa girare piGarden, piGardenWeb e mqttconnector |
| Relè | 2 moduli SunFounder da 4 relè, 5 V | aprono e chiudono le elettrovalvole |
| Alimentatore delle valvole | Vemer VN319000 (TMC 30/24) | trasformatore 24 V corrente alternata, 30 VA, su barra DIN |
| Collegamenti | morsettiera a cappuccio | raccoglie i fili verso le valvole nel giardino |
Il Raspberry è collegato alla rete con un cavo Ethernet: per un impianto che deve funzionare all’aperto, in una scatola chiusa, non mi fido del Wi-Fi.
Ha inoltre il suo alimentatore originale da 5 V, separato dal trasformatore delle valvole: il circuito a bassa tensione del computer e quello a 24 V delle elettrovalvole non si toccano.
Se fai solo quello che sai fare, non sarai mai più di quello che sei ora.
Maestro ShifuIl Raspberry e i suoi pin
Sul bordo del Raspberry ci sono 40 piedini, i GPIO. Ognuno è un interruttore virtuale che un programma può accendere o spegnere. Nel mio impianto ogni zona ha il suo pin dedicato: quando il programma accende quel pin, parte il segnale verso il relè di quella zona.
I pin hanno due numerazioni, e all’inizio è facile confondersi: quella dei chip (BCM, la usa piGarden) e quella fisica, cioè la posizione del piedino sul connettore. Ti do tutte e due:
| Zona | GPIO (BCM) | Pin fisico |
|---|---|---|
| 1 | 17 | 11 |
| 2 | 27 | 13 |
| 3 | 12 | 15 |
| 4 | 18 | 12 |
| 5 | 23 | 16 |
Il collegamento tra pin e zona lo scrivi poi in /etc/piGarden.conf (lo vedi nella parte 4). Un sesto pin (GPIO 24, pin fisico 18) è già definito in configurazione ma non è usato. Il sensore pioggia usa invece il GPIO 25 (pin fisico 22), come nella parte 2.
I moduli relè
Un GPIO lavora a 3,3 V con pochi milliampere: basta per far scattare un relè, non per aprire una valvola. Ho usato due moduli da 4 relè a 5 V, affiancati: otto canali in tutto, cinque per le zone e tre di scorta.
Dentro un relè c’è una bobina. Quando il Raspberry la alimenta, la bobina diventa una calamita e sposta una piccola levetta; è il famoso «clic» che si sente quando scatta. La levetta collega tra loro i morsetti dell’uscita.
I morsetti sono tre: COM (comune), NO (normalmente aperto) e NC (normalmente chiuso). Per un’elettrovalvola si usano COM e NO. A riposo il contatto è aperto e la valvola è chiusa; quando il relè scatta il contatto si chiude e la valvola si apre.
I moduli prendono i 5 V direttamente dal Raspberry, come nello schema del progetto piGarden: i 5 V arrivano dai pin fisici 2 e 4 e la massa dai pin 6 e 25. L’ingresso di comando di ogni modulo va al GPIO della sua zona.
Una cosa da dire a piGarden è come il tuo relè scatta: alcuni moduli scattano con il pin acceso, altri con il pin spento. Si fa con due parametri; nel mio caso RELE_GPIO_OPEN=1 e RELE_GPIO_CLOSE=0, cioè con il GPIO a livello alto il relè scatta e la valvola si apre.
Il trasformatore: 24 V in corrente alternata
Le mie elettrovalvole sono Hunter PGV a solenoide, monostabili, e vogliono 24 V in corrente alternata. Il trasformatore è un Vemer VN319000 (TMC 30/24): uscita 24 V, 30 VA, servizio continuo, su barra DIN. Ne basta uno per tutte le zone, perché piGarden le apre una alla volta, in sequenza.
Alle valvole monostabili servono 24 V alternati. Il mio primo alimentatore era in corrente continua e, dopo un po’ di utilizzo, bruciava i solenoidi: è successo più volte prima che passassi al trasformatore. Un solenoide fatto per la corrente alternata ha un freno naturale che limita la corrente; in continua quel freno sparisce, la bobina si scalda e brucia. Prima di collegare qualunque alimentatore controlla sull’etichetta che sia AC: non basta che la tensione sia 24 V.
Il lato a 230 V del trasformatore è collegato alla rete elettrica di casa. Se non sei pratico di impianti elettrici, fai eseguire quel collegamento da una persona competente, con le protezioni a monte. Questo articolo non è una guida per lavorare sui 230 V.
Il cablaggio delle valvole
Le valvole hanno solo due fili, e il cablaggio è più semplice di quanto sembri. Un polo del trasformatore arriva al morsetto COM di ogni relè. Dal morsetto NO parte il filo che va a un capo del solenoide della valvola. L’altro capo del solenoide va invece direttamente all’altro polo del trasformatore, ed è un filo comune condiviso da tutte le valvole.
Quando il relè scatta, il circuito si chiude e la valvola si apre; quando il relè rilascia, la valvola si richiude da sola. Nella morsettiera bianca a destra della foto si raccolgono i fili che partono verso il giardino.
Gli schemi originali, con anche il caso delle valvole bistabili, sono nelle pagine di lejubila.net dedicate a l’elettrovalvola e ai collegamenti GPIO. I disegni di questo articolo li ho rifatti io, per non copiare i suoi.
Provare i relè prima di collegare le valvole
Con le valvole ancora scollegate puoi verificare che ogni relè risponda al suo pin. Il comando gpio arriva con WiringPi (lo installi nella parte 4); l’opzione -g usa la numerazione BCM della tabella di prima:
gpio readall
gpio -g mode 17 out
gpio -g write 17 1
gpio -g write 17 0gpio readall stampa la tabella dei 40 pin con modo e valore: è anche un modo per controllare che i pin siano collegati dove pensi. Con write 17 1 devi sentire il «clic» del relè della zona 1, con write 17 0 lo senti rilasciare. Ripeti per gli altri pin della tabella.
Se il relè scatta al contrario, cioè con il pin spento invece che acceso, il tuo modulo lavora a livello basso: basta invertire i due parametri RELE_GPIO_* nella configurazione di piGarden.
Nella prossima parte installiamo il software che, al posto di gpio, comanda i relè per noi.
Indice della serie PiGarden
- Parte 1 — Progettare l’impianto
- Parte 2 — Componenti e materiali: elettrovalvole, tubi, raccordi, sensore pioggia
- Parte 3 — La centralina: Raspberry Pi, relè e alimentazione ← sei qui
- Parte 4 — Il software: piGarden, piGardenWeb e mqttconnector
- Parte 5 — Integrazione con Home Assistant: switch, timer, script e schedulazioni
Riferimenti: lejubila.net/pigarden per gli schemi originali e il software open source