IoT APIS V2 - Avtonomni avtomatski namakalni sistem za namakanje rastlin, ki podpira IoT: 17 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Ta projekt je evolucija mojega prejšnjega navodila: APIS - avtomatiziran namakalni sistem rastlin

APIS uporabljam že skoraj eno leto in želel sem izboljšati prejšnjo zasnovo:

1. Sposobnost daljinskega spremljanja rastline. Tako je ta projekt omogočil IoT.
2. Sonda za vlažnost tal je enostavna za zamenjavo. Preizkusil sem tri različne zasnove sonde za vlago in ne glede na to, kateri material sem uporabil, se je prej ali slej razjedel. Tako naj bi nova zasnova zdržala čim dlje in jo hitro in enostavno zamenjala.
3. Raven vode v vedru. Želel sem vedeti, koliko vode je še na voljo v vedru, in ustaviti zalivanje, ko je vedro prazno.
4. Boljši videz. Siva projektna škatla je bil dober začetek, vendar sem želel ustvariti nekaj, kar je videti nekoliko bolje. Vi boste sodnik, če mi bo uspelo doseči ta cilj …
5. Avtonomija. Želel sem, da bi bil novi sistem avtonomen v smislu moči in/ali razpoložljivosti interneta.

Nastali projekt ni manj nastavljiv kot njegov predhodnik in ima dodatne uporabne funkcije.

Prav tako sem želel uporabiti svoj na novo pridobljeni 3D-tiskalnik, zato bo treba nekatere dele natisniti.

1. korak: Strojna oprema

Za izdelavo IoT APIS v2 boste potrebovali naslednje komponente:

1. NodeMcu Lua ESP8266 ESP -12E WIFI Development Board - na banggood.com
2. SODIAL (R) 3-polni ultrazvočni senzorski modul za merjenje razdalje senzorja, dvojni pretvornik, tri-polni na krovu-na amazon.com
3. DC 3V -6V 5V Mala potopna vodna črpalka Akvarijska črpalka za akvarij - na ebay.com
4. Tri barvna LED - na amazon.com
5. Vero tabla - na amazon.com
6. Tranzistor PN2222 - na amazon.com
7. Plastični vijaki, vijaki in matice
8. Spajkalna oprema in potrebščine
9. Žice, upori, glave in druge različne elektronske komponente
10. Prazen kozarec Tropicana OJ 2.78 QT
11. 2 pocinkana žeblja

2. korak: Celotna zasnova

Celotna zasnova je sestavljena iz naslednjih komponent: 1. Sonda za vlažnost tal in ohišje za zalivanje rastlin (kombinirano - 3d natisnjeno) 2. Cevi in ožičenje 3. Senzor puščanja vode v pladnju (3d natisnjeno) 4. Krmilni modul, nameščen na vrhu kozarca OJ (nameščen in zaprt v 3D tiskanem ohišju) 5. Potopljena vodna črpalka6. Skica NodeMCU7. Konfiguracija interneta stvari 8. Napajanje: USB prek vtičnice -ORI- sončna plošča (avtonomni način) Pogovorimo se o vsaki komponenti posebej

3. korak: Potopljena vodna črpalka

Potopljena vodna črpalka se nahaja pod ročajem kozarca OJ (da bi se izognili motnjam pri merjenju nivoja vode). Črpalka je postavljena tako, da "lebdi" približno 2-3 mm nad dnom posode, da omogoči prost pretok vode v dovod.

Ker mora biti črpalka za normalno delovanje popolnoma potopljena, mora biti minimalna raven vode v kozarcu približno 3 cm (približno 1 palec).

4. korak: Nadzorni modul, nameščen na vrhu kozarca OJ

Za posodo za vodo sem izbral standardni velik kozarec Tropicana OJ. Ti so široko dostopni in standardni.

Ko odstranite prvotno pipo, je krmilni modul nameščen na vrh kozarca.

Platforma, na kateri je krmilni modul, je 3D natisnjena. Datoteka STL je na voljo v odsekih datotek in skic tega navodila.

Črpalka, cev in ožičenje vodijo skozi ročaj kozarca Tropicana, da se očisti prostor za merjenje nivoja vode.

Raven vode merimo z ultrazvočnim senzorjem razdalje, integriranim s platformo krmilnega modula. Raven vode se določi kot razlika pri merjenju razdalje praznega kozarca in kozarca, napolnjenega z vodo do določene ravni.

Krmilni modul in ameriško tipalo sta pokrita s 3D tiskano "kupolo". Datoteka STL kupole je na voljo v razdelku z datotekami in skicami tega navodila.

5. korak: Nadzorni modul - sheme

Sheme za krmilni modul (vključno s seznamom komponent) in datoteke za oblikovanje plošče za kruh so v razdelku z datotekami in skicami tega navodila.

OPOMBA: Delo z NodeMCU se je izkazalo za zahtevno nalogo glede razpoložljivih zatičev GPIO. Skoraj vsi GPIO -ji služijo številnim funkcijam, zaradi česar so bodisi nedostopni za uporabo ali pa jih je nemogoče uporabljati v načinu globokega spanja (zaradi posebnih funkcij, ki jih igrajo med zagonom). Na koncu mi je uspelo najti ravnovesje med uporabo GPIO -jev in mojimi zahtevami, vendar je trajalo nekaj frustrirajočih ponovitev.

Na primer, nekateri GPIO -ji med globokim spanjem ostanejo "vroči". Priključitev LED na tiste, ki so premagali namen zmanjšanja porabe energije med globokim spanjem.

6. korak: Senzor puščanja vode v pladnju

Če ima vaš lonec na dnu prelivno luknjo, obstaja nevarnost, da bi voda prelila spodnji pladenj in se razlila po tleh (polica ali karkoli že je na vaši rastlini).

Opazil sem, da na merjenje vlažnosti tal močno vplivajo položaj sonde, gostota tal, oddaljenost od odtoka za zalivanje itd. Z drugimi besedami, vlažnost tal bi lahko škodovala vašemu domu le, če bi voda prelila spodnji pladenj in se razlila.

Senzor prelivanja je distančnik med loncem in spodnjim pladnjem, z dvema žicama, ki sta ovita okoli palic. Ko voda napolni pladenj, se dve žici povežeta in tako mikrokrmilniku sporočata, da je voda v spodnjem pladnju.

Sčasoma voda izhlapi in žice se odklopijo.

Spodnji pladenj je 3D natisnjen. Datoteka STL je na voljo v razdelku z datotekami in skicami tega navodila.

7. korak: Sonda za vlažnost tal in ohišje za zalivanje

3D -tiskano ohišje s šestkotnikom sem zasnoval kot kombinirano sondo za vlažnost tal in zalivalni prostor.

Datoteka za 3D tiskanje (STL) je na voljo v razdelku z datotekami in skicami tega navodila.

Ohišje je sestavljeno iz dveh delov, ki ju je treba zlepiti. Na stran ohišja je pritrjen spremenjen bodeči okov, s katerim se pritrdi cev.

Za namestitev pocinkanih žebljev sta predvideni dve luknji 4,5 mm, ki služita kot sondi vlažnosti tal. Povezljivost z mikrokrmilnikom je dosežena s kovinskimi distančniki, izbranimi posebej za nohte.

3D oblikovanje je narejeno s pomočjo www.tinkercad.com, ki je odlično in enostavno za uporabo, a zmogljivo orodje za 3D oblikovanje.

OPOMBA: Morda se boste vprašali, zakaj nisem preprosto uporabil ene od vnaprej izdelanih sond za zemljo? Odgovor je: folija na njih se raztopi v nekaj tednih. Dejstvo je, da so žeblji pod omejenim časom pod napetostjo, vendar še vedno erodirajo in jih je treba zamenjati vsaj enkrat letno. Zgornja oblika omogoča zamenjavo nohtov v nekaj sekundah.

8. korak: Cevi in ožičenje

Voda se v načrt dovaja prek polprozornih cevi iz mehke lateks gume (z notranjim premerom 1/4 "in zunanjim premerom 5/16").

Izhod črpalke zahteva večjo cev in adapter: Kemično odporna polipropilenska bodeča okovja, reduciranje naravnost za 1/4 "x 1/8" ID cevi.

Nazadnje, kemično odporna polipropilenska bodeča okovja, ravna za 1/8 tube ID, služi kot priključek na zalivalni prostor.

9. korak: Skica NodeMCU

Skica NodeMCU izvaja več funkcij IoT APIS v2:

1. Poveže se z obstoječim omrežjem WiFi - ALI - deluje kot dostopna točka WiFi (odvisno od konfiguracije)
2. Poizveduje po strežnikih NTP za pridobitev lokalnega časa
3. Izvaja spletni strežnik za spremljanje obratov in prilagajanje parametrov zalivanja in mreženja
4. Meri vlažnost tal, puščanje vode v spodnjem pladnju, nivo vode v kozarcu in zagotavlja vizualno indikacijo prek 3 -barvne LED
5. Uvaja spletne načine delovanja in načine varčevanja z energijo
6. Shrani podatke o vsakem zalivanju lokalno v notranji pomnilnik flash

10. korak: Skica NodeMCU - WiFi

IoT APIS v2 bo privzeto ustvaril lokalno dostopno točko WiFi, imenovano "Plant_XXXXXX", kjer je XXXXXX serijska številka čipa ESP8266 na krovu NodeMCU.

Do vgrajenega spletnega strežnika lahko dostopate prek URL-ja: https://plant.io notranji strežnik DNS bo vašo napravo povezal s stranjo stanja APIS.

Na strani s statusom se lahko pomaknete na stran parametrov zalivanja in stran z omrežnimi parametri, kjer lahko IoT APIS v2 povežete z omrežjem WiFi in začnete poročati o stanju v oblak.

IoT APIS podpira spletne načine delovanja in načine varčevanja z energijo:

1. V spletnem načinu IoT APIS ohranja stalno povezavo WiFi, tako da lahko kadar koli preverite stanje svoje naprave
2. IoT APIS v načinu varčevanja z energijo občasno preverja vlažnost tal in nivo vode, vmes pa napravo preklopi v način globokega spanja in tako dramatično zmanjša porabo energije. Naprava pa ni na voljo ves čas na spletu, parametre pa je mogoče spreminjati le med vklopom naprave (trenutno vsakih 30 minut, usklajeno z uro/pol ure ure v realnem času). Naprava bo ostala vklopljena 1 minuto vsakih 30 minut, da omogoči spremembe konfiguracije, nato pa bo prešla v način globokega spanja. Če se uporabnik poveže z napravo, se čas "navzgor" za vsako povezavo podaljša na 3 minute.

Ko je naprava povezana z lokalnim omrežjem WiFi, se njen IP naslov sporoči strežniku v oblaku IoT in je viden na mobilni nadzorni napravi.

11. korak: Skica NodeMCU - NTP

IoT APIS v2 uporablja protokol NTP za pridobivanje lokalnega časa s časovnih strežnikov NIST. Pravilen čas se uporablja za določitev, ali naj naprava preklopi v "nočni" način, to je, da se izognete delovanju črpalke ali utripajoči LED.

Nočni čas je mogoče konfigurirati ločeno za delavnike in vikende.

12. korak: NodeMCU Sketch - lokalni spletni strežnik

IoT APIS v2 uporablja lokalni spletni strežnik za poročanje o stanju in spremembe konfiguracije. Domača stran vsebuje informacije o trenutni vlažnosti in nivoju vode, prisotnosti prelivne vode v spodnjem pladnju ter statistiko najnovejšega zalivanja. prek gumba za konfiguriranje omrežja) omogoča povezavo z lokalnim omrežjem WiFi in preklapljanje med načinoma Online in Power Saving. (Zaradi sprememb omrežne konfiguracije se bo naprava ponastavila) Stran s konfiguracijo zalivanja (dostopna prek gumba za konfiguriranje vode) omogoča spreminjanje parametrov zalivanja (vlažnost tal za začetek/ustavitev zalivanja, trajanje zalivanja in premor nasičenosti med poteki, število tekov itd.) Datoteke HTML spletnega strežnika se nahajajo v podatkovni mapi skice IoT APIS Arduino IDE. Naložiti jih je treba v bliskovni pomnilnik NodeMCU kot datotečni sistem SPIFF z orodjem "ESP8266 Sketch Data Upload", ki se nahaja tukaj.

13. korak: Skica NodeMCU - dnevnik lokalnega zalivanja in dostop do notranjega datotečnega sistema

Če omrežna povezava ni na voljo, sistem IoT APIS v2 lokalno beleži vse aktivnosti zalivanja.

Za dostop do dnevnika se povežite z napravo in se pomaknite na stran '/edit', nato prenesite datoteko watering.log. Ta datoteka vsebuje zgodovino vseh zalivanj od začetka beleženja.

Primer take datoteke dnevnika (v obliki, ločeni z zavihki) je priložen temu koraku.

OPOMBA: Stran za prenos ni na voljo, ko se izvaja IoT APIS v2, je način dostopne točke (zaradi odvisnosti od spletne knjižnice Java Script).

Korak 14: Skica NodeMCU - vlažnost tal, puščanje vode v spodnjem pladnju, nivo vode, 3 barvna LED

Merjenje vlažnosti tal temelji na istem principu kot originalni APIS. Za podrobnosti se obrnite na to navodilo.

Puščanje v pladnju za vodo se zazna tako, da se na žice, ki se nahajajo pod loncem, z uporabo notranjih uporov PULLUP za trenutek pripelje napetost. Če je stanje PIN nizko, je v pladnju voda. Stanje PIN -a HIGH označuje, da je vezje "prekinjeno", zato v spodnjem pladnju ni vode.

Raven vode se določi z merjenjem razdalje od vrha kozarca do vodne površine in primerjavo z razdaljo do dna praznega kozarca. Upoštevajte uporabo 3 -polnega senzorja! Ti so dražji od štiri-polnih senzorjev HC-SR04. Na žalost mi je na NodeMCU zmanjkalo GPIO -jev in sem moral prerezati vse žice, da sem lahko delal samo na enem NodeMCU brez dodatnih vezij.

Za vizualno prikaz stanja APIS se uporablja 3 barvna LED:

1. Zmerno utripa ZELENO - povezovanje z omrežjem WiFi
2. Hitro utripa ZELENO - poizveduje po strežniku NTP
3. Kratko neprekinjeno ZELENO - povezano z WiFi in uspešen pridobivanje trenutnega časa iz NTP
4. Kratko trdno BELO - inicializacija omrežja je končana
5. Hitro utripa BELO - zažene način dostopne točke
6. Hitro utripa MODRA - zalivanje
7. Zmerno utripa MODRA - nasičena
8. Na kratko trden AMBER, ki mu sledi na kratko čvrst RDEČI - ne morem dobiti časa od NTP
9. Na kratko trdno BELO med dostopom do notranjega spletnega strežnika

LED ne deluje v "nočnem" načinu. Nočni način je bilo mogoče zanesljivo določiti le, če je naprava lahko vsaj enkrat pridobila lokalni čas s strežnikov NTP (lokalna ura v realnem času bo uporabljena do vzpostavitve naslednje povezave z NTP)

Primer funkcije LED je na voljo na YouTubu tukaj.

Korak 15: Sončna energija, Power Bank in avtonomno delovanje

Ena od zamisli IoT APIS v2 je bila sposobnost avtonomnega delovanja.

Trenutna zasnova za to uporablja sončno ploščo in vmesno baterijo 3600 mAh.

1. Sončna plošča je na voljo na spletnem mestu amazon.com
2. Power bank je na voljo tudi na amazon.com

Sončna plošča ima vgrajeno tudi baterijo s kapaciteto 2600 mAh, vendar tudi v načinu varčevanja z energijo ni mogla vzdržati 24 -urnega delovanja APIS (sumim, da se baterija ne spopada s hkratnim polnjenjem in praznjenjem). Zdi se, da kombinacija dveh baterij zagotavlja ustrezno moč in omogoča ponovno polnjenje obeh baterij čez dan. Sončna plošča polni power bank, medtem ko power bank napaja napravo APIS.

Prosimo, upoštevajte:

Te komponente so neobvezne. Napravo lahko napajate s katerim koli adapterjem USB, ki zagotavlja tok 1A.

Korak 16: Integracija interneta stvari - Blynk

Eden od ciljev nove zasnove je bila možnost daljinskega spremljanja vlažnosti tal, nivoja vode in drugih parametrov.

Za platformo IoT sem se odločil za Blynk (www.blynk.io) zaradi enostavnosti uporabe in privlačnega vizualnega oblikovanja.

Ker moja skica temelji na zadružni knjižnici za več opravil TaskScheduler, nisem hotel uporabljati knjižnic naprav Blynk (za TaskScheduler niso omogočene). Namesto tega sem uporabil Blynk HTTP RESTful API (na voljo tukaj).

Konfiguracija aplikacije je čim bolj intuitivna. Sledite priloženim posnetkom zaslona.

17. korak: Skice in datoteke

Skica IoT APIS v2 se nahaja na githubu tukaj: Sketch

Nekaj knjižnic, ki jih uporablja skica, se nahaja tukaj:

1. TaskScheduler - skupna večopravilna knjižnica za Arduino in esp8266
2. AvgFilter - celoštevilna izvedba filtra Povprečje za glajenje podatkov senzorjev
3. RTCLib - implementacija strojne in programske opreme Ura v realnem času (spremenil jaz)
4. Čas - spremembe knjižnice časa
5. Časovni pas - knjižnica, ki podpira izračune časovnega pasu

OPOMBA:

Podatki, pin dokumentacija in 3D datoteke se nahajajo v podmapi "datotek" glavne skice.

Datoteke HTML za vgrajeni spletni strežnik je treba naložiti v bliskovni pomnilnik NODE MCU z vtičnikom arduino-esp8266fs (ki ustvari datoteko datotečnega sistema iz podmape "podatki" glavne mape s skicami in jo naloži v pomnilnik flash)

Podprvak na tekmovanju v vrtnarstvu v zaprtih prostorih 2016