Pametni vrt "SmartHorta": 9 korakov

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

Pozdravljeni fantje, ta pouk bo predstavil univerzitetni projekt inteligentnega zelenjavnega vrta, ki zagotavlja samodejno zalivanje rastlin in ga je mogoče nadzorovati z mobilno aplikacijo. Cilj tega projekta je služiti strankam, ki želijo saditi doma, vendar nimajo časa za nego in zalivanje vsak dan ob ustreznem času. Imenujemo ga "SmartHorta", ker horta v portugalščini pomeni zelenjavni vrt.

Razvoj tega projekta je bil odobren v disciplini Integration Project na Zvezni tehnološki univerzi v Parani (UTFPR). Cilj je bil združiti več področij mehatronike, kot so mehanika, elektronika in krmiljenje.

Moja osebna zahvala profesorjema na UTFPR Sérgio Stebel in Gilson Sato. In tudi mojim štirim sošolcem (Augusto, Felipe, Mikael in Rebeca), ki so pomagali pri izgradnji tega projekta.

Izdelek ima zaščito pred slabim vremenom, nudi zaščito pred škodljivci, vetrom in močnim dežjem. Hraniti ga je treba iz rezervoarja za vodo skozi cev. Predlagana zasnova je prototip, ki ustreza trem rastlinam, vendar se lahko razširi na več vaz.

V njem so bile uporabljene tri proizvodne tehnologije: lasersko rezanje, CNC rezkanje in 3D tiskanje. Za avtomatizacijo je bil Arduino uporabljen kot krmilnik. Za komunikacijo je bil uporabljen modul bluetooth, z aplikacijo MIT App Inventor pa je bila ustvarjena aplikacija za Android.

Vsi smo opravili z oceno blizu 9,0 in smo zelo zadovoljni z delom. Nekaj, kar je zelo smešno, je, da vsi razmišljajo o sajenju plevela na tej napravi, ne vem zakaj.

1. korak: Idejno oblikovanje in modeliranje komponent

Pred sestavljanjem so bile vse komponente zasnovane in modelirane v CAD -u s pomočjo SolidWorksa, da se zagotovi popolno prileganje. Cilj je bil celoten projekt umestiti v prtljažnik avtomobila. Zato so bile njegove dimenzije določene kot 500 mm pri maks. Pri izdelavi teh komponent so bile uporabljene tehnologije laserskega rezanja, CNC rezkanja in 3D tiskanja. Nekateri deli v lesu in cevi so bili razrezani z žago.

Korak: Lasersko rezanje

Laserski rez je bil narejen na 1 mm debelo pocinkano jekleno pločevino AISI 1020, 600 mm x 600 mm, nato pa zloženo na 100 mm zavihke. Podstavek ima funkcijo ohišja plovil in hidravličnega dela. Njihove luknje se uporabljajo za prehod podpornih cevi, senzorskih in magnetnih kablov ter za pritrditev tečajev vrat. Laserski rez je bil tudi plošča v obliki črke L, ki služi namestitvi cevi v streho.

Korak: CNC rezkalni stroj

Nosilec servomotorja je bil izdelan z rezkalnim strojem CNC. Dva kosa lesa sta bila strojno obdelana, nato zlepljena in premazana s kitom za les. Majhna aluminijasta plošča je bila tudi obdelana, da se motor prilega lesenemu nosilcu. Izbrana je bila robustna konstrukcija, ki prenese servo navor. Zato je les tako debel.

4. korak: 3D tiskanje

V prizadevanju za pravilno zalivanje rastlin in boljši nadzor vlažnosti tal je bila zasnovana konstrukcija za usmerjanje vode iz dovodne cevi na dnu v škropilnico. Z njegovo uporabo je bil škropilnik nameščen vedno proti tlom (z nagibom 20 ° navzdol) namesto listov rastlin. Natisnjena je bila na dveh delih na prosojno rumeni PLA in nato sestavljena z maticami in vijaki.

5. korak: Ročna žaga

Leseno strešno konstrukcijo, vrata in PVC cevi so ročno rezali v ročni žagi. Leseno strešno konstrukcijo so vdrli, brusili, izvrtali in nato sestavili z lesenimi vijaki.

Streha je prosojna pločevina iz steklenih vlaken iz eternita in je bila prerezana s posebno giljotino za rezanje vlaken, nato pa izvrtana in v vijake vgrajena v les.

Lesena vrata so vdrli, brusili, izvrtali, sestavili z lesenimi vijaki, premazali z leseno maso, nato pa so postavili mrežo proti komarjem s spenjalnikom, da preprečijo poškodbe rastlin zaradi močnega dežja ali žuželk.

PVC cevi so bile preprosto razrezane v ročno žago.

Korak 6: Hidravlične in mehanske komponente in montaža

Po izdelavi strehe, podnožja, glave in vrat nadaljujemo s sestavljanjem konstrukcijskega dela.

Najprej pritrdimo sponke cevi na podnožje in ploščo L z matico in vijakom, nato pa le pritrdimo štiri PVC cevi v sponke. Potem morate streho priviti na liste L. Nato vrata in ročaje samo privijte z maticami in vijaki. Na koncu morate sestaviti hidravlični del.

Vendar bodite pozorni, skrbeti moramo za tesnjenje hidravličnega dela, da ne pride do puščanja vode. Vsi priključki morajo biti hermetično zaprti s tesnilom za nit ali PVC lepilom.

Kupljenih je bilo več mehanskih in hidravličnih komponent. Spodaj so navedene komponente:

- Namakalni set

- 2x ročaji

- 8x tečaji

- 2x 1/2 PVC koleno

- 16x 1/2 spone za cevi

- 3x koleno 90º 15 mm

- 1 m cev

- 1x 1/2 modra varljiva puša

- 1x 1/2 modro varljivo koleno

- 1x nastavljiva bradavica

- 3x posode

- 20x vijak za les 3,5x40 mm

- 40x 5/32 vijak in matica

- 1m komarnik

- PVC cev 1/2"

7. korak: Električne in elektronske komponente in montaža

Pri sestavljanju električnih in elektronskih delov moramo skrbeti za pravilno povezavo žic. Če pride do napačne povezave ali kratkega stika, lahko izgubite drage dele, ki potrebujejo čas za zamenjavo.

Da bi olajšali namestitev in dostop do Arduina, bi morali izdelati ščit z univerzalno ploščo, tako da bo lažje odstraniti in prenesti novo kodo na Arduino Uno, prav tako pa se izogniti razpršitvi številnih žic.

Za elektromagnetni ventil je treba za relejni pogon izdelati ploščo z optoizolirano zaščito, da se izognemo nevarnosti opeklin vhodov/izhodov Arduino in drugih komponent. Pri aktiviranju elektromagnetnega ventila morate biti previdni: ne vklopite ga, ko ni pritiska vode (sicer lahko zgori).

Trije senzorji vlažnosti so bistvenega pomena, vendar lahko dodate več za redundanco signala.

Kupljenih je bilo več električnih in elektronskih komponent. Spodaj so navedene komponente:

- 1x Arduino Uno

- 6x senzorji vlažnosti tal

- 1x 1/2 elektromagnetni ventil 127V

- 1x servomotor 15 kg.cm

- 1x 5v 3A vir

- 1x 5v 1A vir

- 1x modul bluetooth hc-06

- 1x ura v realnem času RTC DS1307

- 1x rele 5v 127v

- 1x nagibni optični sklopnik 4n25

-1x tiristor bc547

- 1x dioda n4007

- 1x upor 470 ohmov

- 1x upor 10k ohmov

- 2x univerzalna plošča

- 1x razdelilnik s 3 vtičnicami

- 2x moška vtičnica

- 1x vtič p4

- 10m dvosmerni kabel

- 2m internetni kabel

8. korak: C programiranje z Arduinom

Arduino programiranje je v bistvu izvajanje nadzora vlažnosti tal "n" vaz. Za to mora izpolnjevati zahteve za aktiviranje elektromagnetnega ventila, pa tudi položaj servo motorja in branje procesnih spremenljivk.

Količino plovil lahko spremenite

#define QUANTIDADE 3 // Quantidade de plantas

Čas odpiranja ventila lahko spremenite

#define TEMPO_V 2000 // Tempo que a válvula ficará aberta

Čas čakanja, da se zemlja navlaži, lahko spremenite.

#define TEMPO 5000 // Tempo de esperar para o solo umidecer.

Lahko spremenite zamudo služabnika.

#define TEMPO_S 30 // Zamudi do servo.

Za vsak senzor vlažnosti tal obstaja drugačno območje napetosti za suho zemljo in popolnoma vlažno zemljo, zato morate to vrednost preizkusiti tukaj.

umidade [0] = zemljevid (umidade [0], 0, 1023, 100, 0);

9. korak: mobilna aplikacija

Aplikacija je bila razvita na spletnem mestu MIT App Inventor za izvajanje nadzornih in konfiguracijskih funkcij projekta. Po povezavi med mobilnim telefonom in krmilnikom aplikacija v realnem času prikaže vlažnost (od 0 do 100%) v vsaki od treh vaz in operacijo, ki se trenutno izvaja: bodisi v stanju pripravljenosti, premikanje servomotorja na pravilen položaj ali zalivanje ene od vaz. Konfiguracija vrste rastline v vsaki vazi je narejena tudi v aplikaciji, konfiguracije pa so zdaj pripravljene za devet rastlinskih vrst (solata, meta, bazilika, drobnjak, rožmarin, brokoli, špinača, vodna kreša, jagoda). Druga možnost je, da ročno vnesete nastavitve zalivanja rastlin, ki niso na seznamu. Rastline na seznamu so bile izbrane, ker jih je enostavno gojiti v majhnih lončkih, kot so tisti na našem prototipu.

Če želite prenesti aplikacijo, morate na svoj mobilni telefon najprej prenesti aplikacijo MIT App Inventor, vklopiti wifi. Nato se v računalniku prijavite na spletno mesto MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/, da se prijavite, uvozite projekt SmartHorta2.aia in nato povežete svoj mobilni telefon s kodo QR.

Če želite arduino povezati s pametnim telefonom, morate v telefonu vklopiti bluetooth, vklopiti arduino in nato seznaniti napravo. To je to, že ste povezani s SmartHorto!