ESP32 ve DS18B20 ile sera toprak sıcaklığı eşik değerli röle kontrolü

Giriş ve kapsam

Toprak sıcaklığı, kök gelişimi için hava sıcaklığından daha kritik bir parametredir. Domates fidesinde optimum kök bölgesi sıcaklığı 18 ile 24 °C aralığındadır. Bu rehberde Niğde seramda kullandığım düzenekten yola çıkarak tek noktalı toprak sıcaklığı ölçümü ve buna bağlı eşik değerli röle kontrolünün nasıl kurulacağını anlatacağım. Ölçüm ve kontrol 3.3V lojik seviyesinde çalışır, galvanik izolasyon röle üzerinden sağlanır. Rehber bir bilgi derlemesidir; kendi seramda birebir uyguladığım kurulum fotoğrafını paylaşmıyorum, kendi kurulumunuzda üretici veri sayfalarına bakınız.

Görsel yapay zeka ile oluşturuldu.

Sensör bağlantısı ve histerisiz mantığı

DS18B20 OneWire protokolü ile çalışır. Sensörün VCC ucunu ESP32'nin 3.3V pinine, GND ucunu GND'ye, data ucunu ise herhangi bir GPIO'ya (örneğin GPIO4) bağlayın. Data hattında pull-up için 4.7k ohm direnç, VCC ve data uçları arasına yerleştirilir. Sensör kılıfının tam toprağa gömülmesi ve kablo geçişlerinin su geçirmez olması ölçüm sapmasını 0.5 °C civarında etkiler.

Histerisiz mantığı şu: tek bir eşik değeri kullanırsanız sıcaklık eşik değerinde salınım yapar ve röle mekanik olarak sürekli açılıp kapanır. Bu hem röle ömrünü kısaltır hem de kontrol ettiğiniz cihaza zarar verebilir. Bunun yerine bir alt ve bir üst eşik belirleyin. Örneğin ısıtma kontrolü için alt eşik 16 °C, üst eşik 19 °C olsun. Toprak sıcaklığı 16 °C'ye düştüğünde röle çekilir, 19 °C'ye çıkana kadar bırakmaz.

Aşağıdaki Arduino kodu bu mantığı uygular. tempLow alt eşiği, tempHigh üst eşiği belirler.

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS 4
#define RELAY_PIN 17
#define tempLow 16.0
#define tempHigh 19.0

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
bool relayState = false;

void setup() {
Serial.begin(115200);
sensors.begin();
pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
}

void loop() {
sensors.requestTemperatures();
float t = sensors.getTempCByIndex(0);

if (t != DEVICE_DISCONNECTED_C) {
if (!relayState && t <= tempLow) {
relayState = true;
digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
}
if (relayState && t >= tempHigh) {
relayState = false;
digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
}
Serial.print("Toprak: ");
Serial.print(t);
Serial.print(" C | Role: ");
Serial.println(relayState ? "ACIK" : "KAPALI");
}
delay(2000);
}

Röle modülü ve yük bağlantısı

Röle modülünün VCC ucunu ESP32'nin 5V veya harici 5V kaynağına, GND ucunu ortak toprağa bağlayın. IN ucunu GPIO17'ye bağlayın. Röle modülü üzerinde opto-kuplör varsa JD-VCC jumper'ını açın ve harici 5V beslemeyi JD-VCC'ye verin; böylece ESP32'nin lojik hattı ile röle bobin akımı galvanik olarak ayrılır.

Röle çıkış tarafında COM, NO ve NC terminalleri bulunur. Isıtıcı gibi sıcaklık düştüğünde çalışması gereken bir yük için NO terminalini kullanın. Sıcaklık yükseldiğinde çalışması gereken havalandırma için NC terminalini kullanın veya kodun mantığını ters çevirin.

Kontrol edeceğiniz yük 230V şebeke geriliminde bir ısıtıcı veya fan ise röle bağlantısı yapmadan önce şu uyarıyı dikkate alın: şebeke gerilimi ölümcül olabilir. Röle terminallerine şebeke hattı bağlantısı yapılması mutlaka yetkili bir elektrikçi tarafından gerçekleştirilmelidir. Şebeke devresinde uygun nominalde RCD ve sigorta kullanılması zorunludur. Koruma devrelerini atlamayın, bypass etmeyin.

Ölçüm doğrulama ve sorun giderme

DS18B20'den okunan değer -127 °C veya 85 °C geliyorsa bağlantı problemi vardır. -127 genellikle data hattı kopukluğunu, 85 ise sensörün power-up varsayılan değerinde takılı kaldığını gösterir. Pull-up direncinin 4.7k ohm değerinde ve doğru konumda takılı olduğunu kontrol edin. Birden fazla sensörü aynı hatta paralel bağladığınızda pull-up direncini 2.2k ohm'a düşürmeniz gerekebilir.

Sensör okuması beklenenden 1-2 °C yüksek çıkıyorsa kılıf üzerinde güneş radyasyonu etkisi olabilir. Sensörü doğrudan güneş vurmayan bir noktaya gömmek veya üstünü açık renk bir malzemeyle örtmek çözüm verir. Kalibrasyon için sensör ve bir referans termometreyi karıştırılmış buzlu suya batırın; 0.0 °C civarında okuma yapmalıdır. Sapma 0.5 °C'den fazlaysa sensörü değiştirin. Sensör ömrünü uzatmak için kablo geçişlerinden su girişini ısı büzmesi ile mutlaka önleyin; toprak nemi korozyonu hızlandırır.

Güvenlik uyarısı

Bu rehber şebeke gerilimi (230/400 V) ya da yüksek akımlı batarya içeren işlere değiniyor. Bu tür işleri yalnızca yetkili ve deneyimli kişiler yapmalıdır; şebeke tarafındaki bağlantıları lisanslı bir elektrikçiye bırak. Koruma elemanlarını (sigorta, kaçak akım rölesi, BMS, topraklama) asla atlama ya da devre dışı bırakma. Çalışmadan önce enerjiyi kes, gerilimsizliği ölç ve ekipmanın veri sayfasındaki sınırlara uy.