IoT-terarij: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Moja djevojka je opsjednuta sobnim biljem, a maloprije je spomenula da želi izgraditi terarij. Želeći raditi najbolji posao, guglala je kako i najbolje prakse kako stvoriti i brinuti se o jednom od njih. Ispostavilo se da postoji milion postova na blogu i niko nema jasan odgovor, a čini se da se sve svodi na izgled i osjećaj kako pojedini terariji rastu. Budući da sam čovjek od nauke i volim da podaci znaju da li nešto zaista funkcionira, htio sam dobro iskoristiti svoje znanje o IoT -u i elektronici i stvoriti IoT Terrarium monitor.

Plan je bio izgraditi sistem zasnovan na senzorima koji bi mogao pratiti temperaturu, vlažnost i vlažnost tla s jednostavne, ali elegantne web stranice. To bi nam omogućilo da pratimo zdravlje terarija, tako da smo uvijek znali da je u najboljem stanju. Pošto i ja volim LED diode (mislim na koga ne voli), htio sam dodati i neopiksel koji bi terarij pretvorio u savršeno raspoloženje ili noćno svjetlo!

Nakon planiranja izgradnje znao sam da želim ovo podijeliti kako bi drugi mogli napraviti svoje. Kako bih svima omogućio reprodukciju ovog projekta, koristio sam samo materijale koji se lako mogu nabaviti i koji se mogu kupiti u većini trgovina ciglom i malterom ili jednostavno putem web lokacija poput Adafruit -a i Amazona. Dakle, ako ste zainteresirani za izgradnju vlastitog Iot-Terrarija u nedjelju popodne, čitajte dalje!

Supplies

Uglavnom biste trebali moći kupiti slične stvari kao ja. Ali ohrabrujem vas da se diverzificirate i postanete veći i bolji, pa ćete neke od dolje navedenih stavki možda htjeti prilagoditi svojoj specifičnoj građi. Navest ću i neke alternativne materijale i metode u cijelom ovom neshvatljivom za one koji nemaju pristup svemu. Dakle, za početak vam je potrebno nekoliko alata da biste ih slijedili, a to su;

• Bušilice i nastavci - Koriste se za bušenje kroz poklopac kontejnera od terarija za postavljanje vaših senzora, svjetla i kontrolera.
• Pištolj za vruće ljepilo - koristi se za lijepljenje senzora na poklopac terarija. Možete odabrati i drugačiji način ugradnje poput superljepila ili matica i vijaka.
• Lemilica (opcionalno) - Odlučio sam napraviti namjensku PCB za ovaj projekt kako bi veze bile najbolje moguće. Također možete koristiti ploču za kruh i kratkospojne žice i postići isti rezultat.
• Oko 4 sata - Za ovaj projekat od početka do kraja izgradnje trebalo mi je oko 4 sata da završim. To će ovisiti o tome kako se odlučujete za izradu svoje verzije

Ispod je popis materijala za elektroniku za otkrivanje i kontrolu terarija. Ne morate koristiti sve senzore, niti iste senzore za svoj terarij, ali za isporučeni kôd ti će materijali funkcionirati bez pakovanja. Malo upozorenja, za ovo koristim amazonske pridružene veze, pa vam hvala na podršci ako odlučite nešto kupiti s tih veza.

• ESP8266 - Koristi se za kontrolu neopiksela, čitanje podataka sa senzora i prikazivanje web stranice. Također možete odabrati korištenje Adafruit HUZZAH -a
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (ili iz Adafruit -a) - Ovo su sjajni mali neopikseli u velikoj formi. Na sebi imaju i sve ostale potrebne pasivne komponente radi lakše kontrole.
• DHT11 Senzor temperature vlage (ili iz Adafruit -a) - Osnovni senzor temperature i vlažnosti. Za ovo možete koristiti i DHT22 ili DHT21.
• Senzor vlažnosti tla (ili iz Adafruit -a) - Dolaze u dvije okuse. Koristio sam otporni tip, ali preporučujem kapacitivni tip poput onog iz Adafruit -a. O ovome kasnije.
• Napajanje od 5V (1A)- za ovaj projekt trebat će vam napajanje od 5V. Ovo mora imati najmanje 1A napajanja, tako da možete koristiti i standardnu USB zidnu utičnicu.
• Prototip PCB-a- Koristi se za povezivanje svega u robustan dvorac. Također se može koristiti matična ploča i neke kratkospojne žice.
• Neki pričvrsni vijci - Koriste se za postavljanje PCB -a na poklopac vaše posude. Možete koristiti i vruće ljepilo.
• Zaglavlja PCB-a- za montiranje NodeMCU-a na PCB.
• Žica - Bilo koja vrsta žice za povezivanje PCB -a i senzora zajedno.

Za vaš stvarni terarij postoje neograničene mogućnosti. Toplo preporučujem da se obratite svom najbližem vrtnom centru po sve zalihe i savjet. Tamo možete zatražiti i pomoć oko najbolje kombinacije materijala za izgradnju terarija za biljke koje koristite. Za mene je moj lokalni vrtni centar imao sve potrebne materijale u prikladnim malim vrećicama. To su bili;

• Staklena tegla - obično se nalazi u vašoj kućnoj radnji. To može biti bilo kojeg oblika ili veličine koju želite, ali mora imati poklopac koji će vam omogućiti bušenje i pričvršćivanje elektronike.
• Biljke - najvažniji dio. Birajte mudro i pobrinite se da svi materijali u izgradnji odgovaraju vašoj biljci. Koristio sam malu pomoć odavde.
• Tlo, pijesak, šljunak, drveni ugljen i mahovina - ovo su osnovni gradivni elementi terarija i obično ih je lako pronaći u željezariji s vrtlarskim odjelom ili u lokalnom rasadniku

Također provjerite veliki broj terarijuma izgrađenih upravo ovdje na Instructables!

Korak 1: Napravite svoj terarij

Za početak, moramo zapravo izgraditi terarij prije nego što ga budemo mogli povezati s internetom! Ne postoji ispravan ili pogrešan način za sastavljanje terarija, ali postoje najbolje prakse koje ću pokušati opisati.

Prvi i najvažniji je da želite oponašati okruženje u kojem vaše biljke uspijevaju. Obično se u terariju koristi više biljaka koje vole vlagu, ali mnogi ljudi i dalje koriste stvari poput sukulenata u posudi s otvorenim vrhom. Za ovu sam gradnju odabrao tropsku biljku kako bih mogao imati zapečaćen poklopac na koji ću koristiti za montiranje elektronike.

Sljedeća najbolja praksa je redoslijed sastavljanja sastojaka terarija. Za najbolje rezultate morat ćete ih pravilno nanositi tako da voda može istjecati i filtrirati kroz sistem te se vratiti kroz ciklus. Pazite na to da postanete revnosni prema biljkama i materijalima. Proširite posudu, biljke i materijale prije nego što ih potpuno stavite, inače vam sve možda neće odgovarati.

Slijedeći fotografije za ovaj korak, donje upute pokazuju kako možete presvući svoj terarij za najbolje rezultate;

1. Stavite malo kamenčića na dno staklenke. Ovo služi za odvodnju i ostavlja mjesto za prikupljanje vode.
2. Zatim postavite sloj mahovine, ovo je filter koji sprječava propadanje tla kroz pukotine šljunka i na kraju uništavanje efekta koji šljunak daje. To se može postići i žičanom mrežom
3. Zatim dodajte ugljen na vrh. Ovaj ugljen djeluje kao filter za vodu
4. Na vrh drvenog ugljena sada možete dodati zemlju. U ovoj fazi ćete htjeti provjeriti koliko se vaša staklenka napunila jer možete sve isprazniti i početi lakše kasnije nego kasnije
5. (Opcionalno) Možete dodati i druge materijale, poput pijeska, za efekt slojevitosti. Dodao sam vrlo fini sloj pijeska za estetski učinak, a zatim položio ostatak zemlje.
6. Zatim napravite rupu u sredini, a zatim uklonite posudu iz biljaka i nježno ih postavite u središte.
7. Ako možete dosegnuti, tapkajte tlo oko biljaka kako biste ih čvrsto ugradili u tlo.
8. Završite dodavanjem nekoliko ukrasnih kamenčića na vrh i malo više mahovine koja će oživjeti s malo vlage.

Sad je bilo super jednostavno u nedjelju popodne staviti jedan ili dva terarija! Ali nemojte mi vjerovati na evanđelje, svakako pogledajte kako su drugi izgradili svoje.

Korak 2: Učinite to pametnim

Vrijeme je da se vaš terarij izdvoji od drugih. Vreme je da to učinimo pametnim. Da bismo to učinili, moramo znati šta želimo mjeriti i zašto. Nisam stručnjak za vrtlarstvo, pa mi je ovo prvi put, ali jako dobro razumijem senzore i mikrokontrolere, pa će primjena mog znanja u jednom premostiti jaz u drugom.

Nakon nekog guglanja kako bih shvatio koja bi metrika bila najbolja, otišao sam u kupovinu da pronađem odgovarajuće senzore za rad. Na kraju sam odabrao 3 stvari za mjerenje. To su bile temperatura, vlažnost i vlažnost tla. Ove tri metrike dat će opći pregled zdravlja našeg terarija i pomoći će nam da znamo je li zdrav ili zahtijeva brigu.

Za mjerenje temperature i vlažnosti odabrao sam DHT11. Oni su lako dostupni iz mnogih izvora, poput Adafruit -a i drugih trgovina elektronikom. Također su potpuno podržani u Arduino okruženju, zajedno s drugim senzorima iste porodice, poput DHT22 i DHT21. Kôd na kraju ovog uputstva podržava bilo koju verziju, tako da možete odabrati bilo koju verziju koja odgovara vašem budžetu i dostupnosti.

Senzori za vlažnost tla dolaze u dva okusa; otpornički i kapacitivni. Za ovaj projekt završio sam s otpornim senzorom jer mi je to tada bilo dostupno, ali kapacitivni senzor ponudio bi isti rezultat.

Otporni senzori rade primjenom napona na dva pina u tlu i mjerenjem pada napona. Ako je tlo vlažno, bit će manji pad napona, a time i veća vrijednost koju očitava ADC mikrokontrolera. Ljepota ovih je u jednostavnosti i cijeni, zbog čega sam na kraju koristio ovu verziju.

Kapacitivni senzori rade tako što šalju signal jednom od dva pina na tlu poput otporničke verzije, razlika je u tome što se traži kašnjenje kada napon stigne na sljedeći pin. To se događa vrlo brzo, ali svi pametni obično se brinu na senzoru. Izlaz kao i otporničke verzije obično je također analogan što omogućava njegovo povezivanje s analognim pinom mikrokontrolera.

Ideja iza ovih senzora nije dati apsolutnu vrijednost svemu jer njihove mjerne tehnike i fizička svojstva ovise o previše varijabli vašeg terarija. Način gledanja na podatke s ovih senzora, posebno na vlažnost tla, relativan je jer oni zapravo nisu kalibrirani. Dakle, kako biste pomogli u nagađanju kada treba zalijevati ili njegovati svoj vrt, morat ćete malo pogledati kako ide vaš terarij i mentalno to uskladiti s vašim podacima senzora.

Korak 3: Izrada PCB -a

Za ovaj projekt odlučio sam napraviti vlastiti PCB od prototipne ploče. Odabrao sam ovo kako bi sve bilo povezano robusnije od ploče za kruh ili preko žica zaglavlja. Rekavši to, ako kupite pravi oblik senzora i kontrolera, možete ga prkosno izgraditi na ploči ako nemate pristup lemilici.

Sada će vaš terarij najvjerojatnije koristiti drugu staklenku za moju i stoga neće koristiti tačnu PCB koju sam napravio, pa neću ulaziti u detalje o tačnoj metodi koju sam koristio za njezino stvaranje. Umjesto toga, u nastavku je niz indikativnih koraka koje možete poduzeti kako biste bili sigurni da ćete postići isti rezultat. Na kraju, sve što trebate učiniti da bi projekt uspio je slijediti dijagram kola na slikama.

1. Počnite postavljanjem PCB -a na poklopac da vidite kako će sve stati. Zatim označite sve linije reza i montažne rupe na PCB -u. u ovom koraku također trebate označiti gdje bi trebao biti otvor na poklopcu za žice.
2. Zatim izrežite ploču ako koristite prototipnu ploču. To možete učiniti pomoću noža i ravne ivice tako da zarežete po rupama i puknete.
3. Zatim pomoću bušilice oblikujte rupe za pričvršćivanje vijaka koji će proći kroz poklopac. Ovaj promjer rupe trebao bi biti veći od vaših vijaka. Koristio sam otvor od 4 mm za vijke M3. Možete koristiti i vruće ljepilo za postavljanje PCB -a na poklopac.
4. U ovoj je fazi dobra ideja napraviti i rupe za pričvršćivanje poklopca, dok na PCB -u nema komponenti. Zato postavite PCB na poklopac, označite rupe i izbušite ih manjim promjerom od pričvrsnih vijaka. To će omogućiti da vijci zagrizu u poklopac.
5. Izbušite rupu da bi vaše žice mogle proći do kraja. Napravio sam rupu od 5 mm koja je bila odgovarajuće veličine. U ovoj fazi također je dobra ideja označiti i izbušiti istu rupu na poklopcu.
6. Sada možete postaviti komponente na PCB i početi s lemljenjem. Počnite sa zaglavljima za ESP8266.
7. Sa zaglavljima ESP8266 sada znate gdje se pinovi postavljaju, pa sada možete presjeći neke žice za povezivanje senzora. Kad to radite, pobrinite se da budu dulji nego što vam je potrebno, jer ih kasnije možete skratiti. Ove žice bi trebale biti za svu vašu snagu + i -, kao i podatkovne linije. Takođe sam ih označio bojom kako bih znao šta je šta.
8. Zatim lemite sve žice koje su vam potrebne za ploču prema shemi kola i gurnite ih kroz otvor na PCB -u spremne za montažu na poklopac i povezivanje s vašim senzorima.
9. Na kraju, morate uspostaviti vezu za napajanje. Za ovo sam dodao mali konektor (nije na slikama). Ali možete ga i direktno zalemiti.

To je za montažu PCB -a! Njegovi su uglavnom mehanički prijedlozi jer će na vama biti da postavite svoju PCB ploču tako da odgovara vašem poklopcu. U ovoj fazi nemojte montirati PCB na poklopac jer ćemo u sljedećem koraku morati montirati senzor na donju stranu.

Korak 4: Napravite poklopac

Vrijeme je za montiranje senzora i svjetla na poklopac! Ako ste slijedili posljednji korak, trebali biste imati poklopac sa svim otvorima za montažu na PCB -u i veliku rupu za prolaz žice senzora. Ako to učinite, sada možete postaviti svjetla i senzore na željeni način. Kao i zadnji korak, metoda koju koristite vjerojatno će biti malo drugačija, ali evo popisa koraka koji će vam pomoći da postavite poklopac

Oprez: Linije podataka neopiksela imaju smjer. Obratite pažnju na ulaz i izlaz svakog svjetla tražeći strelice na PCB -u. Uvjerite se da podaci uvijek idu od izlaza do ulaza.

1. Počnite tako što ćete postaviti svjetla i senzor temperature na poklopac da vidite gdje ih želite postaviti. Predlažem da temperaturni senzor držite dalje od svjetla jer će odavati malo topline. Ali osim toga, izgled ovisi isključivo o vama.
2. Kad sve bude postavljeno, možete odrezati žicu kako biste spojili svjetla. Učinio sam to tako što sam izrezao probni komad i koristio ga kao vodič za rezanje ostatka.
3. Zatim sam upotrijebio blue-tak da držim svjetla i lemio žice na njih pomoću jastučića sa strana flora ploča. Obratite pažnju na smjer podataka svjetla.
4. Zatim sam uklonio blue-tak sa svjetala i upotrijebio vruće ljepilo da ih pričvrstim za poklopac zajedno sa senzorom temperature na mjestu s kojim sam bio zadovoljan.
5. Sada uzmite PCB i montirajte ga na poklopac gdje ste ranije izbušili i izrezali rupe. Gurnite žice kroz veliku rupu spremnu za spajanje sa senzorima.
6. Zatim lemite svaku od žica na odgovarajuće senzore slijedeći dijagram kola dat u prethodnom koraku.
7. Budući da senzor tla nije montiran na poklopac, morat ćete paziti da žice ostave dovoljno dugo da se može posaditi u tlo. Nakon odsijecanja lemite senzor tla.

Čestitamo, sada biste trebali imati potpuno sastavljen poklopac na bazi senzora zajedno sa senzorima za temperaturu, vlažnost i vlagu tla. U kasnijim koracima vidjet ćete da sam dodao 3D štampani šešir od drvene smole koji pokriva i ESP8266. Nisam opisao kako se to radi jer će se konačni oblik i veličina vašeg terarija vjerojatno razlikovati i nemaju svi pristup 3D štampaču. Ali želim to istaknuti pa služi kao ideja o tome kako biste željeli završiti svoj projekt!

Korak 5: Kodiranje ESP8266 pomoću Arduina

Sa poklopcem sa senzorom spremnim za rad, vrijeme je da stavite pamet u njega. Da biste to učinili, trebat će vam Arduino okruženje s instaliranim pločama ESP8266. Ovo je lijepo i lako pokrenuti zahvaljujući velikoj zajednici iza toga.

Za ovaj korak predlažem da ESP8266 ne bude priključen na PCB kako biste mogli otkloniti greške pri otpremanju i pokretanju. Nakon što vaš ESP8266 prvi put radi i spoji se na WiFi, predlažem da ga priključite na PCB.

Postavite Arduino okruženje:

Prvo će vam trebati okruženje Arduino koje se može preuzeti odavde za većinu operativnih sistema. Slijedite upute za instalaciju i pričekajte da se završi. Nakon što ga završite, otvorite ga i možemo dodati ploče ESP8266 slijedeći velike korake u službenom spremištu GitHub ovdje.

Nakon dodavanja, morat ćete odabrati vrstu ploče i veličinu bljeskalice da bi ovaj projekt funkcionirao. U izborniku "alati"-> "ploča" trebate odabrati modul "NodeMCU 1.0", a u opcijama veličine Flash-a trebate odabrati "4M (1M SPIFFS)".

Dodavanje biblioteka

Ovdje se većina ljudi odlijepi pri pokušaju repliciranja nečijeg projekta. Biblioteke su izbirljive i većina projekata se oslanja na određenu verziju koja se instalira kako bi radila. Iako okruženje Arduino djelomično rješava ovaj problem, ono je obično izvor problema s vremenom prevođenja koje su pronašli novi početnici. Ovaj problem rješavaju drugi jezici i okruženja koristeći nešto što se naziva "pakovanje", ali Arduino okruženje to ne podržava … tehnički.

Za ljude s potpuno novom instalacijom Arduino okruženja, ovo možete preskočiti, ali za druge koji žele znati kako biti sigurni da će svaki projekt koji naprave s okruženjem Arduino funkcionirati (pod uvjetom da to radi iz početka) ti to možeš. Rad oko toga ovisi o tome da kreirate novu mapu gdje god želite i usmjerite svoju lokaciju "Sketchbook" u izbornik "datoteka"-> "postavke". Odmah pri vrhu gdje piše lokacija skice, kliknite pretraži i idite do nove mape.

Nakon što ovo učinite, ovdje nećete imati instalirane biblioteke, što vam omogućava da dodate bilo koju koju želite bez onih koje ste prethodno instalirali. To znači da za određeni projekt poput ovog možete dodati biblioteke koje dolaze s mojim GitHub spremištem i nemaju sukobe s drugim onima koje ste možda instalirali. Savršeno! Ako se želite vratiti svojim starim bibliotekama, sve što trebate učiniti je promijeniti lokaciju svoje bilježnice na originalnu, tako je jednostavno.

Sada za dodavanje biblioteka za ovaj projekt morat ćete preuzeti zip datoteku iz spremišta GitHub i instalirati sve biblioteke u uključenu mapu "biblioteke". Sve su to pohranjene kao.zip datoteke i mogu se instalirati pomoću koraka predloženih na službenoj web stranici Arduino za to.

Promijenite potrebne varijable

Nakon što ste sve preuzeli i instalirali, vrijeme je za početak sastavljanja i postavljanja koda na ploču. Dakle, s tim preuzetim spremištem, trebala bi postojati i mapa pod nazivom "IoT-Terrarium" s hrpom.ino datoteka u njoj. Otvorite glavnu datoteku pod nazivom "IoT-Terrarium.ino" i pomaknite se dolje do dijela skica sa glavnim varijablama pri vrhu.

Ovdje morate promijeniti nekoliko ključnih varijabli kako bi odgovarale onome što ste izgradili. Prvo što trebate dodati su vaše WiFi vjerodajnice na skicu kako bi se ESP8266 prijavio na vašu WiFi mrežu kako biste joj mogli pristupiti. Oni razlikuju velika i mala slova pa budite oprezni.

String SSID = "";

Lozinka niza = "";

Sljedeća je vremenska zona u kojoj se nalazite. To može biti pozitivan ili negativan broj. Na primjer, Sydney je +10;

#define UTC_OFFSET +10

Nakon toga slijedi period uzorkovanja i količina podataka koje bi uređaj trebao pohraniti. Broj prikupljenih uzoraka mora biti dovoljno mali da mikrokontroler može rukovati. Otkrio sam da je sve ispod 1024 u redu, sve veće je nestabilno. Period prikupljanja je vrijeme između uzoraka u milisekundama.

Množenjem ovih podataka dobit ćete koliko dugo će se podaci vraćati, zadane vrijednosti 288 odnosno 150000 (2,5 minute) daju vremenski period od 12 sati, promijenite ih tako da odgovaraju koliko unatrag želite vidjeti.

#define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

U prethodnim koracima spojio sam LED diode na pin D1 (pin 5) ESP8266. Ako ste ovo promijenili ili ste dodali više ili manje LED dioda, to možete promijeniti u dva reda;

#define NUM_LEDS 3 // Broj LED dioda koje ste povezali

#define DATA_PIN 5 // Pin na kojem je LED linija podataka uključena

Posljednje što trebate promijeniti su vaše postavke DHT11. Jednostavno promijenite pin na koji je spojen i vrstu ako niste koristili DHT11;

#define DHT_PIN 4 // Podatkovni pin na koji ste povezali DHT senzor

#define DHTTYPE DHT11 // Dekomentirajte ovo prilikom korištenja DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Dekomentirajte ovo kada koristite DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Dekomentirajte ovo kada koristite DHT21

Sastavi i otpremi

Nakon što promijenite sve što vam je potrebno, možete nastaviti sa sastavljanjem skice. Ako je sve u redu, trebalo bi ga kompajlirati i ne davati greške pri dnu ekrana. Ako zaglavite, možete dati komentar ispod i ja bih vam mogao pomoći. Idite naprijed i spojite ESP8266 USB kablom na računar i pritisnite upload. Kada se završi, trebao bi se pokrenuti i povezati na WiFi. Na serijskom monitoru se nalaze i neke poruke koje vam govore šta radi. Korisnici Androida trebali bi uzeti u obzir IP adresu koju navodi jer ćete je morati znati.

To je to! Uspješno ste učitali kôd. Sada zalijepite poklopac na terarij i pogledajte što senzori imaju reći.

Korak 6: Završni proizvod

Kad se sve sjedini, zabodite senzor tla u tlo tako da dva zupca budu prekrivena. Zatim jednostavno zatvorite poklopac, spojite napajanje i uključite! Sada možete otići na web stranicu EPS8266 ako ste na istoj WiFi mreži kao i ona. To možete učiniti ako odete na njegovu IP adresu ili pomoću mDNS -a na adresi; https://IoT-Terrarium.local/ (Trenutno bilješka podržava Android, uzdah)

Web stranica je tu da vam prikaže sve podatke koje prikupljate i provjeri zdravstveno stanje vaših biljaka. Sada možete pregledati sve statistike sa svih svojih senzora, i što je najvažnije, uključite LED diode za jedinstveno malo noćno svjetlo, sjajno!

Također možete spremiti stranicu na početni ekran na iOS -u ili Androidu kako bi se ponašala kao aplikacija. Samo pazite da budete na istoj WiFi mreži kao i vaš ESP8266 kada kliknete na nju.

To je to za ovaj projekt, ako imate bilo kakvih komentara ili upita, ostavite ih u komentarima. Hvala na čitanju i srećno stvaranje!