IoT APIS V2 - autonoma IoT iespējota automatizēta augu apūdeņošanas sistēma: 17 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Šis projekts ir mana iepriekšējā pamācības attīstība: APIS - automatizēta augu apūdeņošanas sistēma

Es gandrīz gadu izmantoju APIS un vēlējos uzlabot iepriekšējo dizainu:

1. Spēja attālināti uzraudzīt augu. Tādā veidā šis projekts kļuva par IoT iespējotu.
2. Viegli nomainīt augsnes mitruma zondi. Man ir bijušas trīs dažādas mitruma zondes konstrukcijas, un neatkarīgi no tā, kādu materiālu es izmantoju, tas agrāk vai vēlāk sabojājās. Tātad jaunajam dizainam vajadzēja kalpot pēc iespējas ilgāk un ātri un viegli nomainīt.
3. Ūdens līmenis spainī. Es gribēju, lai varētu pateikt, cik daudz ūdens vēl ir pieejams spainī, un pārtraukt laistīšanu, kad spainis ir tukšs.
4. Labāks izskats. Pelēka projekta kaste bija labs sākums, bet es gribēju izveidot kaut ko, kas izskatītos mazliet labāk. Jūs būsiet tiesnesis, ja es spēšu sasniegt šo mērķi …
5. Autonomija. Es vēlējos, lai jaunā sistēma būtu autonoma attiecībā uz jaudu un/vai interneta pieejamību.

Iegūtais projekts ir ne mazāk konfigurējams nekā tā priekšgājējs, un tam ir papildu noderīgas funkcijas.

Es arī vēlējos izmantot savu nesen iegūto 3D printeri, tāpēc dažas detaļas būs jāizdrukā.

1. darbība. Aparatūra

Lai izveidotu IoT APIS v2, jums būs nepieciešami šādi komponenti:

1. NodeMcu Lua ESP8266 ESP -12E WIFI attīstības padome - vietnē banggood.com
2. SODIAL (R) 3 kontaktu ultraskaņas sensora attāluma mērīšanas modulis, divu pārveidotāju, trīs kontaktu uz kuģa-vietnē amazon.com
3. DC 3V -6V 5V mazs iegremdējams ūdens sūknis akvārija zivju tvertnes sūknis - vietnē ebay.com
4. Trīs krāsu LED - vietnē amazon.com
5. Vero dēlis - vietnē amazon.com
6. PN2222 tranzistors - vietnē amazon.com
7. Plastmasas skrūves, skrūves un uzgriežņi
8. Lodēšanas iekārtas un piederumi
9. Vadi, rezistori, galvenes un citi dažādi elektroniskie komponenti
10. Tukša Tropicana OJ 2.78 QT burka
11. 2 cinkotas naglas

2. solis: vispārējais dizains

Kopējais dizains sastāv no šādiem komponentiem: 1. Augsnes mitruma zonde un augu laistīšanas kamera (kombinēta - 3D drukāta) 2. Caurules un elektroinstalācija 3. Paplātes ūdens noplūdes sensors (3D drukāts) 4. Vadības modulis, kas uzstādīts OJ burkas augšpusē (ievietots un pievienots 3D drukātajā korpusā) 5. Iegremdēts ūdens sūknis6. NodeMCU skice7. IoT konfigurācija 8. Barošanas avots: USB caur strāvas kontaktligzdu -VAI - saules panelis (autonomais režīms) Apspriedīsim katru komponentu atsevišķi

3. solis: iegremdēts ūdens sūknis

Iegremdēts ūdens sūknis atrodas zem OJ burkas roktura (lai izvairītos no traucējumiem ūdens līmeņa mērīšanā). Sūknis ir novietots tā, lai tas "lidinās" apmēram 2-3 mm virs burkas dibena, lai nodrošinātu brīvu ūdens plūsmu ieplūdes atverē.

Tā kā normālai darbībai sūknim jābūt pilnībā iegremdētam, minimālajam ūdens līmenim burkā jābūt aptuveni 3 cm (apmēram 1 collai).

4. darbība. Vadības modulis, kas uzstādīts uz OV burkas

Es izvēlējos standarta lielu Tropicana OJ burku par ūdens trauku. Tie ir plaši pieejami un standarta.

Vadības modulis tiek novietots burkas augšpusē pēc sākotnējā krāna noņemšanas.

Platforma, uz kuras atrodas vadības modulis, ir drukāta 3d. STL fails ir sniegts šīs instrukcijas failu un skiču sadaļās.

Sūknis, caurules un vadi tiek izvadīti caur Tropicana burkas rokturi, lai atbrīvotu vietu ūdens līmeņa mērīšanai.

Ūdens līmeni mēra ar ultraskaņas attāluma sensoru, kas integrēts vadības moduļa platformā. Ūdens līmeni nosaka, jo atšķirība ir tukšas burkas attāluma mērīšana, un burka ir piepildīta ar ūdeni līdz noteiktam līmenim.

Vadības modulis un ASV sensors ir pārklāti ar 3D drukātu "kupolu". Kupola STL fails ir sniegts šīs instrukcijas sadaļā Faili un skices.

5. solis: vadības modulis - shēmas

Vadības moduļa shēmas (ieskaitot sastāvdaļu sarakstu) un maizes dēļa dizaina faili ir sniegti šīs instrukcijas sadaļā Faili un skices.

PIEZĪME. Darbs ar NodeMCU izrādījās izaicinošs uzdevums, ņemot vērā pieejamās GPIO tapas. Gandrīz visi GPIO apkalpo vairākas funkcijas, kas padara tos vai nu nepieejamus lietošanai, vai arī tos nav iespējams izmantot dziļā miega režīmā (īpašo funkciju dēļ, kas tiek atskaņoti sāknēšanas procesā). Galu galā man izdevās atrast līdzsvaru starp GPIO izmantošanu un manām prasībām, taču bija vajadzīgas dažas nomāktas iterācijas.

Piemēram, vairāki GPIO dziļā miega laikā paliek "karsti". LED pieslēgšana tiem, kas dziļā miega laikā zaudēja enerģijas patēriņa samazināšanas mērķi.

6. darbība: paplātes ūdens noplūdes sensors

Ja jūsu poda apakšā ir pārplūdes caurums, pastāv risks, ka ūdens pārplūdīs apakšējā paplātē un izlīs uz grīdas (plaukts vai jebkurš jūsu augs).

Es pamanīju, ka augsnes mitruma mērīšanu lielā mērā ietekmē zondes stāvoklis, augsnes blīvums, attālums no laistīšanas atveres utt. Citiem vārdiem sakot, tikai augsnes mitruma dēļ jūsu mājas var tikt bojātas, ja ūdens pārplūst no apakšējās paplātes un izlijis.

Pārplūdes sensors ir starplikas starp katlu un apakšējo paplāti, ar diviem vadiem, kas ietīti ap stieņiem. Kad ūdens piepilda paplāti, abi vadi tiek savienoti, tādējādi signalizējot mikrokontrolleru, ka apakšējā teknē ir ūdens.

Galu galā ūdens iztvaiko, un vadi tiek atvienoti.

Apakšējā paplāte ir izdrukāta 3D formātā. STL fails ir pieejams šīs instrukcijas sadaļā Faili un skices.

7. solis: augsnes mitruma zonde un laistīšanas korpuss

Es izveidoju sešstūra 3D drukātu korpusu, kas būtu kombinēts augsnes mitruma zonde un laistīšanas kamera.

Šīs instrukcijas sadaļā Faili un skices ir pieejams 3D drukas fails (STL).

Korpuss sastāv no divām daļām, kuras jāsalīmē kopā. Modificēts dzeloņstieņa stiprinājums ir pielīmēts korpusa sānos, lai piestiprinātu caurules.

Cinkoto naglu novietošanai ir paredzēti divi 4,5 mm caurumi, kas kalpo kā augsnes mitruma zondes. Savienojamība ar mikrokontrolleru tiek panākta, izmantojot metāla starplikas, kas īpaši izvēlētas, lai tās atbilstu nagiem.

3D dizains tiek veikts, izmantojot vietni www.tinkercad.com, kas ir lielisks un viegli lietojams, taču spēcīgs 3D dizaina rīks.

PIEZĪME: Jūs varētu jautāt, kāpēc es vienkārši neizmantoju vienu no iepriekš sagatavotajām augsnes zondēm? Atbilde ir: folija uz tiem izšķīst dažu nedēļu laikā. Patiesībā, pat ar ierobežotu laiku naglas ir zem sprieguma, tās joprojām sabojājas un ir jāmaina vismaz reizi gadā. Iepriekš minētais dizains ļauj nomainīt nagus dažu sekunžu laikā.

8. solis: Caurules un elektroinstalācija

Ūdens tiek piegādāts plānam, izmantojot īpaši mīkstu lateksa gumijas daļēji caurspīdīgu cauruli (ar 1/4 collu iekšējo diametru un 5/16 collu ārējo diametru).

Sūkņa izplūdei ir vajadzīgas lielākas caurules un adapteris: pret ķīmiski izturīgs polipropilēna dzeloņstieņa stiprinājums, taisns samazinājums 1/4 "x 1/8" caurules ID.

Visbeidzot, ķīmiski izturīgs polipropilēna dzeloņstiepnis, taisns 1/8 caurules ID, kalpo kā savienotājs laistīšanas korpusam.

9. solis: NodeMCU skice

NodeMCU skice īsteno vairākas IoT APIS v2 funkcijas:

1. Izveido savienojumu ar esošo WiFi tīklu - VAI - darbojas kā WiFi piekļuves punkts (atkarībā no konfigurācijas)
2. Vaicā NTP serverus, lai iegūtu vietējo laiku
3. Ievieš tīmekļa serveri augu uzraudzībai, kā arī laistīšanas un tīkla parametru pielāgošanai
4. Izmēra augsnes mitrumu, ūdens noplūdi apakšējā teknē, ūdens līmeni burkā un nodrošina vizuālu norādi, izmantojot 3 krāsu LED
5. Īsteno tiešsaistes un enerģijas taupīšanas režīmus
6. Iekšējā zibatmiņā saglabā informāciju par katru laistīšanas reizi lokāli

10. solis: NodeMCU skice - WiFi

Pēc noklusējuma IoT APIS v2 izveidos vietējo WiFi piekļuves punktu ar nosaukumu "Plant_XXXXXX", kur XXXXXX ir ESP8266 mikroshēmas sērijas numurs uz NodeMCU.

Jūs varat piekļūt iebūvētajam tīmekļa serverim, izmantojot URL: https://plant.io iekšējais DNS serveris savienos jūsu ierīci ar APIS statusa lapu.

Statusa lapā varat pāriet uz laistīšanas parametru lapu un tīkla parametru lapu, kur varat likt IoT APIS v2 izveidot savienojumu ar jūsu WiFi tīklu un sākt ziņot par statusu mākonim.

IoT APIS atbalsta tiešsaistes un enerģijas taupīšanas darbības režīmus:

1. Tiešsaistes režīmā IoT APIS visu laiku uztur WiFi savienojumu, lai jūs jebkurā laikā varētu pārbaudīt sava auga statusu
2. Enerģijas taupīšanas režīmā IoT APIS periodiski pārbauda augsnes mitrumu un ūdens līmeni, starplaikā ievietojot ierīci “dziļā miega” režīmā, tādējādi ievērojami samazinot tās enerģijas patēriņu. Tomēr ierīce nav pieejama tiešsaistē visu laiku, un parametrus varēja mainīt tikai laikā, kad ierīce ieslēdzas (pašlaik ik pēc 30 minūtēm, saskaņota ar stundas/pusstundas reāllaika pulksteni). Ierīce paliks tiešsaistē 1 minūti ik pēc 30 minūtēm, lai ļautu mainīt konfigurāciju, un pēc tam ieslēgsies dziļā miega režīmā. Ja lietotājs izveido savienojumu ar ierīci, katra savienojuma darbības laiks tiek pagarināts līdz 3 minūtēm.

Kad ierīce ir savienota ar vietējo WiFi tīklu, tās IP adrese tiek ziņota IoT mākoņa serverim un redzama mobilajā uzraudzības ierīcē.

11. solis: NodeMCU skice - NTP

IoT APIS v2 izmanto NTP protokolu, lai iegūtu vietējo laiku no NIST laika serveriem. Lai noteiktu, vai ierīcei jāpāriet nakts režīmā, tiek izmantots pareizais laiks, t.i., izvairieties no sūkņa darbības vai mirgojošas gaismas diodes.

Nakts laiks ir konfigurējams darbdienām un nedēļas nogales rītiem atsevišķi.

12. solis: NodeMCU skice - vietējais tīmekļa serveris

IoT APIS v2 ievieš vietējo tīmekļa serveri, lai ziņotu par statusu un mainītu konfigurāciju. Mājas lapa sniedz informāciju par pašreizējo mitrumu un ūdens līmeni, pārplūdes ūdens klātbūtni apakšējā teknē un jaunākā laistīšanas statistiku. Tīkla konfigurācijas lapa (pieejama izmantojot tīkla konfigurēšanas pogu) nodrošina iespēju izveidot savienojumu ar vietējo WiFi tīklu un pārslēgties starp tiešsaistes un enerģijas taupīšanas režīmiem. (Tīkla konfigurācijas izmaiņas izraisīs ierīces atiestatīšanu) Laistīšanas konfigurācijas lapa (pieejama, izmantojot ūdens konfigurēšanas pogu) nodrošina iespēju mainīt laistīšanas parametrus (augsnes mitrumu, lai sāktu/pārtrauktu laistīšanu, laistīšanas ilgumu un piesātinājuma pauzi starp darbībām, skrējienu skaitu) utt.) Tīmekļa servera HTML faili atrodas IoT APIS Arduino IDE skices datu mapē. Tie jāaugšupielādē NodeMCU zibatmiņā kā SPIFF failu sistēma, izmantojot rīku "ESP8266 Sketch Data Upload", kas atrodas šeit.

13. darbība: NodeMCU skice - vietējais laistīšanas žurnāls un piekļuve iekšējai failu sistēmai

Ja tīkla savienojums nav pieejams, IoT APIS v2 sistēma reģistrē visas laistīšanas darbības lokāli.

Lai piekļūtu žurnālam, izveidojiet savienojumu ar ierīci un dodieties uz lapu "/rediģēt", pēc tam lejupielādējiet failu watering.log. Šis fails satur visu laistīšanas gaitu vēsturi kopš mežizstrādes uzsākšanas.

Šim solim ir pievienots šāda žurnāla faila piemērs (formātā atdalīts ar cilnēm).

PIEZĪME. Lejupielādes lapa nav pieejama, ja darbojas IoT APIS v2 piekļuves punkta režīms (atkarības dēļ no tiešsaistes Java Script bibliotēkas).

14. solis: NodeMCU skice - augsnes mitrums, apakšas teknes ūdens noplūde, ūdens līmenis, 3 krāsu gaismas diodes

Augsnes mitruma mērīšana notiek pēc tāda paša principa kā sākotnējā APIS. Sīkāku informāciju skatiet šajā pamācībā.

Ūdens paplātes noplūdes tiek konstatētas, īslaicīgi pievadot spriegumu vadiem, kas atrodas zem katla, izmantojot iekšējos PULLUP rezistorus. Ja PIN kods ir LOW, tad teknē ir ūdens. HIGH PIN stāvoklis norāda, ka ķēde ir "salauzta", tāpēc apakšējā teknē nav ūdens.

Ūdens līmeni nosaka, izmērot attālumu no trauka augšdaļas līdz ūdens virsmai un salīdzinot to ar attālumu līdz tukšas burkas apakšai. Lūdzu, ņemiet vērā 3 kontaktu sensora izmantošanu! Tie ir dārgāki nekā četru kontaktu sensori HC-SR04. Diemžēl man beidzās GPIO NodeMCU un nācās pārgriezt katru vadu, lai es varētu izstrādāt tikai vienu NodeMCU bez papildu shēmām.

3 krāsu gaismas diodes tiek izmantotas, lai vizuāli norādītu APIS stāvokli:

1. Vidēji mirgojošs ZAĻS - savienojums ar WiFi tīklu
2. Ātri mirgojošs ZAĻS - vaicājošs NTP serveris
3. Īsi cieta ZAĻA - izveidots savienojums ar WiFi un veiksmīgi iegūts pašreizējais laiks no NTP
4. Īss ciets BALTS - tīkla inicializēšana ir pabeigta
5. Ātri mirgo BALTS - tiek aktivizēts piekļuves punkta režīms
6. Ātri mirgo ZILA - laistīšana
7. Vidēji mirgo ZILA - piesātina
8. Īsi ciets dzintars, kam seko īsi ciets RED - nevar iegūt laiku no NTP
9. Īsumā ciets BALTS piekļuves laikā iekšējam tīmekļa serverim

LED nedarbojas "nakts" režīmā. NIght režīmu varēja droši noteikt tikai tad, ja ierīce vismaz vienu reizi varēja iegūt vietējo laiku no NTP serveriem (vietējais reālā laika pulkstenis tiks izmantots, līdz tiks izveidots nākamais savienojums ar NTP)

LED funkcijas piemērs ir pieejams vietnē YouTube šeit.

15. solis: Saules enerģija, Power Bank un autonomā darbība

Viena no IoT APIS v2 idejām bija spēja darboties autonomi.

Pašreizējā konstrukcijā tiek izmantots saules enerģijas panelis un pagaidu 3600 mAh jaudas banka.

1. Saules panelis ir pieejams vietnē amazon.com
2. Power bank ir pieejama arī vietnē amazon.com

Saules panelī ir iebūvēts arī 2600 mAh akumulators, taču tas nespēja uzturēt 24 stundu APIS darbību pat enerģijas taupīšanas režīmā (man ir aizdomas, ka akumulators netiek galā ar vienlaicīgu uzlādi un izlādi). Šķiet, ka divu bateriju kombinācija nodrošina pietiekamu jaudu un ļauj atkārtoti uzlādēt abas baterijas dienas laikā. Saules panelis uzlādē barošanas banku, bet barošanas bloks - APIS ierīci.

Lūdzu, ņemiet vērā:

Šīs sastāvdaļas nav obligātas. Jūs varat vienkārši barot ierīci ar jebkuru USB adapteri, kas nodrošina 1A strāvu.

16. darbība: IoT integrācija - Blynk

Viens no jaunā dizaina mērķiem bija iespēja attālināti uzraudzīt augsnes mitrumu, ūdens līmeni un citus parametrus.

Es izvēlējos Blynk (www.blynk.io) kā IoT platformu, pateicoties tās lietošanas ērtumam un pievilcīgajam vizuālajam dizainam.

Tā kā mana skice ir balstīta uz TaskScheduler kooperatīvā daudzuzdevumu bibliotēku, es negribēju izmantot Blynk ierīču bibliotēkas (tās nav iespējotas TaskScheduler). Tā vietā es izmantoju Blynk HTTP RESTful API (pieejama šeit).

Lietotnes konfigurēšana ir pēc iespējas intuitīvāka. Lūdzu, sekojiet pievienotajiem ekrānuzņēmumiem.

17. darbība. Skices un faili

IoT APIS v2 skice atrodas šeit: github: Sketch

Šeit atrodas dažas skices izmantotās bibliotēkas:

1. TaskScheduler - kooperatīva daudzuzdevumu bibliotēka Arduino un esp8266
2. AvgFilter - vesela skaitļa vidējā filtra ieviešana sensoru datu izlīdzināšanai
3. RTCLib - aparatūras un programmatūras reāllaika pulksteņa ieviešana (es modificēju)
4. Laiks - laika bibliotēkas izmaiņas
5. Laika josla - bibliotēka, kas atbalsta laika joslu aprēķinus

PIEZĪME:

Datu lapas, tapas dokumentācija un 3D faili atrodas galvenās skices apakšmapē "faili".

Iebūvētā tīmekļa servera HTML faili jāaugšupielādē NODE MCU zibatmiņā, izmantojot arduino-esp8266fs-spraudni (kas izveido failu sistēmas failu no galvenās skiču mapes apakšdatnes "dati" un augšupielādē to zibatmiņā)

Otrā vieta iekštelpu dārzkopības konkursā 2016