Pripojený systém IDC2018IOT pre krmivo pre domáce zvieratá, vodu a monitor: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Úvod

Či už ste študent pod tlakom, tvrdo pracujúci človek alebo jednoducho ďaleko od domova viac ako niekoľko hodín denne. Ako starostliví majitelia domácich zvierat sa chceme uistiť, že naši milovaní zostanú zdraví, kŕmení a samozrejme NIE ležať na pohovke (ty bastard!). Je načase prestať žiadať o láskavosť alebo dokonca platiť za takéto služby.

Cieľom tohto skvelého projektu je poskytnúť vám schopnosť urobiť si sami (počul som, že teraz je to vec). Vyvinieme riešenie pre lepšie monitorovanie našich domácich miláčikov a dokonca urobíme potrebné opatrenia v kancelárii, škole alebo len tak vonku s priateľmi alebo inými blízkymi.

Tento systém vám umožní nakŕmiť vášho domáceho maznáčika na diaľku, pričom bude kontrolovať množstvo jedla, ktoré vylejete z nádoby, a naplňte misku na vodu vždy, keď bude prázdna. Navyše teraz môžeme pomocou jednoduchého kamerového modulu monitorovať hladinu vody v miske v reálnom čase, merať obsah nádoby na jedlo a hlavne sledovať domáce zviera naživo.

O nás

Tomer Maimon, Gilad Ram a Alon Shprung. Tri vášniví študenti informatiky z IDC Herzeliya. Toto je náš prvý projekt Instructables ako súčasť workshopu IoT - dúfame, že vás budovanie bude zaujímať a baviť!

Krok 1: Pochopenie architektúry:

Tento systém môžeme rozdeliť na dve hlavné časti:

1. Prichádzajúce dátové kanály:

   • Vodný senzor - vzorkovanie hladín vody vo vnútri misky pre domáce zvieratá, údaje sa prenášajú z jednotky Node -MCU na server Blynk a nakoniec sa zobrazujú prostredníctvom ovládacieho panela pre zvieratá.
   • Sonarový senzor - vzorkovanie obsahu nádoby na potraviny, dáta sa prenášajú z jednotky Arduino (s rozšírením ethernetového štítu) na server Blynk a nakoniec sú prezentované prostredníctvom Pet Dashboard.
   • Pi kamerový modul - neustále vzorkuje snímky z oblasti s domácimi zvieratami, Pi je hostiteľom vlastného servera, ktorý poskytuje živý prenos na informačný panel domácich zvierat.

2. Tok príkazov:

   • Feed Button (Dashboard) - aktualizácia hodnoty virtuálneho pinu prostredníctvom Blynku, príslušná funkcia sa spustí na doske Arduino, servo sa potom pohybuje, aby umožnilo jedlu prejsť vekom.
   • Give Water (Dashboard) - aktívne aktualizuje hodnotu virtuálneho pinu prostredníctvom Blynku, príslušná funkcia sa spustí na doske Node -MCU, relé sa zapne, vodné čerpadlo začne prúdiť vodu do misky domáceho maznáčika.
   • Pet Live Feed (Dashboard) - vstavaný do palubnej dosky a prezentujúci živé údaje prostredníctvom bankového servera, ktorý beží na zariadení Pi.

Krok 2: Zoznam dielov

Na začatie práce na tomto systéme budete potrebovať nasledujúce (alebo podobné) diely:

1. Fyzické:

   • Nádoba na potraviny: Použili sme priemyselnú 45 cm obojstrannú rúrku, ktorú sme kúpili v domácom obchodnom dome. Je dôležité mať 2 východy. Jeden na meranie obsahu a druhý výstup na mechanizmus otvárania/zatvárania.
   • Lepiaca páska: Aby boli veci pohromade;)
   • Prepojovacie vodiče: Čím viac je veselšie, vždy je dobré mať niečo navyše, ak sa niečo pokazí.
   • Ethernetový kábel: Na pripojenie nášho Arduina (s ethernetovým štítom) k internetu.
   • Záhradnícka nádoba: Používa sa ako nádoba na vodu a vodné čerpadlo.
   • Krátka vodná trubica: Pripojená k čerpadlu a nalieva vodu do misky domáceho maznáčika.

2. Senzory:

   • Senzor hladiny vody WINGONEER: Zmerajte hladiny vody v miske domáceho maznáčika.
   • Sonarový senzor - zmerajte vzdialenosť hladiny jedla od horného viečka vo vnútri nádoby.
   • Relé TONGLING: Umožňuje nám zapnúť/vypnúť vodné čerpadlo, ktoré prúdi vodou.
   • Modul kamery Pi: Pripojený k malinovému zariadeniu Pi a streamuje obrázky z oblasti domácich zvierat.
   • Všeobecné servo: Uzamkne a odomkne nádobu na potraviny.

3. Elektronické zariadenia / dosky:

   • Arduino Uno: Riadi implementáciu jednotky nádoby na potraviny.
   • Arduino Ethernet Shield: Poskytuje internetové pripojenie k našej doske.
   • NodeMCU (ESP-8266): Riadi vodnú jednotku na meranie aj nalievanie vody. Táto doska má možnosť pripojenia sa prostredníctvom WiFi.
   • Raspberry Pi 3 - je hostiteľom kamerového servera a poskytuje živý prenos na palubnú dosku pre domáce zvieratá.
   • Ponorné vodné čerpadlo VicTsing 80 GPH: Prúdi vodu zo záhradnej plechovky do misy spolu s vodnou trubicou.

Krok 3: Zapojenie a umiestnenie vecí dohromady

Elektrické vedenie

Predtým, ako začneme, odporúčame umiestniť Arduino / Node-MCU na nepájivú dosku, aby bolo jednoduchšie prepojiť všetky vodiče a umiestniť ich na akékoľvek fyzické miesto. Okrem toho sa odporúča používať dlhé vodiče, aby sa zabránilo chybám spôsobeným odpojením káblov. Poskytli sme vám schému zapojenia pre Node-MCU (vodná jednotka) a Arduino (potravinová jednotka).

1. Potravinová jednotka (Arduino):

   • Sonarový senzor:

     • GND (čierny) = GND
     • VCC (červená) = 5V
     • Trig (purpurový) = 3
     • Ozvena (modrá) = 4

   • Servo:

     • GND (čierny) = GND
     • VCC (červená) = 5V
     • Signál (žltý) = 9

2. Vodná jednotka (uzol):

   • Senzor hladiny vody:

     • S (modrá) = A0
     • + (Červená) = 3v3
     • - (Čierny) = GND

   • Relé (elektricky zapojené do vodného čerpadla):

     • IN (žltá) = D1
     • VCC (červená) = Vin
     • GND (čierny) = GND

3. Kamerová jednotka (Pi):

   • Senzor fotoaparátu:

     • Pripojte port Pi pre jednu kameru (prepojovací kábel)
     • Ak sa chcete dozvedieť viac o module Pi s kamerou - Link

Zostavovanie dielov dohromady

V tejto časti môžete tento projekt prispôsobiť a upraviť tak, aby bol „váš“. Poskytneme vám však obrázky a popis na rekonštrukciu našej verzie produktu.

1. Potravinová jednotka (Arduino): Nádoba je celkom rovná, zameriame sa na výrobu dvoch viečok.

   • Horné viečko: Vyrežte 2 otvory vo veku, aby sa senzor Sonar zmestil (pozri priložený obrázok).
   • Dolné viečko + mechanizmus: Začnite odoberaním jedného z plastových nadstavcov (dodáva sa so snímačom serva) a pomocou lepiacej pásky / drevených tyčiniek zostrojte tvar „kladivového kladiva“(použili sme iba pásku). Potom pripevnite servo. Teraz potrebujeme 2 otvory na samotnom veku. Prvý by mal umožniť, aby sa servo zmestilo do mechanizmu, v ktorom sme skonštruovali, umiestnené na „vnútornej strane“veka. Vyrežte ďalší otvor na základe strany „hlavy kladiva“, ktorú ste vytvorili. Týmto spôsobom, kedykoľvek sa servo otvorí, chvost kladiva zametie jedlo smerom k východu a zabráni prilepeniu veľkých kusov k sebe.
2. Vodná jednotka (Node-MCU): Jednoducho pripojte vodnú trubicu k vodnému čerpadlu a teraz ju umiestnite do záhradnej nádoby (uistite sa, že DO vody neumiestňujete nesprávnu časť s relé a elektrickými vodičmi).
3. Kamerová jednotka: Jediné, čo musíte urobiť, je umiestniť modul Pi s kamerou na miesto, ktoré si vyberiete.

Krok 4: Nastavte Blynk

Všetky vzdialené funkcie v tomto projekte sú založené na Blynku. Táto služba nám v zásade poskytuje bezplatný webový server a RESTful API na komunikáciu s našimi zariadeniami Arduino/Node-MCU cez internet pomocou protokolu HTTP. Blynk nám umožňuje definovať virtuálne piny, ktoré budú použité ako adresa na vykonávanie konkrétnych funkcií týkajúcich sa nalievania vody, napájania a vzorkovania rôznych senzorov (túto časť sme urobili pre vás, všetko, čo musíte urobiť, je získať vlastný aplikačný token, čo bude vysvetlené ďalej).

Ako získam svoj overovací token Blynk

1. Stiahnite si aplikáciu Blynk prostredníctvom AppStore / PlayStore pre svoje mobilné zariadenie.
2. Zaregistrujte sa do tejto služby (jej používanie je bezplatné).
3. Začnite nový projekt, vyberte správne zariadenie (v našom prípade ESP8266).
4. Po vytvorení bude odoslaný e -mail s AUTHENTICATION TOKEN - token si uložte pre ďalšie kroky.

Poznámka: Blynk je možné úplne využívať prostredníctvom aplikácie, ale rozhodli sme sa implementovať vlastný prispôsobený informačný panel.

Nakoniec, aby ste mohli prejsť na ďalší krok, mali by ste si stiahnuť a nainštalovať knižnicu Blynk - odkaz (preskočiť na časť 3)

Krok 5: Konfigurujte nádobu na potraviny, vodné čerpadlo a živú kameru

V tomto mieste sme dokončili montáž všetkých častí dohromady a dostali sme blynkAuthAppToken (pozri krok 3).

Poskytli sme vám všetok kód, ktorý potrebujete na spustenie tohto projektu, stačí, ak v kóde zmeníte niekoľko premenných, čím sa stane „vašim“súkromným systémom.

V prvom rade začnite sťahovaním Arduino IDE (ak ste to ešte neurobili) - Odkaz

Nádoba na potraviny Arduino

1. Nastavte IDE na dosku Arduino: Nástroje -> Doska -> Arduino/Genuino Uno

2. Uistite sa, že máte nainštalované tieto knižnice: Skica -> Zahrnúť knižnicu -> Spravovať knižnice

   Relé (Rafael)

3. Otvorte súbor skici PetFeeder.ino a nakonfigurujte nasledujúce parametre (pomoc nájdete na priloženom obrázku):

   auth = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";

4. Zostavte a nahrajte skicu do svojho zariadenia Arduino.

Vodná jednotka Node-MCU

1. Nastavte IDE na dosku Node-MCU:

   Podrobné vysvetlenie nájdete v prvej časti tohto návodu

2. Uistite sa, že máte nainštalované tieto knižnice: Skica -> Zahrnúť knižnicu -> Spravovať knižnice

   Správca WiFi (od tzapu)

3. Otvorte súbor skici PetFeeder.ino a nakonfigurujte nasledujúce parametre (pomoc nájdete na priloženom obrázku):

   • auth = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";
   • ssid = "YOUR_WIFI_SSID"; // V zásade je to názov vašej siete WiFi
   • prejsť = "VAŠE_WIFI_HESLO"; // ak nemáte heslo, použite prázdny reťazec ""
4. Zostavte a nahrajte skicu do svojho zariadenia Node-MCU.

Pi kamerový modul

1. Pripojte modul pí kamery
2. Spustite „sudo raspi-config“a povoľte možnosť „kamera“.

3. Vyskúšajte fotoaparát na zachytenie obrázku pomocou príkazu „raspistill“

   r aspistill -o image.jpg

4. Nastaviť webový kamerový server Flask:

   • Nainštalujte všetky požiadavky pomocou príkazu pip install -r requirements.txt
   • Na spustenie kamery_server.py použite python
   • Pozrite sa na to na 127.0.0.1:5000/video_feed

5. Nastavte webový server Flask na spustenie:

   • Na /etc/rc.local (pred výstupný riadok) pridajte nasledujúci riadok:

     python /camera_server.py

Krok 6: Ako používať ovládací panel

Nastaviť

Táto časť je pomerne jednoduchá. Jediné, čo musíte urobiť, je vložiť token „blynk app token“do súboru „index.js“nasledovne:

const blynkToken = "YOUR_BLYNK_APP_TOKEN" // použite rovnaký token z predchádzajúcich krokov.

Použitie

1. Hlavný panel otvorte dvojitým kliknutím na súbor „index.html“.
2. Na prístrojovej doske sa bude vzorkovať systém automaticky každých 10 minút.
3. Opatrenia týkajúce sa nádoby na vodu a potraviny je možné vykonať ručne.
4. Tlačidlá „Podať vodu“a „Kŕmiť“slúžia na aktívne zásobovanie vášho domáceho maznáčika jedlom a vodou.
5. Spodná časť palubnej dosky bude zobrazovať živý prenos z modulu kamery, ak ste starostlivo dodržali pokyny predchádzajúceho kroku.

Poznámka: Ak chcete prispôsobiť počet otvorení nádoby na jedlo pri kŕmení, otvorte súbor „index.js“a v nasledujúcom riadku zmeňte „hodnotu“z „3“na ľubovoľné číslo, ktoré si vyberiete:

načítať (baseURL + '/aktualizácia/hodnota V1? = 3');

Krok 7: Výzvy, limity a plány do budúcnosti

Výzvy

Hlavné výzvy, ktoré pre nás v tomto projekte boli, sa týkali návrhu mechanizmu otvárania/zatvárania kontajnera s potravinami a vytvárania stabilného súbežného kódu na ovládanie a meranie potravinovej jednotky. Verím, že sme vyskúšali najmenej 4 rôzne verzie, kým sme neboli spokojní. Hlavnou obavou bolo zablokovanie východu z jedla. Aby sme tomu zabránili, zvolili sme dizajn Sledge-Hammer, týmto spôsobom vždy, keď otvoríme nádobu, chvost „kladiva“zametá jedlo smerom k východu. Používanie obojstrannej trubice nám navyše výrazne zjednodušilo život pri stavbe nádoby na potraviny. Takýto predmet je ideálny na umiestnenie výstupného mechanizmu na jednu stranu a snímač vzdialenosti na druhej strane na meranie jeho obsahu.

Limity

V tejto fáze projektu má systém niekoľko obmedzení:

1. Nie je úplne automatizovaný, čo znamená, že napájanie a nalievanie vody sa vykonáva ručne prostredníctvom monitorovacieho panela bez akýchkoľvek inteligentných plánovačov (ktoré by mohli byť pridané v budúcnosti alebo implementované vami!).
2. Panel je spustený lokálne z vášho prenosného počítača, aby bol prístupnejší, môže byť hostený na obľúbených platformách, ako je napríklad „Heroku“.
3. Použili sme veľmi jednoduchý kamerový modul, ktorý je možné nahradiť oveľa komplikovanejším modulom, aby sa zaistila lepšia kvalita obrazu a možnosť pridania komunikačného kanála s vašim domácim miláčikom (pomocou reproduktora).

Budúce plány

Ak sme mali čas a rozpočet na pokračovanie vývoja tohto systému, mysleli sme na niekoľko myšlienok a možného harmonogramu:

1. Pridanie systému automatického plánovania kŕmenia domácich zvierat - 2 ~ 3 dni práce.
2. Vytvorenie webovej stránky, ktorá umožní používateľom nášho systému vytvárať prispôsobený informačný panel, ktorý bude hostený online a prístupný z akéhokoľvek pripojeného zariadenia - 1 - 2 mesiace práce.
3. Práce na priemyselnej verzii tohto systému, ktorá umožňuje viacerým majiteľom domácich zvierat lepšiu kontrolu a komunikáciu so svojimi domácimi zvieratami online, nás veľmi zaujímali priatelia, ktorí videli výsledok tohto Instructable. Ak teda máte čas a chuť posunúť projekt na ďalšiu úroveň - máte plnú podporu!

Dúfame, že sa vám tento projekt páčil (a dúfajme, že ho budete stavať!):)