IOT Garden z napajanjem Raspberry Pi: 18 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Eden od primarnih ciljev tega projekta je bil ohraniti dobrobit vrta z močjo interneta stvari (IoT). Zaradi vsestranskosti sedanjih orodij in programske opreme je naš sadilnik integriran s senzorji, ki spremljajo stanje rastlin v realnem času. Zgradili smo aplikacijo za pametne telefone, ki omogoča dostop do podatkov in po potrebi ukrepanje.

Zasnova našega sadilnika je prilagodljiva, poceni in enostavna za izdelavo, zato je odlična možnost za dodajanje zelenja na teraso ali dvorišče. Pametni vrt se je izkazal za učinkovitejšega pri porabi vode ter olajša vzdrževanje in spremljanje.

Nadaljujte, če želite izvedeti, kako narediti svojo lastno bazo podatkov in aplikacijo, tako da ustvarite vrt, ki ga je mogoče spremljati s klikom na gumb!

1. korak: Pregled sistema IOT

Sistem Iot deluje po naslednjih postopkih. Raspberry Pi se uporablja za prenos uporabnih informacij o vrtu, kot so svetilnost, vlažnost in vsebnost vlage v tleh iz različnih senzorjev v bazo podatkov v oblaku. Ko so informacije v oblaku, lahko do njih dostopate od koder koli z aplikacijo za pametni telefon, ki smo jo ustvarili. Ta postopek je tudi obraten, uporabnik lahko pošlje navodila, na primer stanje vodne črpalke, nazaj na vrt, ki bo izvedel zahtevane ukaze.

Tu je nekaj ključnih značilnosti našega vrta:

Povratne informacije o različnih senzorjih vrta v realnem času

Baza zdravstvenega stanja vrta

Globalne zmogljivosti spremljanja in delovanja

Sistem kapljičnega namakanja

Vodni sistem, ki ga nadzoruje aplikacija

Samodejni urniki zalivanja

Odločili smo se, da bomo Googlov Firebase uporabili kot posrednika v našem sistemu IOT in ustvarili svojo brezplačno bazo podatkov v oblaku. Nato smo z MIT -jevim App Inventorjem ustvarili aplikacijo za pametni telefon, ki je združljiva z bazo podatkov Firebase in Raspberry Pi. Z bazo podatkov lahko komunicira tudi s pomočjo brezplačne knjižnice Python.

2. korak: Potrebni materiali:

Materiale, potrebne za izdelavo iot sejalnika, lahko enostavno najdete v lokalnih ali spletnih trgovinah. Naslednji seznam vsebuje opis vseh potrebnih delov.

STROJNA OPREMA:

1 "deska iz borovega lesa - mere; 300 cm x 10 cm (ker bo les zunaj, priporočamo obdelani les)

1/4 "Vezan les - dimenzije; 120 x 80 cm

Cerada - mere; 180 x 275 cm

PVC cev - mere; dolžina 30 cm, premer 2 cm

Kirurška cev - mere; 250 cm

Komolčni sklep x 2

Leseni vijak x 30

ELEKTRONIKA:

Rasberry Pi3 model B

Grove Pi + senzorski ščit

12V elektromagnetni ventil

Senzor vlažnosti in temperature (dht11)

Senzor vlage

Senzor svetilnosti

Relejni modul

12V napajalnik

Skupni stroški tega projekta znašajo približno 50 USD

3. korak: 3D natisnjeni deli

S pomočjo 3D tiskanja so bile izdelane različne komponente, ki jih je bilo treba prilagoditi za ta projekt. Naslednji seznam vsebuje celoten seznam delov in njihove specifikacije za tiskanje. Vse datoteke STL so na voljo v zgoraj priloženi mapi, kar omogoča po potrebi potrebne spremembe.

Spoj cevi x 1, 30% polnilo

Adapter za šobe x 3, 30% polnjenje

Cevni čep x 3, 10% polnjenje

Kavelj x 2, 30% polnilo

Nosilec senzorja x 1, 20% polnjenje

Adapter za ventile x 1, 20% polnjenje

Pokrov ožičenja x 1, 20% polnjenje

Za tiskanje delov smo uporabili naš Creality Ender 3, kar je trajalo približno 8 ur za 12 delov.

4. korak: Načrti

Ena ni omejena na dimenzije, ki smo jih izbrali za izdelavo našega sadilnika, ampak so priložene vse podrobnosti, potrebne za izdelavo projekta. V naslednjih korakih se lahko sklicujete na te slike za rezanje lesa.

5. korak: Gradnja strani

Za zadrževanje rastlin smo se odločili, da iz lesa naredimo sejalnico. Notranje dimenzije naše škatle so 70 cm x 50 cm in višina 10 cm. Za izdelavo stranic smo uporabili deske iz borovega lesa.

S krožno žago smo štiri kose razrezali na dolžino (mere so priložene zgoraj). Na označenih mestih smo izvrtali pilotne luknje in izvrtali luknje, tako da so glave vijakov poravnane. Ko smo končali, smo pribili 8 lesenih vijakov in se prepričali, da so stranice kvadratne, ki pritrjujejo okvir.

6. korak: Namestitev spodnje plošče

Za izdelavo spodnje plošče smo izrezali pravokotni kos 5 mm vezanega lesa, ki smo ga nato privili na stranski okvir. Prepričajte se, da so luknje pogrezne, tako da so vijaki poravnani s podnožjem. Potrebne dimenzije najdete zgoraj.

7. korak: Luknje za cev

Naš sadilnik je narejen tako, da sprejme tri vrste rastlin. Zato je za namakalni sistem s kapljanjem treba na eni strani držati cevi za dovod vode.

Začnite z merjenjem premerov priključkov in jih enakomerno izvlecite na krajši strani okvirja. Ker nismo imeli trdilca, smo izvrtali 10 mm luknjo in jo nato razširili z vbodno žago. Za izravnavo grobih robov lahko uporabite Dremel, dokler se priključki ne prilegajo.

8. korak: Priključitev vodovodnih cevi

Za povezavo spojev preprosto odrežite dva kosa PVC cevi dolžine 12 cm. Postavitev posušite, da preverite, ali se vse dobro prilega.

Nato potisnite 3D natisnjeni spoj v osrednjo luknjo in dva kolena za PVC kolena na nasprotnih koncih, dokler nista poravnana. Ploščo pritrdite nazaj na okvir in zaprite priključke z notranje strani s 3D natisnjenimi adapterji. Vsi priključki so trpežni in morajo biti vodotesni, če ne, bi lahko sklepe zatesnili z vročim lepilom ali teflonskim trakom

9. korak: Elektromagnetni ventil

Za nadzor pretoka vode v namakalni sistem smo uporabili elektromagnetni ventil. Ventil deluje kot vrata, ki se odprejo, ko se pošlje električni signal, zaradi česar je samodejno krmiljen. Za vgradnjo smo en konec pritrdili na vir vode, drugega pa na vhodno cev sejalnice z uporabo vmesnega adapterja. Pomembno je, da ventil priključite v desni smeri, ki je običajno označena z "IN" za vnos vode (pipa) in "OUT" za izhod vode (sejalnik).

10. korak: Ožičenje elektronike

Spodaj je tabela z različnimi moduli in senzorji z ustreznimi vrati na ščitu grovepi+.

• Senzor temperature in vlažnosti ==> vrata D4
• Relejni modul ==> vrata D3
• Senzor vlage ==> vrata A1
• Senzor svetlobe ==> vrata A0

Za referenco uporabite zgoraj priloženo shemo ožičenja.

11. korak: Predal za senzor

Zgradili smo predalček, v katerem je ostala elektronika z ostanki vezanega lesa. Les smo razrezali glede na postavitev elektronike in kose zlepili skupaj. Ko se je lepilo posušilo, smo v omarico vstavili napajalnik in Raspberry Pi ter žice senzorjev napajali skozi režo. Za pokrivanje rež smo potisnili natisnjene platnice, da zatesnimo vse vrzeli.

Nosilec senzorja ima luknje za pritrditev kljukic, na katere lahko namestite senzorje. Senzor svetilnosti in vlažnosti pritrdite na vrh in senzor vlage na nastavljivo režo. Za lažjo odstranitev omarice smo privili 3D natisnjene kljuke in nosilec senzorja, kar je omogočilo, da se škatla zatakne na glavno konstrukcijo. Tako je mogoče elektronsko in iotsko sistemsko enoto enostavno integrirati v kateri koli sejalnik.

12. korak: Ustvarjanje baze podatkov

Prvi korak je ustvariti bazo podatkov za sistem. Kliknite naslednjo povezavo (Google firebase), ki vas bo pripeljala na spletno mesto Firebase (prijaviti se boste morali s svojim Google Računom). Kliknite gumb »Začni«, ki vas popelje na konzolo firebase. Nato ustvarite nov projekt s klikom na gumb "Dodaj projekt", izpolnite zahteve (ime, podrobnosti itd.) In zaključite s klikom na gumb "Ustvari projekt".

Potrebujemo samo orodja zbirke podatkov Firebase, zato v meniju na levi strani izberite "baza podatkov". Nato kliknite gumb "Ustvari bazo podatkov", izberite možnost "preskusni način" in kliknite "omogoči". Nato nastavite bazo podatkov na "bazo podatkov v realnem času" namesto na "cloud firestore" s klikom na spustni meni na vrhu. Izberite zavihek "pravila" in dva "false" spremenite v "true", končno kliknite zavihek "data" in kopirajte URL baze podatkov, to bo potrebno kasneje.

Zadnja stvar, ki jo morate storiti, je, da kliknete ikono zobnika poleg pregleda projekta, nato »nastavitve projekta«, nato izberete zavihek »računi storitev«, na koncu kliknite »Skrivnosti zbirke podatkov« in si zapišite varnostno kodo vaše baze podatkov. Ko je ta korak dokončan, ste uspešno ustvarili svojo bazo podatkov v oblaku, do katere lahko dostopate s pametnega telefona in z Raspberry Pi. (V primeru dvomov uporabite zgornje slike, ki so priložene zgoraj, ali postavite vprašanje ali komentar v razdelek za komentarje)

Korak: Nastavitev aplikacije

Naslednji del sistema IoT je aplikacija za pametni telefon. Odločili smo se, da uporabimo aplikacijo MIT App Inventor za izdelavo lastne prilagojene aplikacije. Če želite uporabiti prvotno ustvarjeno aplikacijo, odprite naslednjo povezavo (MIT App Inventor), ki vas bo pripeljala na njihovo spletno stran. Nato kliknite na "ustvari aplikacije" na vrhu zaslona in se prijavite s svojim Google Računom.

Prenesite datoteko.aia, ki je povezana spodaj. Odprite zavihek "projekti" in kliknite "Uvozi projekt (.aia) iz mojega računalnika", nato izberite datoteko, ki ste jo pravkar prenesli, in kliknite "v redu". V oknu s komponentami se pomaknite navzdol, dokler ne vidite »FirebaseDB1«, kliknite nanj in spremenite »FirebaseToken«, »FirebaseURL« na vrednosti, ki ste jih zapisali v prejšnjem koraku.

Ko so ti koraki končani, ste pripravljeni na prenos in namestitev aplikacije. Aplikacijo lahko prenesete neposredno v telefon, tako da kliknete zavihek "Build" in kliknete "App (navedite QR kodo za.apk)", nato s pametnim telefonom skenirate kodo QR ali kliknete "App (shrani.apk v računalnik).) "boste v svoj računalnik prenesli datoteko apk, ki jo morate prenesti na pametni telefon, da jo nato namestite.

14. korak: Programiranje Raspberry Pi

Raspberry Pi je treba namestiti z najnovejšo različico Raspbian (Raspbian). Če nameravate uporabiti GrovePi+ ščit, kot smo to storili, namesto tega namestite svoj Raspberry Pi z najnovejšo različico "Raspbian for Robots" (Raspbian for Robots). Ko je Raspberry Pi nameščen, boste morali namestiti dodatno knjižnico python. Odprite terminal in prilepite naslednje ukaze:

1. zahteve za namestitev sudo pip == 1.1.0
2. sudo pip namestite python-firebase

Ko to storite, prenesite spodaj priloženo datoteko in jo shranite v imenik na svojem Raspberry Pi. Odprite datoteko in se pomaknite navzdol do vrstice 32. V tej vrstici zamenjajte del, ki pravi "prilepite svoj URL tukaj", z URL -jem vaše baze podatkov, ki ste ga zapisali prej, ne pozabite prilepiti URL -ja med ''. S tem ste končali, odprite terminal in zaženite skript python z ukazom "python".

Korak 15: Uporaba aplikacije

Vmesnik naše aplikacije je povsem samoumeven. Zgornje štiri škatle v realnem času prikazujejo vrednosti svetilnosti, temperature, vlažnosti in vsebnosti vlage v tleh v odstotkih. Te vrednosti je mogoče posodobiti s klikom na gumb "get values", ki naroči Raspberry Pi, naj posodobi bazo podatkov v oblaku, čemur sledi gumb "refresh", ki osveži zaslon, ko je baza podatkov posodobljena.

Spodnji del zaslona je namenjen sistemu namakanja s kapljanjem. Gumb za vklop vklopi vodno črpalko, gumb za izklop pa ga izklopi. Gumb »samodejno« uporablja različne vrednosti senzorjev za izračun natančne dnevne količine vode in zaliva rastline dvakrat na dan ob 8.00 in 16.00.

Korak 16: Podloga iz ponjave

Ker lahko vlaga v tleh sčasoma zgnije les, smo kos ponjave odrezali na velikost in ga obložili na notranjo površino sejalnice. Povlecite ga čez stranice in ga nato na koncu držite z lepilom. Ko smo končali, smo napolnili zemljo, ki smo jo dobili z lokalne kmetije. Tla enakomerno razporedite do vrha, nato pa vstavite tri vrste cevi za namakanje s kapljičnim kapljanjem.

Na vogalu blizu vodovodnih cevi namestite elektronsko škatlo in senzor vlage vstavite v zemljo. To olajša ožičenje, saj je elektromagnetni ventil blizu elektronike in ga je mogoče enostavno priključiti.

Korak 17: Namakalni sistem za kapljanje

Odrežite tri kose kirurške cevi, ki se raztezajo po dolžini sadilnika (približno 70 cm), kar bo delovalo kot glavna kapalna linija za rastline. Zato načrtujte potreben razmik med rastlinami in izvrtajte 1 mm luknjo in intervale. Preverite, ali voda zlahka kaplja, in po potrebi povečajte luknje. S tremi čepi zaprite konce, pri čemer pazite, da voda ne bo prišla samo iz odprtin za kapljanje.

Cevke rahlo vstavite v tla in pripravljeni boste zalivati svoje rastline!

18. korak: rezultati sajenja

Zgornje slike so rezultati delovanja iot vrta za en mesec. Rastline so zdrave in uspelo nam je gojiti zelišča, kot sta meta in koriander.

Z eksperimentiranjem smo opazili, da samodejni način prihrani skoraj 12% vode na dan. Ker rastline zalivamo s kapljičnim namakanjem, njihove korenine rastejo naravnost, kar daje več prostora za gojenje več rastlin v sejalnici. Edina pomanjkljivost, ki smo jo opazili, je, da večje rastline potrebujejo večjo globino tal. Zaradi modularne konstrukcije je mogoče njihovim zahtevam zlahka dodati globljo podlago.

Skratka, ta sistem ne samo, da naredi vaš vrt bolj učinkovit, ampak tudi zagotavlja dobro počutje vaših rastlin, saj povratne informacije v realnem času zagotavljajo robustno metodo za zagotavljanje prave količine vode in sončne svetlobe. Upamo, da je bil pouk uporaben in da vam bo pomagal vzgojiti lasten vrt.

Veselo izdelavo!

Prva nagrada v IoT Challenge