Smart Greenhouse v2

Автоматизированная теплица на ESP32 с непрерывной записью условий среды. Система удерживает влажность почвы и длину светового дня в заданных границах, снимает показания каждые 2.5 секунды и ведёт полную историю измерений в CSV — то есть работает не только как автополив, но и как измерительный прибор для сравнительного агробиологического эксперимента.

Управление доступно с трёх сторон: сенсорный дисплей на самом устройстве, Telegram-бот и MQTT-брокер. Методика эксперимента, гипотеза и схема групп — в docs/scientific-rationale.md.

---

Возможности

Автополив	Насос включается по показаниям датчика влажности почвы с настраиваемым порогом (по умолчанию 30%) и блокируется при низком уровне воды в баке.
Фотопериод	Досветка управляется по расписанию реального времени (NTP), поддерживаются расписания через полночь. Период задаётся на лету командой SET_PHOTOPERIOD.
Непрерывная телеметрия	Каждая точка измерений пишется в data/telemetry.csv: время, влажность почвы, температура, влажность воздуха, состояние насоса и досветки.
Локальный интерфейс	TFT-дисплей с тремя вкладками: дашборд показаний, управление камерой, системная консоль с экранной клавиатурой.
Удалённый доступ	Telegram-бот: телеметрия, снимок с камеры, ручное управление насосом и светом, отправка консольных команд.
Построение графиков	scripts/plot_growth.py строит динамику параметров с выделением периодов досветки.

---

Архитектура

flowchart LR
    subgraph GH["Теплица"]
        DHT["DHT11<br/>температура, влажность"]
        SOIL["Датчик влажности почвы"]
        WATER["Датчик уровня воды"]
        PUMP["Реле насоса"]
        LIGHT["Реле досветки"]
        TFT["Сенсорный TFT 320x240"]
        ESP["ESP32<br/>codeforesp.cpp"]
    end

    DHT --> ESP
    SOIL --> ESP
    WATER --> ESP
    ESP --> PUMP
    ESP --> LIGHT
    ESP <--> TFT

    ESP <-->|MQTT| BROKER["MQTT-брокер<br/>Adafruit IO"]
    BROKER <--> BACK["greenhouse_backend.py<br/>парсинг, логирование, статус"]
    BROKER <--> BOT["telegram_bot.py"]
    BACK --> CSV[("data/telemetry.csv")]
    CSV --> PLOT["scripts/plot_growth.py"]
    BOT <--> USER["Telegram"]

Loading

Устройство остаётся автономным: полив и свет работают по локальной логике даже при обрыве связи. MQTT нужен для передачи телеметрии наружу и приёма команд, но не является условием работы теплицы.

---

Аппаратная часть

Компонент	Подключение	Назначение
ESP32	—	Основной контроллер
DHT11	GPIO 22	Температура и влажность воздуха
Датчик влажности почвы	GPIO 34 (ADC)	Влажность субстрата
Датчик уровня воды	GPIO 27	Защита насоса от сухого хода
Реле насоса	GPIO 25	Полив
Реле досветки	GPIO 26	Фотопериод
TFT-дисплей с тачскрином	SPI, настройка в TFT_eSPI	Локальный интерфейс
ESP32-CAM	отдельный модуль по HTTP	Снимки и видеопоток (опционально)

Калибровка датчика почвы задаётся константами DRY_VAL и WET_VAL в codeforesp.cpp: сырые значения АЦП для сухого и влажного субстрата. Значения зависят от конкретного датчика и грунта, поэтому снимаются экспериментально перед началом опыта.

---

Структура репозитория

codeforesp.cpp          Прошивка ESP32: датчики, реле, дисплей, MQTT, фотопериод
config.h.example        Шаблон секретов прошивки (WiFi, MQTT)
greenhouse_backend.py   MQTT-сервер: приём телеметрии, запись CSV, отчёты о статусе
telegram_bot.py         Telegram-бот: телеметрия, управление, камера
scripts/plot_growth.py  Построение графиков по собранной телеметрии
docs/                   Методика эксперимента и шаблон биометрических измерений
data/                   История измерений (CSV, не отслеживается git)
requirements.txt        Зависимости Python
.env.example            Шаблон переменных окружения

---

Установка

Прошивка

Требуются библиотеки: WiFi, PubSubClient, ESPAsyncWebServer, ArduinoJson, TFT_eSPI, DHT sensor library, HTTPClient.

cp config.h.example config.h

Заполнить config.h данными сети и MQTT, затем прошить плату через Arduino IDE или PlatformIO. Часовой пояс задаётся константой GMT_OFFSET_SEC (по умолчанию UTC+5).

Backend и бот

python3 -m venv .venv && source .venv/bin/activate
pip install -r requirements.txt
cp .env.example .env

Заполнить .env, экспортировать переменные и запустить:

python greenhouse_backend.py     # приём телеметрии и запись истории
python telegram_bot.py           # удалённое управление

data/telemetry.csv создаётся автоматически при первом полученном сообщении.

---

Протокол обмена

Телеметрия, топик <owner>/feeds/smartgarden_data:

soil_pct,temp_c,humidity_pct,pump_on,light_on

Команды, топик <owner>/feeds/smartgarden_control:

Команда	Действие
PUMP_ON / PUMP_OFF	Ручное управление насосом
LIGHT_ON / LIGHT_OFF	Ручное управление досветкой, отключает расписание
LIGHT_AUTO	Возврат к расписанию фотопериода
SET_PHOTOPERIOD:6-22	Установка светового дня (часы включения и выключения)
GET_STATUS	Запрос текстового отчёта о состоянии
CMD:<текст>	Произвольная команда с консоли устройства
CLEAR_CHAT	Очистка журнала на дисплее

---

Формат данных

data/telemetry.csv:

Поле	Описание
timestamp	Время записи в формате ISO 8601
soil_pct	Влажность почвы, 0–100 (условная шкала по калибровке)
temp_c	Температура воздуха, °C
humidity_pct	Влажность воздуха, %
pump_on	Состояние насоса, 0 или 1
light_on	Состояние досветки, 0 или 1

Построение графика по собранным данным:

python scripts/plot_growth.py --csv data/telemetry.csv --out growth_chart.png

Верхняя панель графика — влажность почвы с отмеченным порогом полива, нижняя — температура и влажность воздуха с закрашенными периодами досветки.

---

Конфигурация и доступ

config.h и .env содержат пароль от сети и ключи MQTT и исключены из репозитория через .gitignore; отслеживаются только шаблоны с плейсхолдерами. Telegram-бот ограничивает доступ списком ALLOWED_USERS, при пустом списке отвечает всем.

---

Известные ограничения

• DHT11 даёт точность ±2 °C и ±5% влажности; для более точных измерений подходят DHT22 или SHT31.
• Освещённость фиксируется как состояние реле, а не в люксах. Датчик BH1750 позволил бы измерять интенсивность света количественно.
• Шкала влажности почвы условна и привязана к калибровке конкретного датчика и субстрата, а не к абсолютной влагоёмкости.
• Связь с камерой работает только в пределах локальной сети теплицы.