Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Viens no šī projekta galvenajiem mērķiem bija nodrošināt dārza labsajūtu, izmantojot lietu interneta (IoT) spēku. Pateicoties pašreizējo rīku un programmatūras daudzpusībai, mūsu stādītājs ir integrēts ar sensoriem, kas uzrauga augu stāvokli reāllaikā. Mēs izveidojām viedtālruņa lietotni, kas ļauj piekļūt datiem un vajadzības gadījumā veikt nepieciešamās darbības.

Mūsu stādītāja dizains ir mērogojams, lēts un viegli uzbūvējams, padarot to par lielisku iespēju pievienot apstādījumus savai terasei vai pagalmā. Gudrais dārzs ir izrādījies efektīvāks ūdens patēriņā un atvieglo apkopi un uzraudzību.

Turpiniet, lai uzzinātu, kā izveidot savu datu bāzi un lietotni, izveidojot dārzu, kuru var uzraudzīt, noklikšķinot uz pogas!

1. darbība: IOT sistēmas pārskats

Iot sistēma darbojas, izmantojot šādus procesus. Aveņu Pi izmanto, lai no dažādiem sensoriem mākoņu datu bāzē nodotu noderīgu informāciju par dārzu, piemēram, spožumu, mitrumu un mitruma saturu augsnē. Kad informācija atrodas mākonī, tai var piekļūt no jebkuras vietas, izmantojot mūsu izveidoto viedtālruņa lietotni. Arī šis process ir atgriezenisks, lietotājs var nosūtīt norādījumus, piemēram, ūdens sūkņa stāvokli, atpakaļ uz dārzu, kas izpildīs nepieciešamās komandas.

Šeit ir dažas no mūsu dārza galvenajām iezīmēm:

Reāllaika atsauksmes par dažādiem dārza sensoriem

Dārza veselības stāvokļa datu bāze

Globālās uzraudzības un darbības spējas

Pilienveida apūdeņošanas sistēma

Lietotņu kontrolēta ūdens sistēma

Automātiski laistīšanas grafiki

Mēs nolēmām izmantot Google Firebase kā mūsu IOT sistēmas starpnieku, lai izveidotu savu bezmaksas mākoņa datu bāzi. Pēc tam mēs izmantojām MIT lietotņu izgudrotāju, lai izveidotu viedtālruņa lietojumprogrammu, kas ir saderīga ar Firebase datu bāzi un Raspberry Pi. Tas var arī sazināties ar datu bāzi, izmantojot bezmaksas Python bibliotēku.

2. darbība. Nepieciešamie materiāli:

Iot stādītāja izgatavošanai nepieciešamos materiālus var viegli atrast vietējos vai tiešsaistes veikalos. Šis saraksts ir visu nepieciešamo detaļu apraksts.

Aparatūra:

1 "priedes koka dēlis - izmēri; 300 cm x 10 cm (tā kā koks būs āra, mēs iesakām apstrādātu koku)

1/4 collu saplāksnis - izmēri; 120x80 cm

Brezenta loksne - izmēri; 180 cm x 275 cm

PVC caurule - izmēri; garums 30 cm, diametrs 2 cm

Ķirurģiskā caurule - izmēri; 250 cm

Elkoņa locītava x 2

Koka skrūve x 30

ELEKTRONIKA:

Rasberry Pi3 B modelis

Grove Pi + sensora vairogs

12V solenoīda vārsts

Mitruma un temperatūras sensors (dht11)

Mitruma sensors

Spilgtuma sensors

Releju modulis

12V barošanas avots

Šī projekta kopējās izmaksas ir aptuveni 50 USD

3. darbība: 3D drukātās detaļas

Dažādas sastāvdaļas, kas bija jāpielāgo šim projektam, tika izgatavotas, izmantojot 3D drukāšanu. Šajā sarakstā ir pilns detaļu saraksts un to drukāšanas specifikācijas. Visi STL faili ir pieejami iepriekš pievienotajā mapē, ļaujot nepieciešamības gadījumā veikt nepieciešamās izmaiņas.

Cauruļu savienojums x 1, uzpilde 30%

Sprauslas adapteris x 3, uzpilde 30%

Caurules aizbāznis x 3, 10% piepildījums

Āķis x 2, 30% pildījums

Sensora stiprinājums x 1, uzpilde 20%

Vārsta adapteris x 1, uzpilde 20%

Elektroinstalācijas vāks x 1, 20% uzpilde

Mēs izmantojām mūsu Creality Ender 3, lai drukātu detaļas, un 12 detaļas aizņēma apmēram 8 stundas.

4. solis: plāni

Viens no tiem neaprobežojas ar izmēriem, kurus izvēlējāmies stādītāja ražošanai, bet iepriekš ir pievienota visa informācija, kas nepieciešama projekta veikšanai. Turpmākajās darbībās var atsaukties uz šiem attēliem, lai zāģētu koku.

5. solis: sānu veidošana

Lai turētu augus, mēs nolēmām no koka izgatavot stādītāju struktūru. Mūsu kastes iekšējie izmēri ir 70 x 50 cm un augstums 10 cm. Sānu būvēšanai izmantojām priedes koka dēļus.

Izmantojot ripzāģi, mēs sagriež četrus gabalus garumā (izmēri pievienoti iepriekš). Mēs urbām izmēģinājuma caurumus atzīmētajās vietās un nogremdējām caurumus tā, lai skrūvju galvas būtu vienā līmenī. Kad tas ir izdarīts, mēs ieskrējām 8 koka skrūves, vienlaikus pārliecinoties, ka malas ir kvadrātveida, kas nostiprina rāmi.

6. darbība: apakšējā paneļa uzstādīšana

Lai izgatavotu apakšējo paneli, mēs izgriezām taisnstūra formas 5 mm saplākšņa gabalu, kuru pēc tam pieskrūvējām pie sānu rāmja. Pārliecinieties, vai caurumi ir iegremdēti tā, lai skrūves būtu vienā līmenī ar pamatni. Nepieciešamos izmērus var atrast pielikumā.

7. solis: caurumi caurulēm

Mūsu stādītājs ir paredzēts trīs augu rindām. Tāpēc pilienveida apūdeņošanas sistēmai vienā pusē ir jāuztur caurules ūdens ievadīšanai.

Sāciet, izmērot savienotāju diametrus un izvelciet tos vienādā attālumā rāmja īsākajā pusē. Tā kā mums nebija forstnera uzgaļa, mēs izurbām 10 mm caurumu un pēc tam paplašinājām to ar finierzāģi. Lai izlīdzinātu raupjās malas, varat izmantot Dremel, līdz savienotāji ir piemēroti.

8. solis: ūdensvadu pievienošana

Lai savienotu savienojumus, vienkārši nogrieziet divus 12 cm garus PVC caurules gabalus. Uzstādiet komplektu sausā veidā, lai pārbaudītu, vai viss ir cieši pieguļošs.

Pēc tam iespiediet 3D drukāto savienojumu centrālajā caurumā un divus PVC elkoņa savienotājus pretējos galos, līdz tie ir vienā līmenī. Pievienojiet paneli atpakaļ rāmim un aizveriet savienotājus no iekšpuses ar 3D drukātajiem adapteriem. Visi savienojumi ir piemēroti berzei, un tiem jābūt ūdensnecaurlaidīgiem, ja nē, savienojumus var noslēgt ar karstu līmi vai teflona lenti

9. solis: solenoīda vārsts

Lai kontrolētu ūdens plūsmu pilienveida apūdeņošanas sistēmā, mēs izmantojām solenoīda vārstu. Vārsts darbojas kā vārti, kas atveras, nosūtot elektrisko signālu, padarot to automātiski vadāmu. Lai to iekļautu, mēs pievienojām vienu galu ūdens avotam, bet otru - stādītāja ūdens padeves caurulei, izmantojot starpnieku adapteri. Ir svarīgi savienot vārstu pareizajā orientācijā, kas parasti tiek atzīmēts kā "IN" ūdens ievadīšanai (krāns) un "OUT" ūdens izvadīšanai (stādītājs).

10. solis: Elektronikas vadu savienošana

Zemāk ir tabula ar dažādiem moduļiem un sensoriem ar attiecīgajiem portiem grovepi+ vairogā.

• Temperatūras un mitruma sensors ==> ports D4
• Releja modulis ==> ports D3
• Mitruma sensors ==> ports A1
• Gaismas sensors ==> ports A0

Kā atsauci izmantojiet iepriekš pievienoto elektroinstalācijas shēmu.

11. darbība: sensora nodalījums

Mēs izveidojām nodalījuma kasti, kurā atradās visa elektronika ar saplākšņa atlikumu. Mēs sagriezām koksni atbilstoši elektronikas izkārtojumam un salīmējām gabalus kopā. Kad līme bija izžuvusi, mēs uzstādījām barošanas bloku un Raspberry Pi nodalījuma kastē, barojot sensoru vadus caur spraugu. Lai nosegtu spraugas, mēs iespiedām drukātus vākus, lai aiztaisītu visas spraugas.

Sensora stiprinājumam ir caurumi, lai piestiprinātu tapas, uz kurām jūs varat uzstādīt sensorus. Pievienojiet spožuma un mitruma sensoru augšpusē un mitruma sensoru regulējamajā slotā. Lai nodalījuma kaste būtu viegli noņemama, mēs ieskrūvējām 3D drukātus āķus un sensora stiprinājumu, kas ļāva kārbai piestiprināties pie galvenās konstrukcijas. Tādā veidā elektronisko un iot sistēmas bloku var viegli integrēt jebkurā stādītājā.

12. darbība. Datu bāzes izveide

Pirmais solis ir izveidot datubāzi sistēmai. Noklikšķiniet uz šīs saites (Google firebase), kas jūs novirzīs uz Firebase vietni (jums būs jāpiesakās, izmantojot savu Google kontu). Noklikšķiniet uz pogas Sākt darbu, kas jūs aizvedīs uz Firebase konsoli. Pēc tam izveidojiet jaunu projektu, noklikšķinot uz pogas "Pievienot projektu", aizpildiet prasības (nosaukums, informācija utt.) Un pabeidziet, noklikšķinot uz pogas "Izveidot projektu".

Mums ir nepieciešami tikai Firebase datu bāzes rīki, tāpēc kreisās puses izvēlnē atlasiet “datu bāze”. Pēc tam noklikšķiniet uz pogas "Izveidot datu bāzi", atlasiet opciju "testa režīms" un noklikšķiniet uz "iespējot". Pēc tam iestatiet datu bāzi uz “reāllaika datu bāzi”, nevis “mākoņa ugunsdzēsēju veikalu”, noklikšķinot uz nolaižamās izvēlnes augšpusē. Atlasiet cilni "noteikumi" un nomainiet abus "nepatiesos" uz "patiesi", visbeidzot noklikšķiniet uz cilnes "dati" un nokopējiet datu bāzes URL, tas būs vajadzīgs vēlāk.

Pēdējā lieta, kas jums jādara, ir noklikšķināt uz zobrata ikonas blakus projekta pārskatam, pēc tam uz "projekta iestatījumi", pēc tam atlasīt cilni "pakalpojumu konti", visbeidzot noklikšķināt uz "Datu bāzes noslēpumi" un pierakstīt drošības kodu no jūsu datu bāzes. Kad esat pabeidzis šo darbību, esat veiksmīgi izveidojis savu mākoņa datu bāzi, kurai var piekļūt no viedtālruņa un no Raspberry Pi. (Ja rodas šaubas, izmantojiet iepriekš pievienotos attēlus vai vienkārši ievietojiet jautājumu vai komentāru komentāru sadaļā)

13. darbība. Lietotnes iestatīšana

Nākamā IoT sistēmas daļa ir viedtālruņa lietojumprogramma. Mēs nolēmām izmantot MIT App Inventor, lai izveidotu savu pielāgoto lietotni. Lai izmantotu mūsu izveidoto lietotni, vispirms atveriet šo saiti (MIT App Inventor), kas novirzīs jūs uz viņu tīmekļa vietni. Pēc tam ekrāna augšdaļā noklikšķiniet uz “izveidot lietotnes” un piesakieties, izmantojot savu Google kontu.

Lejupielādējiet tālāk norādīto saiti.aia. Atveriet cilni "projekti" un noklikšķiniet uz "Importēt projektu (.aia) no mana datora", pēc tam atlasiet tikko lejupielādēto failu un noklikšķiniet uz "Labi". Komponentu logā ritiniet visu uz leju, līdz redzat “FirebaseDB1”, noklikšķiniet uz tā un mainiet “FirebaseToken”, “FirebaseURL” uz vērtībām, kuras bijāt pierakstījis iepriekšējā solī.

Kad šīs darbības ir pabeigtas, esat gatavs lejupielādēt un instalēt lietotni. Jūs varat lejupielādēt lietotni tieši savā tālrunī, noklikšķinot uz cilnes Veidot un noklikšķinot uz Lietotne (norādiet.apk QR kodu), pēc tam ar viedtālruni skenējot QR kodu vai noklikšķinot uz Lietotne (saglabāt.apk manā datorā) jūs lejupielādēsit apk failu savā datorā, kas jāpārvieto uz viedtālruni, lai pēc tam instalētu.

14. darbība: Raspberry Pi programmēšana

Raspberry Pi ir jāatspoguļo ar jaunāko Raspbian (Raspbian) versiju. Ja plānojat izmantot vairogu GrovePi+, kā mēs to darījām, zibspuldzējiet savu Raspberry Pi ar jaunāko versiju “Raspbian for Robots” (Raspbian for Robots). Kad esat iemirdzējis Raspberry Pi, jums būs jāinstalē papildu python bibliotēka. Atveriet termināli un ielīmējiet šādas komandas:

1. sudo pip instalēšanas pieprasījumi == 1.1.0
2. sudo pip instalējiet python-firebase

Kad tas ir izdarīts, lejupielādējiet tālāk pievienoto failu un saglabājiet to savā Raspberry Pi direktorijā. Atveriet failu un ritiniet uz leju līdz 32. rindai. Šajā rindā aizstājiet daļu, kurā teikts "ielīmējiet savu URL šeit", ar iepriekš norādīto datubāzes URL, un noteikti ielīmējiet URL starp ''. Tas ir paveikts, atveriet termināli un palaidiet python skriptu, izmantojot komandu "python".

15. darbība: lietotnes izmantošana

Mūsu lietotnes saskarne ir diezgan pašsaprotama. Četros augšējos lodziņos reāllaikā tiek parādītas spožuma, temperatūras, mitruma un augsnes mitruma satura vērtības procentos. Šīs vērtības var atjaunināt, noklikšķinot uz pogas "iegūt vērtības", kas uzdod Raspberry Pi atjaunināt mākoņa datu bāzi, kam seko poga "atsvaidzināt", kas atsvaidzina ekrānu, tiklīdz datubāze ir atjaunināta.

Ekrāna apakšējā daļa ir paredzēta pilienveida apūdeņošanas sistēmai. Poga "ieslēgts" ieslēdz ūdens sūkni, bet poga "izslēgta" izslēdz to. Poga "auto" izmanto dažādas sensoru vērtības, lai aprēķinātu precīzu ūdens daudzumu, kas nepieciešams ikdienā, un laista augus divas reizes dienā pulksten 8:00 un 16:00.

16. solis: Tents Liner

Tā kā augsnes mitrums laika gaitā var sabojāt koksni, mēs sagriežam brezenta loksni pēc izmēra un izklājam to uz stādītāja iekšējās virsmas. Noteikti velciet to pāri sāniem un pēc tam beidzot turiet to vietā ar kādu līmi. Kad tas ir izdarīts, mēs iepildījām augsni, ko ieguvām no vietējās saimniecības. Vienmērīgi izklājiet augsni līdz augšai un pēc tam iegremdējiet trīs pilienveida apūdeņošanas cauruļu rindas.

Uz stūra pie ūdens caurulēm ievietojiet elektronisko kārbu un ievietojiet mitruma sensoru augsnē. Tas atvieglo elektroinstalācijas darbu, jo solenoīda vārsts atrodas elektronikas tuvumā un to var viegli savienot.

17. solis: pilienu apūdeņošanas sistēma

Izgrieziet trīs ķirurģiskās caurules gabalus, kas stiepjas gar stādītāja garumu (aptuveni 70 cm), un tas darbosies kā galvenā augu pilēšanas līnija. Tāpēc plānojiet nepieciešamo attālumu starp augiem un izurbiet 1 mm caurumu un intervālus. Pārbaudiet, vai ūdens viegli pil, un vajadzības gadījumā palieliniet caurumus. Izmantojiet trīs aizbāžņus, lai aizvērtu galus, pārliecinoties, ka ūdens nedrīkst izplūst tikai no pilienu atverēm.

Nedaudz iegremdējiet caurules augsnē un esat gatavs laistīt augus!

18. darbība: stādīšanas rezultāti

Iepriekš redzamie attēli ir rezultāti par iot dārzu, kas strādāja mēnesi. Augi ir veseli, un mums izdevās izaudzēt garšaugus, piemēram, piparmētru un koriandru.

Eksperimentējot, mēs esam pamanījuši, ka automātiskais režīms ietaupa gandrīz 12% ūdens dienā. Laistot augus ar pilienveida apūdeņošanu, to saknes aug taisni, dodot vairāk vietas, lai stādītājā audzētu vairāk augu. Vienīgais trūkums, ko mēs novērojām, bija tas, ka lielākiem augiem ir nepieciešams lielāks augsnes dziļums. Tas nozīmē, ka modulārās konstrukcijas dēļ viņu prasībām var viegli pievienot dziļāku bāzi.

Visbeidzot, šī sistēma ne tikai padara jūsu dārzu efektīvāku, bet arī nodrošina jūsu augu labklājību, jo reāllaika datu atgriezeniskā saite nodrošina stabilu metodi, kā nodrošināt pareizu ūdens un saules gaismas daudzumu. Mēs ceram, ka pamācība bija noderīga un ka tā palīdzēs jums audzēt savu dārzu.

Laimīgu veidošanu!

Pirmā balva IoT izaicinājumā