IoT APIS V2 - Autonomni sistem za navodnjavanje biljaka sa omogućenim IoT -om: 17 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Ovaj projekt je evolucija mog prethodnog uputstva: APIS - automatizirani sistem za navodnjavanje biljaka

Koristim APIS već skoro godinu dana i htio sam poboljšati prethodni dizajn:

1. Mogućnost daljinskog nadziranja biljke. Tako je ovaj projekt postao IoT omogućen.
2. Sonda za vlažnost tla koja se lako zamjenjuje. Prošao sam kroz tri različita dizajna sonde za vlagu, i bez obzira na to koji sam materijal koristio, ona je prije ili kasnije erodirala. Tako je novi dizajn trebao trajati što je dulje moguće i brzo se i lako zamijeniti.
3. Nivo vode u kanti. Htio sam znati koliko je vode još uvijek dostupno u kanti i prestati zalijevati kad je kanta prazna.
4. Bolje izgleda. Siva projektna kutija bila je dobar početak, ali htio sam stvoriti nešto što bi izgledalo malo bolje. Vi ćete biti sudija ako sam uspio postići taj cilj …
5. Autonomija. Htio sam da novi sistem bude autonoman u smislu snage i/ili dostupnosti interneta.

Rezultirajući projekt nije manje konfigurabilan od prethodnika i ima dodatne korisne značajke.

Takođe sam želeo da koristim svoj novostečeni 3D štampač, pa će neki delovi morati da se odštampaju.

Korak 1: Hardver

Za izradu IoT APIS v2 trebat će vam sljedeće komponente:

1. NodeMcu Lua ESP8266 ESP -12E WIFI razvojna ploča - na banggood.com
2. SODIAL (R) 3-pinski ultrazvučni senzorski modul za mjerenje udaljenosti senzora, dvostruki pretvarač, tropolni na ploči-na amazon.com
3. DC 3V -6V 5V Mala podvodna pumpa za vodu Akvarijska pumpa za cisterne - na ebay.com
4. LED u tri boje - na amazon.com
5. Vero ploča - na amazon.com
6. PN2222 tranzistor - na amazon.com
7. Plastični vijci, vijci i matice
8. Oprema i pribor za lemljenje
9. Žice, otpornici, zaglavlja i druge razne elektroničke komponente
10. Prazna Tropicana OJ 2.78 QT staklenka
11. 2 pocinkovana eksera

Korak 2: Opći dizajn

Cjelokupni dizajn sastoji se od sljedećih komponenti: 1. Sonda za vlažnost tla i zalijevanje biljaka (kombinovano - 3d štampano) 2. Cijevi i ožičenje3. Senzor curenja vode u ladici (3D ispis) 4. Upravljački modul montiran na vrhu OJ staklenke (postavljen i zatvoren u 3D štampanoj kutiji) 5. Potopljena pumpa za vodu6. NodeMCU skica7. IoT konfiguracija8. Napajanje: USB preko utičnice -ILI -solarni panel (autonomni način rada) Razgovarajmo o svakoj komponenti zasebno

Korak 3: Potopljena vodena pumpa

Potopljena pumpa za vodu nalazi se ispod ručke OJ posude (kako bi se izbjegle smetnje pri mjerenju nivoa vode). Pumpa je postavljena tako da "lebdi" oko 2-3 mm iznad dna posude kako bi omogućila slobodan protok vode do ulaza.

Budući da bi pumpa trebala biti potpuno potopljena za normalan rad, minimalni nivo vode u posudi trebao bi biti oko 3 cm (oko 1 inč).

Korak 4: Upravljački modul montiran na vrh staklenke OJ

Odabrao sam standardnu veliku teglu Tropicana OJ kao posudu za vodu. Oni su široko dostupni i standardni.

Upravljački modul postavlja se na vrh staklenke nakon što se ukloni originalna slavina.

Platforma na kojoj se nalazi upravljački modul je 3D štampana. STL datoteka nalazi se u odjeljcima datoteka i skica ovog uputstva.

Pumpa, cijevi i ožičenje prolaze kroz ručku posude Tropicana kako bi se oslobodio prostor za mjerenje nivoa vode.

Nivo vode mjeri se ultrazvučnim senzorom udaljenosti integriranim s platformom upravljačkog modula. Nivo vode se određuje kao razlika u mjerenju udaljenosti prazne posude i posude napunjene vodom do određenog nivoa.

Upravljački modul i američki senzor prekriveni su 3D kupolom. STL datoteka kupole nalazi se u odjeljku datoteka i skica ovog uputstva.

Korak 5: Upravljački modul - sheme

Sheme za upravljački modul (uključujući popis komponenti) i datoteke za dizajn ploče za hljeb nalaze se u odjeljku datoteka i skica ovog uputstva.

NAPOMENA: Rad s NodeMCU pokazao se kao izazovan zadatak u smislu dostupnih GPIO pinova. Gotovo svi GPIO -i imaju brojne funkcije, zbog čega su ili nedostupne za upotrebu ili nemoguće u dubokom režimu mirovanja (zbog posebnih funkcija koje igraju tokom procesa pokretanja). Na kraju sam uspio pronaći ravnotežu između upotrebe GPIO -a i mojih zahtjeva, ali bilo je potrebno nekoliko frustrirajućih iteracija.

Na primjer, određeni broj GPIO -a ostaje "vruć" tokom dubokog sna. Povezivanje LED -a sa onima koji su porazili svrhu smanjenja potrošnje energije tokom dubokog sna.

Korak 6: Senzor curenja vode u ladici

Ako vaš lonac na dnu ima otvor za prelijevanje, postoji opasnost od prelijevanja vode u donji pladanj i prosipanja po podu (polica ili na čemu se nalazi vaša biljka).

Primijetio sam da na mjerenje vlažnosti tla uvelike utječu položaj sonde, gustoća tla, udaljenost od otvora za zalijevanje itd. Drugim riječima, vlažnost tla može biti štetna samo za vaš dom ako voda prelije donju posudu i prelije se.

Senzor prelijevanja je odstojnik između lonca i donje ladice, s dvije žice omotane oko šipki. Kada voda napuni ladicu, dvije žice se povezuju, signalizirajući tako mikrokontroleru da je voda prisutna u donjoj ladici.

Na kraju voda isparava, a žice se odvajaju.

Donja fioka je 3D štampana. STL datoteka dostupna je u odjeljku datoteka i skica ovog uputstva.

Korak 7: Sonda za vlažnost tla i kućište za zalijevanje

Dizajnirao sam šesterokutno 3D štampano kućište da bude kombinirana sonda vlažnosti tla i ograda.

Datoteka za 3D štampanje (STL) dostupna je u odeljku sa datotekama i skicama ovog uputstva.

Kućište se sastoji od dva dijela, koja se moraju zalijepiti. Modificirani bodeći dodatak zalijepljen je sa strane kućišta za pričvršćivanje cijevi.

Za postavljanje pocinčanih eksera predviđene su dvije rupe od 4,5 mm koje služe kao sonde za vlažnost tla. Povezivanje s mikrokontrolerom postiže se metalnim odstojnicima odabranim posebno za postavljanje eksera.

3D dizajn se izvodi pomoću www.tinkercad.com koji je odličan i jednostavan za korištenje, ali moćan alat za 3D dizajn.

NAPOMENA: Možda biste htjeli pitati zašto jednostavno nisam upotrijebio jednu od unaprijed proizvedenih sondi za tlo? Odgovor je: folija na njima se otapa u roku od nekoliko sedmica. Zapravo, čak i u ograničenom vremenu nokti su pod naponom, oni i dalje erodiraju i potrebno ih je zamijeniti najmanje jednom godišnje. Gornji dizajn omogućuje zamjenu noktiju u roku od nekoliko sekundi.

Korak 8: Cijevi i ožičenje

Voda se isporučuje na plan putem super-meke poluprozirne cijevi od lateks gume (s unutarnjim promjerom 1/4 "i vanjskim promjerom 5/16").

Izlaz pumpe zahtijeva veće cijevi i adapter: Polipropilenski bodljikavi priključak otporan na kemikalije, reducirajući ravno za ID cijevi 1/4 "x 1/8".

Konačno, polipropilenski bodljikavi fitinti otporni na kemikalije, ravni za 1/8 tube ID služe kao konektor za ogradu za zalijevanje.

Korak 9: NodeMCU skica

NodeMCU skica implementira nekoliko značajki IoT APIS v2:

1. Povezuje se s postojećom WiFi mrežom - ILI - radi kao WiFi pristupna točka (ovisno o konfiguraciji)
2. Traži NTP servere za dobijanje lokalnog vremena
3. Implementira web server za nadzor postrojenja i podešavanje parametara zalijevanja i umrežavanja
4. Mjeri vlažnost tla, curenje vode u donjoj posudi, nivo vode u staklenci i pruža vizualnu indikaciju putem LED u tri boje
5. Implementira online i powerave načine rada
6. Sprema informacije o svakom navodnjavanju lokalno u internu flash memoriju

Korak 10: NodeMCU skica - WiFi

Prema zadanim postavkama, IoT APIS v2 će stvoriti lokalnu WiFi pristupnu točku pod nazivom "Plant_XXXXXX", gdje je XXXXXX serijski broj čipa ESP8266 na ploči NodeMCU -a.

Ugrađenom web-poslužitelju možete pristupiti putem URL-a: https://plant.io interni DNS poslužitelj povezat će vaš uređaj sa stranicom statusa APIS-a.

Sa stranice statusa možete se kretati do stranice sa parametrima zalijevanja i stranice sa mrežnim parametrima, gdje možete navesti IoT APIS v2 da se poveže na vašu WiFi mrežu i počne izvještavati o statusu u oblaku.

IoT APIS podržava mrežne načine rada i načine uštede energije:

1. U mrežnom načinu rada IoT APIS održava WiFi vezu cijelo vrijeme, tako da u bilo kojem trenutku možete provjeriti status vašeg pogona
2. U načinu rada za uštedu energije, IoT APIS povremeno provjerava vlažnost tla i razinu vode, stavljajući uređaj u način rada "duboki san", čime se dramatično smanjuje potrošnja energije. Međutim, uređaj nije dostupan na Internetu cijelo vrijeme, a parametri su se mogli mijenjati samo za vrijeme uključivanja uređaja (trenutno svakih 30 minuta, usklađeno sa satom/pola sata sata u stvarnom vremenu). Uređaj će ostati na mreži 1 minutu svakih 30 minuta kako bi omogućio promjene konfiguracije, a zatim će ući u način dubokog sna. Ako se korisnik poveže s uređajem, vrijeme "gore" se produžuje na 3 minute za svaku vezu.

Kad je uređaj spojen na lokalnu WiFi mrežu, njegova IP adresa prijavljuje se IoT cloud serveru i vidljiva je na mobilnom uređaju za nadzor.

Korak 11: Skica NodeMCU - NTP

IoT APIS v2 koristi NTP protokol za dobijanje lokalnog vremena od NIST poslužitelja vremena. Tačno vrijeme se koristi za određivanje treba li uređaj ući u "noćni" način rada, tj. Izbjegavati pokretanje pumpe ili treptanje LED diode.

Noćno vrijeme se može zasebno konfigurirati za radne dane i vikend ujutro.

Korak 12: NodeMCU Sketch - Lokalni web poslužitelj

IoT APIS v2 implementira lokalni web poslužitelj za izvještavanje o statusu i promjene konfiguracije. Početna stranica pruža informacije o trenutnoj vlažnosti i nivou vode, prisutnosti prelivne vode u donjoj ladici i statistiku najnovijeg zalijevanja. Stranica za konfiguraciju mreže (dostupna putem gumba za konfiguriranje mreže) pruža mogućnost povezivanja na lokalnu WiFi mrežu i prebacivanje između mrežnih i načina uštede energije. (Promjene u mrežnoj konfiguraciji će uzrokovati resetiranje uređaja) Stranica sa konfiguracijom zalijevanja (dostupna putem tipke za konfiguriranje vode) pruža mogućnost promjene parametara zalijevanja (vlažnost tla za početak/zaustavljanje zalijevanja, trajanje zalijevanja i pauza zasićenja između ciklusa, broj ciklusa itd.) HTML datoteke web poslužitelja nalaze se u mapi podataka skice IoT APIS Arduino IDE skice. Treba ih učitati u NodeMCU flash memoriju kao SPIFF datotečni sistem pomoću alata "ESP8266 Sketch Data Upload" koji se nalazi ovdje.

Korak 13: Skica NodeMCU - Lokalni dnevnik zalijevanja i pristup internom sistemu datoteka

U slučaju da mrežno povezivanje nije dostupno, IoT APIS v2 sistem bilježi sve aktivnosti zalijevanja lokalno.

Za pristup zapisniku, povežite se s uređajem i idite na stranicu '/uredi', a zatim preuzmite datoteku watering.log. Ova datoteka sadrži povijest svih zalijevanja od početka bilježenja.

Primjer takve datoteke dnevnika (u formatu odvojenom tabulatorima) priložen je ovom koraku.

NAPOMENA: Stranica za preuzimanje nije dostupna kada je IoT APIS v2 u načinu rada pristupne tačke (zbog ovisnosti o biblioteci Java Script na mreži).

Korak 14: Skica NodeMCU - Vlažnost tla, curenje vode u donjoj ladici, nivo vode, LED u 3 boje

Mjerenje vlažnosti tla temelji se na istom principu kao i originalni APIS. Za detalje pogledajte upute.

Propuštanja u posudi za vodu otkrivaju se trenutnim naponom na žicama koje se nalaze ispod lonca pomoću unutrašnjih PULLUP otpornika. Ako je rezultirajuće stanje PIN -a NISKO, u ladici ima vode. PIN stanje HIGH označava da je krug "prekinut", stoga nema vode u donjoj posudi.

Nivo vode određuje se mjerenjem udaljenosti od vrha staklenke do vodene površine i usporedbom s udaljenošću do dna prazne posude. Imajte na umu upotrebu 3 -polnog senzora! Oni su skuplji od četveropolnih senzora HC-SR04. Nažalost, ostao sam bez GPIO -a na NodeMCU -u i morao sam presjeći svaku žicu kako bih dizajn mogao raditi na samo jednom NodeMCU -u bez dodatnih kola.

LED u tri boje koristi se za vizualno označavanje APIS stanja:

1. Umjereno trepćuće ZELENO - povezivanje na WiFi mrežu
2. Brzo trepćuće ZELENO - postavljanje upita NTP serveru
3. Kratko, zeleno - povezano na WiFi i uspješno dobiveno trenutno vrijeme sa NTP -a
4. Kratko puna BELA - inicijalizacija mreže je završena
5. Brzo trepćuće BIJELO - pokreće način pristupne tačke
6. Brzo trepćuće PLAVO - zalijevanje
7. Umjereno trepćuće PLAVO - zasićenje
8. Nakratko solidan AMBER, nakon čega slijedi kratko čvrst CRVENI - nije moguće dobiti vrijeme od NTP -a
9. Nakratko solidno BELO tokom pristupa internom veb serveru

LED ne radi u "noćnom" načinu rada. Noćni način rada mogao bi se pouzdano odrediti samo ako je uređaj uspio barem jednom dobiti lokalno vrijeme s NTP servera (lokalni sat u stvarnom vremenu će se koristiti dok se ne uspostavi sljedeća veza s NTP -om)

Primjer LED funkcije dostupan je na YouTubeu ovdje.

Korak 15: Solarna energija, Power Bank i autonomni rad

Jedna od ideja koja stoji iza IoT APIS v2 bila je sposobnost autonomnog rada.

Trenutni dizajn koristi solarnu ploču i privremenu bateriju snage 3600 mAh kako bi se to postiglo.

1. Solarni panel je dostupan na amazon.com
2. Power bank je takođe dostupan na amazon.com

Solarni panel također ima ugrađenu bateriju od 2600 mAh, ali nije mogla izdržati 24 -satni APIS rad čak ni u režimu uštede energije (pretpostavljam da se baterija ne nosi dobro sa istovremenim punjenjem i pražnjenjem). Čini se da kombinacija dvije baterije daje odgovarajuću snagu i dopušta ponovno punjenje obiju baterija tokom dana. Solarni panel puni power bank, dok power bank napaja APIS uređaj.

NAPOMENA:

Te komponente su opcionalne. Uređaj možete jednostavno napajati bilo kojim USB adapterom koji daje struju od 1A.

Korak 16: IoT integracija - Blynk

Jedan od ciljeva novog dizajna bila je mogućnost daljinskog praćenja vlažnosti tla, nivoa vode i drugih parametara.

Izabrao sam Blynk (www.blynk.io) kao IoT platformu zbog njegove jednostavnosti upotrebe i privlačnog vizuelnog dizajna.

Budući da je moja skica zasnovana na kooperativnoj biblioteci za više zadataka TaskScheduler -a, nisam htio koristiti biblioteke Blynk uređaja (one nisu omogućene za TaskScheduler). Umjesto toga, koristio sam Blynk HTTP RESTful API (dostupan ovdje).

Konfiguriranje aplikacije je što je moguće intuitivnije. Pratite priložene snimke ekrana.

Korak 17: Skice i datoteke

IoT APIS v2 skica nalazi se na githubu ovdje: Sketch

Nekoliko biblioteka koje koristi skica nalazi se ovdje:

1. TaskScheduler - kooperativna biblioteka za više zadataka za Arduino i esp8266
2. AvgFilter - cjelobrojna implementacija prosječnog filtera za izglađivanje podataka senzora
3. RTCLib - implementacija hardverskog i softverskog sata u realnom vremenu (izmijenio sam)
4. Vrijeme - Izmjene za biblioteku vremena
5. Vremenska zona - biblioteka koja podržava izračune vremenske zone

BILJEŠKA:

Tablice s podacima, pin dokumentacija i 3D datoteke nalaze se u podmapi "datoteke" glavne skice.

HTML datoteke za ugrađeni web poslužitelj trebaju biti učitane u NODE MCU flash memoriju pomoću arduino-esp8266fs-dodatka (koji stvara datotečni datotečni sistem iz podmape "podaci" glavne mape skica i postavlja ga u flash memoriju)

Drugoplasirani na takmičenju u vrtlarstvu u zatvorenom prostoru 2016