Záhrada IOT poháňaná Raspberry Pi: 18 krokov (s obrázkami)

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

Jedným z primárnych cieľov tohto projektu bolo byť schopný udržať pohodu záhrady pomocou sily internetu vecí (IoT). Vďaka univerzálnosti súčasných nástrojov a softvéru je náš sejací stroj integrovaný so senzormi, ktoré monitorujú stav rastlín v reálnom čase. Postavili sme aplikáciu pre smartfóny, ktorá nám umožňuje prístup k údajom a v prípade potreby vykonať potrebné opatrenia.

Dizajn nášho kvetináča je škálovateľný, lacný a ľahko sa stavia, čo z neho robí perfektnú voľbu na pridanie zelene na terasu alebo dvorček. Inteligentná záhrada sa ukázala ako efektívnejšia v spotrebe vody a uľahčuje údržbu a monitorovanie.

Pokračujte a naučte sa, ako si vytvoriť vlastnú databázu a aplikáciu, a vytvorte si záhradu, ktorú je možné monitorovať kliknutím na tlačidlo!

Krok 1: Prehľad systému IOT

Systém Iot funguje pomocou nasledujúcich procesov. Raspberry Pi sa používa na prenos užitočných informácií o záhrade, ako je svietivosť, vlhkosť a obsah vlhkosti v pôde z rôznych senzorov do cloudovej databázy. Akonáhle sú informácie v cloude, je k nim prístup odkiaľkoľvek pomocou aplikácie pre smartfóny, ktorú sme vytvorili. Tento proces je tiež reverzibilný, používateľ môže poslať pokyny, ako napríklad stav vodného čerpadla, späť do záhrady, kde sa vykonajú požadované príkazy.

Nasledujú niektoré z kľúčových vlastností našej záhrady:

Spätná väzba na rôzne snímače záhrady v reálnom čase

Databáza zdravotného stavu záhrady

Globálne monitorovacie a prevádzkové kapacity

Systém kvapkovej závlahy

Aplikácia riadený vodný systém

Automatické plány zavlažovania

Rozhodli sme sa použiť Firebase spoločnosti Google ako sprostredkovateľa nášho systému IOT na vytvorenie vlastnej bezplatnej cloudovej databázy. Potom sme pomocou aplikácie MIT App Inventor vytvorili aplikáciu pre smartfóny, ktorá je kompatibilná s databázou Firebase a Raspberry Pi. Tiež môže komunikovať s databázou pomocou bezplatnej knižnice Python.

Krok 2: Potrebné materiály:

Materiály potrebné na výrobu kvetináča iónov je možné ľahko nájsť v miestnych alebo internetových obchodoch. Nasledujúci zoznam obsahuje popis všetkých potrebných častí.

HARDWARE:

1 palcová borovicová doska - rozmery; 300 cm x 10 cm (pretože drevo bude vonkajšie, odporúčame ošetrené drevo)

1/4 "preglejka - rozmery; 120 cm x 80 cm

Plachtová plachta - rozmery; Rozmery 180 x 275 cm

PVC rúrka - rozmery; dĺžka 30 cm, priemer 2 cm

Chirurgická trubica - rozmery; 250 cm

Lakťový kĺb x 2

Skrutka do dreva x 30

ELEKTRONIKA:

Rasberry Pi3 Model B

Štít senzora Grove Pi +

Solenoidový ventil 12V

Senzor vlhkosti a teploty (dht11)

Senzor vlhkosti

Senzor svietivosti

Reléový modul

Napájanie 12V

Celkové náklady na tento projekt sú zhruba 50 USD

Krok 3: 3D tlačené diely

Rôzne komponenty, ktoré bolo potrebné pre tento projekt prispôsobiť, boli vyrobené pomocou 3D tlače. Nasledujúci zoznam obsahuje úplný zoznam dielov a ich špecifikácie pre tlač. Všetky súbory STL sú k dispozícii v priečinku umiestnenom vyššie, čo umožňuje v prípade potreby vykonať potrebné úpravy.

Potrubný spoj x 1, 30% výplň

Adaptér trysky x 3, 30% výplň

Zástrčka trubice x 3, 10% výplň

Háčik x 2, 30% výplň

Držiak snímača x 1, 20% výplň

Adaptér ventilu x 1, 20% výplň

Kryt elektroinštalácie x 1, 20% výplň

Na tlač dielov sme použili náš Creality Ender 3, čo u 12 dielov trvalo asi 8 hodín.

Krok 4: Plány

Jeden nie je obmedzený na rozmery, ktoré sme sa rozhodli urobiť z nášho kvetináča, ale v prílohe sú uvedené všetky podrobnosti potrebné na vytvorenie projektu. V nasledujúcich krokoch je možné odporučiť tieto obrázky na rezanie dreva.

Krok 5: Budovanie strán

Aby sme udržali rastliny, rozhodli sme sa vytvoriť z dreva štruktúru kvetináča. Vnútorné rozmery našej škatule sú 70 cm x 50 cm s výškou 10 cm. Na stavbu bokov sme použili dosky z borovicového dreva.

Pomocou kotúčovej píly nakrájame štyri kusy na dĺžku (rozmery priložené vyššie). Na vyznačených miestach sme vyvŕtali pilotné otvory a zapustili sme ich tak, aby hlavy skrutiek sedeli v jednej rovine. Keď to bolo hotové, zaskrutkovali sme 8 skrutiek do dreva a uistili sme sa, že strany sú hranaté, čo zaisťuje rám.

Krok 6: Nasadenie spodného panela

Na výrobu spodného panelu sme narezali obdĺžnikový kus preglejky 5 mm, ktorý sme potom priskrutkovali na bočný rám. Dbajte na to, aby boli otvory zapustené, aby boli skrutky v jednej rovine so základňou. Potrebné rozmery nájdete v prílohe vyššie.

Krok 7: Otvory pre potrubie

Náš kvetináč je vyrobený tak, aby pojal tri rady rastlín. Preto pre kvapkový zavlažovací systém musí jedna strana držať potrubia pre prívod vody.

Začnite meraním priemerov konektorov a nakreslite ich rovnako vzdialene na kratšej strane rámu. Pretože sme nemali forstner bit, vyvŕtali sme 10 mm otvor a potom ho rozšírili pomocou skladačky. Na vyhladenie drsných okrajov je možné použiť Dremel, kým konektory nezapadnú.

Krok 8: Pripojenie vodovodných potrubí

Na spojenie kĺbov jednoducho odrežte dva kusy PVC rúrky dlhej 12 cm. Nasucho nasaďte zostavu a skontrolujte, či všetko dobre sedí.

Potom zatlačte 3D tlačený spoj do stredového otvoru a dva kolenné konektory z PVC na protiľahlých koncoch, kým nebudú v jednej rovine. Pripevnite panel späť k rámu a konektory zvnútra zakryte 3D tlačenými adaptérmi. Všetky spoje sú trecie a mali by byť vodotesné, ak nie, spoje je možné utesniť horúcim lepidlom alebo teflónovou páskou

Krok 9: elektromagnetický ventil

Na ovládanie prietoku vody do systému kvapkovej závlahy sme použili elektromagnetický ventil. Ventil funguje ako brána, ktorá sa otvára po odoslaní elektrického signálu, vďaka čomu je ovládateľný automaticky. Aby sme to začlenili, pripevnili sme jeden koniec k zdroju vody a druhý k prívodnému potrubiu vody sadzača pomocou prechodného adaptéra. Je dôležité pripojiť ventil v správnej orientácii, spravidla označenej ako "IN" pre vstup vody (kohútik) a "OUT" pre výstup vody (kvetináč).

Krok 10: Zapojenie elektroniky

Nasleduje tabuľka s rôznymi modulmi a snímačmi s príslušnými portami na štíte grovepi+.

• Snímač teploty a vlhkosti ==> port D4
• Reléový modul ==> port D3
• Senzor vlhkosti ==> port A1
• Svetelný senzor ==> port A0

Ako referenciu použite vyššie uvedenú schému zapojenia.

Krok 11: Priehradka snímača

Zostavili sme priehradkový box, ktorý pojal všetku elektroniku so zvyškami preglejky. Drevo sme narezali podľa rozloženia elektroniky a kusy zlepili. Keď lepidlo zaschlo, namontovali sme napájací zdroj a Raspberry Pi do schránky v priehradke a vodiče senzorov previedli štrbinou. Na zakrytie slotov sme zatlačili potlačené kryty, aby sa utesnili medzery.

Držiak senzora má otvory na pripevnenie kolíkov, na ktoré je možné senzory namontovať. Na vrch pripevnite snímač jasu a vlhkosti a snímač vlhkosti na nastaviteľnú štrbinu. Aby bola priehradková skrinka ľahko vyberateľná, naskrutkovali sme háky s 3D tlačou a držiak senzora, ktoré umožnili pripevnenie skrinky na hlavnú konštrukciu. Týmto spôsobom je možné elektronickú a systémovú jednotku Iiot ľahko integrovať do akéhokoľvek kvetináča.

Krok 12: Vytvorenie databázy

Prvým krokom je vytvorenie databázy pre systém. Kliknite na nasledujúci odkaz (Google firebase), ktorý vás zavedie na webovú stránku Firebase (budete sa musieť prihlásiť pomocou svojho účtu Google). Kliknutím na tlačidlo „Začíname“sa dostanete do konzoly Firebase. Potom vytvorte nový projekt kliknutím na tlačidlo „Pridať projekt“, vyplňte požiadavky (názov, podrobnosti atď.) A dokončite kliknutím na tlačidlo „Vytvoriť projekt“.

Vyžadujeme iba databázové nástroje Firebase, takže v ponuke na ľavej strane vyberte „databázu“. Potom kliknite na tlačidlo „Vytvoriť databázu“, vyberte možnosť „testovací režim“a kliknite na „povoliť“. Potom nastavte databázu na „databázu v reálnom čase“namiesto „cloud firestore“kliknutím na rozbaľovaciu ponuku v hornej časti. Vyberte kartu „pravidlá“a zmeňte dve „nepravdivé“na „pravdivé“, nakoniec kliknite na kartu „údaje“a skopírujte adresu URL databázy, bude to potrebné neskôr.

Posledná vec, ktorú musíte urobiť, je kliknúť na ikonu ozubeného kolieska vedľa prehľadu projektu, potom na „nastavenia projektu“, potom vybrať kartu „účty služieb“, nakoniec kliknúť na „Tajomstvá databázy“a zaznamenať si bezpečnostný kód. vašej databázy. Po dokončení tohto kroku ste úspešne vytvorili svoju cloudovú databázu, ku ktorej je prístup z vášho smartfónu a Raspberry Pi. (V prípade určitých pochybností použite obrázky priložené vyššie, alebo jednoducho položte otázku alebo komentár v sekcii komentárov)

Krok 13: Nastavenie aplikácie

Ďalšou časťou systému IoT je aplikácia pre smartfóny. Rozhodli sme sa použiť MIT App Inventor na vytvorenie vlastnej prispôsobenej aplikácie. Ak chcete použiť aplikáciu, ktorú sme vytvorili, najskôr otvorte nasledujúci odkaz (MIT App Inventor), ktorý vás zavedie na ich webovú stránku. Potom kliknite na „vytvoriť aplikácie“v hornej časti obrazovky a prihláste sa pomocou svojho účtu Google.

Stiahnite si súbor.aia, ktorý je prepojený nižšie. Otvorte kartu „Projekty“a kliknite na „Importovať projekt (.aia) z môjho počítača“, potom vyberte súbor, ktorý ste práve stiahli, a kliknite na „ok“. V okne komponentov posuňte zobrazenie nadol, kým sa nezobrazí „FirebaseDB1“, kliknite naň a upravte „FirebaseToken“, „FirebaseURL“na hodnoty, ktoré ste si v predchádzajúcom kroku poznačili.

Po dokončení týchto krokov ste pripravení aplikáciu stiahnuť a nainštalovať. Aplikáciu si môžete stiahnuť priamo do telefónu kliknutím na kartu "Zostaviť" a kliknutím na položku "Aplikácia (poskytnúť QR kód pre.apk)", potom naskenujte QR kód pomocou svojho smartfónu alebo kliknite na "Aplikácia (uložiť.apk do môjho počítača") “stiahnete si súbor APK do počítača, ktorý musíte presunúť do svojho smartfónu a potom nainštalovať.

Krok 14: Programovanie Raspberry Pi

Na Raspberry Pi je potrebné použiť najnovšiu verziu Raspbian (Raspbian). V prípade, že plánujete používať štít GrovePi+ tak, ako sme to urobili, flashujte svoj Raspberry Pi najnovšou verziou „Raspbian for Robots“(Raspbian for Robots). Akonáhle použijete svoj Raspberry Pi, budete musieť nainštalovať ďalšiu knižnicu pythonu. Otvorte terminál a prilepte nasledujúce príkazy:

1. sudo pip install requests == 1.1.0
2. sudo pip install python-firebase

Akonáhle to urobíte, stiahnite si nižšie priložený súbor a uložte ho do adresára na vašom Raspberry Pi. Otvorte súbor a posuňte sa nadol na riadok 32. V tomto riadku nahraďte časť s textom „prilepte sem svoju adresu URL“adresou URL databázy, ktorú ste si predtým poznamenali, a vložte adresu URL medzi písmená „“. Hotovo, otvorte terminál a spustite skript python pomocou príkazu „python“.

Krok 15: Používanie aplikácie

Rozhranie našej aplikácie je celkom jasné. Horné štyri políčka zobrazujú hodnoty svietivosti, teploty, vlhkosti a vlhkosti pôdy v reálnom čase v percentách. Tieto hodnoty je možné aktualizovať kliknutím na tlačidlo „získať hodnoty“, ktoré dáva Raspberry Pi pokyn aktualizovať cloudovú databázu, a potom na tlačidlo „obnoviť“, ktoré obnoví obrazovku po aktualizácii databázy.

Spodná časť obrazovky je určená pre systém kvapkovej závlahy. Tlačidlo „zapnúť“zapne vodné čerpadlo, zatiaľ čo tlačidlo „vypnúť“ho vypne. Tlačidlo "auto" používa rôzne hodnoty senzorov na výpočet presnej potrebnej vody denne a zalieva rastliny dvakrát denne o 8:00 a 16:00.

Krok 16: Vložka do plachty

Pretože vlhkosť pôdy môže v priebehu času hniť drevo, odrezali sme plachtu na mieru a vyložili ju na vnútorný povrch kvetináča. Uistite sa, že ste ho pretiahli po stranách a nakoniec ho pridržali na mieste pomocou lepidla. Keď sme to urobili, naplnili sme pôdu, ktorú sme získali z miestnej farmy. Pôdu rovnomerne rozložte až na vrchol a potom vložte tri rady odkvapkávacej zavlažovacej trubice.

Na rohu v blízkosti vodovodných potrubí namontujte elektronickú skrinku a zabudujte snímač vlhkosti do pôdy. To uľahčuje zapojenie, pretože elektromagnetický ventil je v blízkosti elektroniky a dá sa ľahko pripojiť.

Krok 17: Systém kvapkovej závlahy

Odrežte tri kusy chirurgickej trubice tiahnuce sa po dĺžke kvetináča (asi 70 cm), čo bude fungovať ako hlavná odkvapkávacia linka pre rastliny. Preto naplánujte potrebný rozstup medzi rastlinami a vyvŕtajte 1 mm dieru a intervaly. Vyskúšajte, či voda ľahko kvapká, a podľa potreby otvory zväčšte. Pomocou troch zátok zatvorte konce a uistite sa, že voda bude vychádzať iba z odkvapkávacích otvorov.

Rúry mierne zapustite do pôdy a ste pripravení polievať svoje rastliny!

Krok 18: Výsledky výsadby

Obrázky uvedené vyššie sú výsledkami práce záhrady iónov po dobu jedného mesiaca. Rastliny sú zdravé a podarilo sa nám vypestovať bylinky, ako je mäta a koriander.

Experimentovaním sme si všimli, že automatický režim ušetrí takmer 12% vody denne. Keď sa rastliny polievajú kvapkovou závlahou, ich korene rastú rovno, čo dáva viac priestoru na pestovanie väčšieho množstva rastlín v kvetináči. Jedinou nevýhodou, ktorú sme pozorovali, bolo, že väčšie rastliny potrebujú väčšiu hĺbku pôdy. Vďaka modulárnej konštrukcii je však možné k ich požiadavkám ľahko pridať hlbší základ.

Na záver možno povedať, že tento systém nielen zefektívni vašu záhradu, ale zaistí aj pohodu vašich rastlín, pretože spätná väzba o údajoch v reálnom čase poskytuje robustnú metódu na dodanie správneho množstva vody a slnečného svetla. Dúfame, že návod bol užitočný a že vám pomôže vybudovať si vlastnú záhradu iónov.

Šťastnú výrobu!

Prvá cena v súťaži IoT Challenge