Inteligentná záhrada „SmartHorta“: 9 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Ahojte chlapci, tento návod predstaví projekt vysokej školy inteligentnej zeleninovej záhrady, ktorá poskytuje automatické zavlažovanie rastlín a dá sa ovládať mobilnou aplikáciou. Cieľom tohto projektu je slúžiť zákazníkom, ktorí chcú sadiť doma, ale nemajú čas na starostlivosť a zalievanie vo vhodnom čase každý deň. Hovorí sa nám „SmartHorta“, pretože horta v portugalčine znamená zeleninová záhrada.

Vývoj tohto projektu bol schválený v disciplíne Integračný projekt na Federálnej technologickej univerzite v Parane (UTFPR). Cieľom bolo spojiť niekoľko oblastí mechatroniky, ako sú mechanika, elektronika a riadiaca technika.

Moje osobné poďakovanie patrí profesorom z UTFPR Sérgio Stebel a Gilson Sato. A tiež mojim štyrom spolužiakom (Augusto, Felipe, Mikael a Rebeca), ktorí pomohli vybudovať tento projekt.

Výrobok má ochranu pred nepriaznivým počasím a ponúka ochranu pred škodcami, vetrom a silným dažďom. Je potrebné ho napájať vodnou nádržou cez hadicu. Navrhovaný dizajn je prototypom, ktorý vyhovuje trom závodom, ale môže sa rozšíriť na viac váz.

Boli v ňom použité tri výrobné technológie: laserové rezanie, CNC frézovanie a 3D tlač. V automatizačnej časti bolo ako regulátor použité Arduino. Na komunikáciu bol použitý bluetooth modul a prostredníctvom MIT App Inventor bola vytvorená aplikácia pre Android.

Všetci sme zvládli známku blízku 9,0 a sme s prácou veľmi spokojní. Je veľmi zábavné, že každému napadne zasadiť do tohto zariadenia burinu, neviem prečo.

Krok 1: Koncepčný dizajn a modelovanie komponentov

Pred montážou boli všetky komponenty navrhnuté a modelované v CAD pomocou SolidWorks, aby sa zabezpečilo, že všetko dokonale zapadne. Cieľom bolo tiež zmestiť celý projekt do kufra auta. Preto boli jeho rozmery definované ako 500 mm pri max. Pri výrobe týchto komponentov boli použité technológie laserového rezania, CNC frézovania a 3D tlače. Niektoré časti dreva a potrubí boli pílené.

Krok 2: Laserové rezanie

Laserový rez bol vyrobený na 1 mm hrubom pozinkovanom oceľovom plechu AISI 1020, 600 mm x 600 mm, a potom bol zložený do 100 mm chlopní. Základňa má funkciu uloženia nádob a hydraulickej časti. Ich otvory sa používajú na prechod nosných rúrok, káblov snímačov a solenoidov a na osadenie závesov dverí. Laserom bola vyrezaná aj doska v tvare písmena L, ktorá slúži na osadenie rúrok do strechy.

Krok 3: CNC fréza

Upevnenie servomotora bolo vyrobené pomocou CNC frézky. Dva kusy dreva boli opracované, potom zlepené a potiahnuté tmelom na drevo. Bol tiež opracovaný malý hliníkový plech, aby sa motor zmestil do drevenej podpery. Bola zvolená robustná konštrukcia, aby vydržala servo krútiaci moment. Preto je drevo také hrubé.

Krok 4: 3D tlač

V snahe správne zalievať rastliny a lepšie kontrolovať vlhkosť pôdy bola navrhnutá konštrukcia, ktorá smeruje vodu z prívodného potrubia na základni do postrekovača. Jeho použitím bol postrekovač umiestnený vždy tvárou k pôde (so sklonom 20 ° nadol) namiesto listov rastlín. Bol vytlačený na dve časti na priesvitnú žltú PLA a potom zostavený pomocou matíc a skrutiek.

Krok 5: Ručná píla

Drevená strešná konštrukcia, dvere a PVC rúrky boli rezané ručne v ručnej píle. Drevená strešná konštrukcia bola nabúraná, brúsená, vŕtaná a potom zostavená pomocou skrutiek do dreva.

Strecha je priesvitná sklolaminátová fólia eternitu a bola narezaná špecifickou gilotinou na rezanie vlákien, potom bola vyvŕtaná a do dreva pripevnená skrutkami.

Drevené dvere boli hacknuté, vybrúsené, vyvŕtané, zostavené pomocou skrutiek do dreva, potiahnuté drevenou hmotou a potom bola umiestnená moskytiéra so zošívačom, aby sa zabránilo poškodeniu rastlín silným dažďom alebo hmyzom.

Rúry z PVC boli jednoducho narezané do ručnej píly.

Krok 6: Hydraulické a mechanické komponenty a montáž

Po vyrobení strechy, základne, hlavy a dverí pristúpime k montáži konštrukčnej časti.

Najprv namontujte svorky potrubia na základňu a dosku L pomocou matice a skrutky, potom stačí do svoriek namontovať štyri rúrky z PVC. Potom musíte strechu priskrutkovať na plechy L. Potom už len zaskrutkujte dvere a kľučky pomocou matíc a skrutiek. Nakoniec musíte zostaviť hydraulickú časť.

Ale dávajte pozor, malo by nám ísť o utesnenie hydraulickej časti, aby nedošlo k úniku vody. Všetky spoje by mali byť hermeticky utesnené závitovým tmelom alebo PVC lepidlom.

Zakúpilo sa niekoľko mechanických a hydraulických komponentov. Nasledujúce komponenty sú uvedené nižšie:

- Súprava na zavlažovanie

- 2x držadlá

- 8x pánty

- 2x 1/2 PVC koleno

- 16 x 1/2 svorky na vedenie

- 3x koleno 90º 15 mm

- 1 m hadica

- 1x 1/2 modrý zvárateľný rukáv

- 1x 1/2 modré zvárateľné koleno

- 1x závitová vsuvka

- 3x plavidlo

- 20x skrutka do dreva 3,5x40mm

- 40x 5/32 skrutka a matica

- 1 m sieťka proti komárom

- PVC rúrka 1/2"

Krok 7: Elektrické a elektronické súčiastky a montáž

Pri montáži elektrických a elektronických dielov sa musíme starať o správne pripojenie vodičov. Ak dôjde k nesprávnemu spojeniu alebo skratu, môže dôjsť k strate drahých dielov, ktorých výmena vyžaduje určitý čas.

Aby bola montáž a prístup k Arduinu jednoduchšia, mali by sme vyrobiť štít s univerzálnou doskou, aby bolo jednoduchšie odstrániť a stiahnuť nový kód na Arduino Uno a tiež sa vyhnúť roztrúseniu mnohých káblov.

Pre elektromagnetický ventil musí byť pre reléový pohon vyrobená doska s optoizolovanou ochranou, aby sme sa ušetrili nebezpečenstva spálenia vstupov/výstupov Arduino a ďalších komponentov. Pri ovládaní elektromagnetického ventilu je potrebná opatrnosť: nemal by sa zapínať, ak nie je k dispozícii žiadny tlak vody (inak môže dôjsť k popáleniu).

Tri senzory vlhkosti sú nevyhnutné, ale pre redundanciu signálu môžete pridať ďalšie.

Zakúpilo sa niekoľko elektrických a elektronických komponentov. Nasledujúce komponenty sú uvedené nižšie:

- 1x Arduino Uno

- 6x snímač pôdnej vlhkosti

- 1 x 1/2 solenoidový ventil 127V

- 1x servomotor 15kg.cm

- 1x 5v 3A zdroj

- 1x 5v 1A zdroj

- 1x modul bluetooth HC-06

- 1x Hodiny v reálnom čase RTC DS1307

- 1x relé 5v 127v

- 1x sklopný optočlen 4n25

-1x tyristor bc547

- 1x dióda n4007

- 1x odpor 470 ohmov

- 1x odpor 10k ohmov

- 2x univerzálny tanier

- 1x rozvodka s 3 zásuvkami

- 2x zásuvka pre mužov

- 1x zásuvka p4

- 10m 2 -cestný kábel

- internetový kábel 2 m

Krok 8: C Programovanie s Arduino

Programovanie Arduino má v zásade vykonávať kontrolu pôdnej vlhkosti váz „n“. Na to potrebuje splniť požiadavky na ovládanie solenoidových ventilov, ako aj polohovanie servomotora a čítanie procesných premenných.

Môžete zmeniť množstvo plavidiel

#define QUANTIDADE 3 // Množstvo rastlín

Môžete zmeniť čas, kedy bude ventil otvorený

#define TEMPO_V 2000 // Tempo que a válvula ficará aberta

Môžete upraviť čakaciu dobu na zvlhčenie pôdy.

#define TEMPO 5000 // Tempo de esperar para o o solo umidecer.

Oneskorenie sluhu môžete zmeniť.

#define TEMPO_S 30 // Oneskorenie servo.

Pre každý snímač pôdnej vlhkosti existuje iný rozsah napätia pre suchú a úplne vlhkú pôdu, preto by ste mali túto hodnotu otestovať tu.

umidade [0] = mapa (umidade [0], 0, 1023, 100, 0);

Krok 9: Mobilná aplikácia

Aplikácia bola vyvinutá na webovej stránke MIT App Inventor na vykonávanie funkcií dohľadu nad projektom a konfigurácie. Po spojení medzi mobilným telefónom a ovládačom aplikácia v reálnom čase zobrazuje vlhkosť (0 až 100%) v každej z troch váz a operáciu, ktorá sa práve vykonáva: buď v pohotovostnom režime, presunutím servomotora do správnu polohu alebo polievanie jednej z váz. Konfigurácia typu rastliny v každej váze sa robí aj v aplikácii a konfigurácie sú teraz pripravené pre deväť rastlinných druhov (šalát, mäta, bazalka, pažítka, rozmarín, brokolica, špenát, žerucha, jahoda). Prípadne môžete zavlažovanie rastlín, ktoré nie sú v zozname, zadať ručne. Rastliny v zozname boli vybrané, pretože je ľahké ich pestovať v malých kvetináčoch, ako sú rastliny na našom prototype.

Ak si chcete stiahnuť aplikáciu, musíte si najskôr stiahnuť aplikáciu MIT App Inventor do svojho mobilného telefónu, zapnúť wifi. Potom by ste sa vo svojom počítači mali prihlásiť na webovú stránku MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/, prihlásiť sa, importovať projekt SmartHorta2.aia a potom pripojiť svoj mobilný telefón prostredníctvom QR kódu.

Ak chcete pripojiť arduino k smartfónu, musíte v telefóne zapnúť bluetooth, zapnúť arduino a potom spárovať zariadenie. To je všetko, už ste pripojení k SmartHorta!