IOT Garden s Raspberry Pi pogonom: 18 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Jedan od primarnih ciljeva ovog projekta bio je moći održati dobrobit vrta koristeći snagu Interneta stvari (IoT). Sa svestranošću sadašnjih alata i softvera, naša sadilica je integrirana sa senzorima koji prate stanje biljaka u stvarnom vremenu. Napravili smo aplikaciju za pametne telefone koja omogućava pristup podacima i poduzimanje potrebnih radnji ako je potrebno.

Dizajn naše sadilice skalabilan je, jeftin i jednostavan za izgradnju, što ga čini savršenom opcijom za dodavanje zelenila na terasu ili u dvorište. Pametni vrt pokazao se učinkovitijim u potrošnji vode i olakšava održavanje i nadzor.

Pratite dalje kako biste naučili kako napraviti vlastitu bazu podataka i aplikaciju, stvaranjem vrta koji se može nadzirati pritiskom na gumb!

Korak 1: Pregled IOT sistema

Iot sistem funkcionira kroz sljedeće procese. Raspberry Pi se koristi za prenošenje korisnih informacija o vrtu, poput svjetline, vlažnosti i sadržaja vlage u tlu iz različitih senzora u bazu podataka oblaka. Kada se informacije nalaze u oblaku, mogu im se pristupiti s bilo kojeg mjesta pomoću aplikacije za pametni telefon koju smo izgradili. Ovaj proces je također reverzibilan, korisnik može poslati upute, kao što je stanje pumpe za vodu, natrag u vrt koji će izvršiti potrebne naredbe.

Ovo su neke od ključnih karakteristika našeg vrta:

Povratne informacije o raznim senzorima u vrtu u stvarnom vremenu

Baza zdravstvenog stanja vrta

Globalni nadzorni i operativni kapaciteti

Sistem za navodnjavanje kap po kap

Sustav vode koji kontrolira aplikacija

Automatski raspored zalijevanja

Odlučili smo koristiti Google -ovu Firebase kao posrednika našeg IOT sistema, za stvaranje vlastite besplatne baze podataka u oblaku. Zatim smo upotrijebili MIT -ov App Inventor za kreiranje aplikacije za pametni telefon koja je kompatibilna s bazom podataka Firebase i Raspberry Pi. Takođe može komunicirati s bazom podataka uz pomoć besplatne Python biblioteke.

Korak 2: Potrebni materijali:

Materijali potrebni za izradu iot sadilice lako se mogu pronaći u lokalnim ili internetskim trgovinama. Sljedeća lista je opis svih potrebnih dijelova.

HARDVER:

1 "Daska od borovog drveta - dimenzije; 300cm x 10cm (pošto će drvo biti na otvorenom, preporučujemo obrađeno drvo)

1/4 "Šperploča - dimenzije; 120 x 80 cm

Cerada - dimenzije; 180 cm x 275 cm

PVC cijev - dimenzije; dužina 30 cm, prečnik 2 cm

Hirurška cijev - dimenzije; 250cm

Lakatni zglob x 2

Drveni vijak x 30

ELEKTRONIKA:

Rasberry Pi3 model B

Grove Pi + Sensor Shield

12V elektromagnetni ventil

Senzor vlažnosti i temperature (dht11)

Senzor vlage

Senzor svjetline

Relejni modul

12V napajanje

Ukupni troškovi ovog projekta su otprilike 50 USD

Korak 3: 3D štampani dijelovi

Uz pomoć 3D ispisa izrađene su različite komponente koje je trebalo prilagoditi za ovaj projekt. Sljedeća lista sadrži potpunu listu dijelova i specifikacije za štampanje. Sve STL datoteke nalaze se u gore priloženoj fascikli, dopuštajući im da izvrše potrebne izmjene ako je potrebno.

Spoj cijevi x 1, 30% ispuna

Adapter mlaznice x 3, 30% ispune

Utikač za cijev x 3, 10% ispune

Kuka x 2, 30% ispune

Montaža senzora x 1, ispuna 20%

Adapter ventila x 1, ispuna 20%

Poklopac ožičenja x 1, 20% ispune

Koristili smo naš Creality Ender 3 za ispis dijelova, što je trajalo oko 8 sati za 12 dijelova.

Korak 4: Planovi

Jedna nije ograničena na dimenzije koje smo odabrali za izradu našeg sadilice, ali gore su priloženi svi detalji potrebni za izradu projekta. U sljedećim koracima možete se pozvati na ove slike za rezanje drva.

Korak 5: Izgradnja strana

Za držanje biljaka odlučili smo napraviti drvenu strukturu za sadnju. Unutrašnje dimenzije naše kutije su 70 x 50 cm, a visina 10 cm. Za izradu stranica koristili smo daske od borovog drveta.

Kružnom pilom izrezali smo četiri komada po dužini (gore navedene mjere). Izbušili smo probne rupe na označenim mjestima i probušili rupe tako da su glave vijaka bile u ravnini. Nakon što smo završili, zabili smo 8 vijaka za drvo, pazeći pritom da su stranice kvadratne koje pričvršćuju okvir.

Korak 6: Montiranje donje ploče

Za izradu donje ploče izrezali smo pravokutni komad šperploče od 5 mm, koji smo zatim pričvrstili na bočni okvir. Uvjerite se da su rupe upuštene, tako da vijci budu u ravnini s podnožjem. Potrebne dimenzije mogu se pronaći u prilogu gore.

Korak 7: Rupe za cijev

Naša sadilica napravljena je za smještaj tri reda biljaka. Stoga za sistem navodnjavanja kap po kap jedna strana mora držati cijevi za dovod vode.

Počnite mjerenjem promjera konektora i izvucite ih na jednakoj udaljenosti na kraćoj strani okvira. Kako nismo imali tvrdoglavicu, izbušili smo rupu od 10 mm, a zatim je proširili ubodnom pilom. Za izglađivanje grubih rubova možete koristiti Dremel dok konektori ne sjednu.

Korak 8: Spajanje vodovodnih cijevi

Za spajanje spojeva jednostavno izrežite dva komada PVC cijevi dužine 12 cm. Postavite uređaj na suho kako biste provjerili pristaje li sve dobro.

Zatim gurnite 3D štampani spoj u centralnu rupu i dva PVC koljenasta spoja na suprotnim krajevima dok se ne poravnaju. Pričvrstite ploču na okvir i zatvorite konektore iznutra pomoću 3D štampanih adaptera. Svi spojevi su pričvršćeni trenjem i trebali bi biti vodonepropusni, ako ne, spojeve je moguće zabrtviti vrućim ljepilom ili teflonskom trakom

Korak 9: Elektromagnetni ventil

Za kontrolu protoka vode u sistem za navodnjavanje kap po kap koristili smo elektromagnetni ventil. Ventil djeluje kao kapija koja se otvara kada se pošalje električni signal što ga čini automatskim za upravljanje. Da bismo ga ugradili, jedan kraj smo pričvrstili na izvor vode, a drugi na dovodnu cijev sadilice pomoću posredničkog adaptera. Važno je spojiti ventil u desnoj orijentaciji općenito označeno kao "IN" za ulaz vode (slavina) i "OUT" za izlaz vode (sadilica).

Korak 10: Ožičenje elektronike

Ispod je tablica s različitim modulima i senzorima s odgovarajućim priključcima na grovepi+ štitniku.

• Senzor temperature i vlažnosti ==> priključak D4
• Relejni modul ==> port D3
• Senzor vlage ==> priključak A1
• Senzor svjetla ==> port A0

Kao referencu koristite gornji dijagram ožičenja.

Korak 11: Odeljak za senzor

Napravili smo kutiju odjeljka koja je držala svu elektroniku s preostalom šperpločom. Drvo smo rezali prema rasporedu elektronike i lijepili komade. Nakon što se ljepilo osušilo, postavili smo napajanje i Raspberry Pi u pretinac, provodeći žice senzora kroz utor. Da bismo prekrili proreze, utisnuli smo otisnute korice kako bismo zapečatili sve praznine.

Nosač senzora ima rupe za pričvršćivanje klinova na koje možete montirati senzore. Pričvrstite senzor svjetline i vlažnosti na vrh i osjetnik vlage na podesivi otvor. Kako bismo kutiju pretinca mogli lako ukloniti, zašrafili smo 3D štampane kuke i nosač senzora koji je omogućio da se kutija pričvrsti na glavnu konstrukciju. Na ovaj način, elektronička i iot sistemska jedinica mogu se lako integrirati u bilo koju sadilicu.

Korak 12: Kreiranje baze podataka

Prvi korak je stvaranje baze podataka za sistem. Kliknite na sljedeću vezu (Google firebase) koja će vas odvesti na web stranicu Firebase (morat ćete se prijaviti sa svojim Google računom). Kliknite na gumb "Započni" koji će vas odvesti na firebase konzolu. Zatim kreirajte novi projekat klikom na dugme "Dodaj projekat", popunite uslove (naziv, detalji itd.) I dovršite klikom na dugme "Kreiraj projekat".

Potrebni su nam samo Firebase alati za baze podataka, pa odaberite "baza podataka" iz izbornika s lijeve strane. Sljedeći klik na gumb "Kreiraj bazu podataka", odaberite opciju "testni način" i kliknite na "omogući". Zatim postavite bazu podataka na "bazu podataka u stvarnom vremenu" umjesto na "cloud firestore" klikom na padajući izbornik pri vrhu. Odaberite karticu "pravila" i promijenite dvije "lažne" u "istinito", na kraju kliknite karticu "podaci" i kopirajte URL baze podataka, to će biti potrebno kasnije.

Posljednja stvar koju trebate učiniti je kliknuti na ikonu zupčanika pored pregleda projekta, zatim na "postavke projekta", zatim odabrati karticu "računi usluga", na kraju kliknite na "Tajne baze podataka" i zabilježiti sigurnosni kod vaše baze podataka. Ovim korakom uspješno ste stvorili svoju bazu podataka u oblaku kojoj možete pristupiti sa vašeg pametnog telefona i sa Raspberry Pi. (Koristite slike u prilogu gore u slučaju određenih nedoumica ili jednostavno postavite pitanje ili komentar u odjeljak komentara)

Korak 13: Postavljanje aplikacije

Sljedeći dio IoT sistema je aplikacija za pametne telefone. Odlučili smo upotrijebiti MIT App Inventor za izradu vlastite prilagođene aplikacije. Da biste koristili aplikaciju koju smo prvo stvorili, otvorite sljedeću vezu (MIT App Inventor) koja će vas odvesti na njihovu web stranicu. Zatim kliknite na "kreiraj aplikacije" pri vrhu ekrana i prijavite se sa svojim Google računom.

Preuzmite.aia datoteku koja je dolje navedena. Otvorite karticu "projekti" i kliknite na "Uvezi projekt (.aia) s mog računala", zatim odaberite datoteku koju ste upravo preuzeli i kliknite "u redu". U prozoru sa komponentama listajte dolje sve dok ne vidite "FirebaseDB1", kliknite na njega i izmijenite "FirebaseToken", "FirebaseURL" na vrijednosti koje ste zapamtili u prethodnom koraku.

Kada dovršite ove korake, spremni ste za preuzimanje i instaliranje aplikacije. Aplikaciju možete preuzeti izravno na telefon klikom na karticu "Build" i klikom na "App (navedite QR kôd za.apk)", zatim skenirajte QR kôd svojim pametnim telefonom ili kliknite "App (spremite.apk na moje računalo")) "Prenijet ćete apk datoteku na računalo koju morate prebaciti na pametni telefon da biste je zatim instalirali.

Korak 14: Programiranje Raspberry Pi

Raspberry Pi treba nadopuniti najnovijom verzijom Raspbian -a (Raspbian). U slučaju da namjeravate koristiti GrovePi+ štit kao i mi, umjesto toga zamijenite svoj Raspberry Pi najnovijom verzijom "Raspbian za robote" (Raspbian za robote). Nakon što ste fleširali svoj Raspberry Pi, morat ćete instalirati dodatnu python biblioteku. Otvorite terminal i zalijepite sljedeće naredbe:

1. sudo pip zahtevi za instaliranje == 1.1.0
2. sudo pip install python-firebase

Nakon što to učinite, preuzmite dolje priloženu datoteku i spremite je u direktorij na vašem Raspberry Pi. Otvorite datoteku i pomaknite se dolje do retka 32. U ovom retku zamijenite dio koji kaže "zalijepite svoj URL ovdje" s URL -om vaše baze podataka koji ste ranije zabilježili, pazite da zalijepite URL između slova ''. S ovim ste završili, otvorite terminal i pokrenite python skriptu pomoću naredbe "python".

Korak 15: Korištenje aplikacije

Sučelje naše aplikacije je samo po sebi razumljivo. Četiri gornje kutije prikazuju vrijednosti svjetline, temperature, vlažnosti i vlažnosti tla u stvarnom vremenu u postocima. Ove vrijednosti se mogu ažurirati klikom na dugme "get values" koje daje instrukcije Raspberry Pi -u da ažurira bazu podataka u oblaku, nakon čega slijedi dugme "refresh" koje osvježava ekran nakon ažuriranja baze podataka.

Donji dio ekrana je za sistem navodnjavanja kap po kap. Dugme "on" uključuje pumpu za vodu, dok dugme "off" isključuje. Dugme "auto" koristi različite vrijednosti senzora za izračunavanje tačne količine vode koja je potrebna dnevno i zalijeva biljke dva puta dnevno u 8:00 i 16:00.

Korak 16: Podstava od cerade

Kako bi vlaga u tlu s vremenom mogla istrunuti, izrezali smo list cerade prema veličini i obložili je na unutrašnju površinu sadilice. Povucite ga sa strane i na kraju ga držite na mjestu s malo ljepila. Nakon što smo završili, napunili smo zemlju koju smo dobili s lokalne farme. Ravnomjerno rasporedite tlo do vrha, a zatim umetnite tri reda cijevi za navodnjavanje kap po kap.

Na uglu blizu vodovodnih cijevi postavite elektroničku kutiju i ugradite senzor vlage u tlo. To olakšava ožičenje jer je elektromagnetni ventil blizu elektronike i može se lako povezati.

Korak 17: Sistem za navodnjavanje kap po kap

Odrežite tri komada kirurške cijevi koja se proteže duž dužine sadilice (oko 70 cm) i to će djelovati kao glavna linija kapanja za biljke. Stoga planirajte potreban razmak između biljaka i izbušite rupu od 1 mm i razmake. Testirajte da li voda lako kapa i povećajte rupe ako je potrebno. Pomoću tri čepa zatvorite krajeve pazeći da voda ne izlazi samo iz rupa za kapanje.

Lagano ugradite cijevi u tlo i spremni ste za zalijevanje biljaka!

Korak 18: Rezultati sadnje

Gornje slike su rezultati rada iot bašte mjesec dana. Biljke su zdrave i uspjeli smo uzgajati bilje poput nane i korijandera.

Eksperimentiranjem smo primijetili da auto-način štedi blizu 12% vode dnevno. Kako se biljke zalijevaju navodnjavanjem kap po kap, korijenje im raste ravno dajući više prostora za uzgoj više biljaka u sadilici. Jedini nedostatak koji smo primijetili bio je da većim biljkama treba veća dubina tla. Rečeno je da se zbog modularne konstrukcije lako može dodati dublja osnova njihovim zahtjevima.

Zaključno, ovaj sistem ne samo da čini vaš vrt efikasnijim, već osigurava i dobrobit vaših biljaka jer povratne informacije u stvarnom vremenu pružaju robustan način davanja prave količine vode i sunčeve svjetlosti. Nadamo se da je instrukcija bila korisna i da će vam pomoći da razvijete vlastiti mali vrt.

Sretno stvaranje!

Prva nagrada u IoT izazovu