Inteligentny ogród „SmartHorta”: 9 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Witajcie, Ten instruktaż zaprezentuje uniwersytecki projekt inteligentnego ogrodu warzywnego, który zapewnia automatyczne podlewanie roślin i może być sterowany za pomocą aplikacji mobilnej. Celem tego projektu jest obsługa klientów, którzy chcą sadzić w domu, ale nie mają czasu na pielęgnację i podlewanie w odpowiednich porach każdego dnia. Nazywamy „SmartHorta”, ponieważ horta oznacza po portugalsku ogród warzywny.

Rozwój tego projektu został przeprowadzony do zatwierdzenia w dyscyplinie Projekt Integracyjny na Federalnym Uniwersytecie Technologicznym w Paranie (UTFPR). Celem było połączenie kilku obszarów mechatroniki, takich jak mechanika, elektronika i automatyka.

Osobiście dziękuję profesorom UTFPR Sérgio Stebelowi i Gilsonowi Sato. A także moim czterem kolegom z klasy (Augusto, Felipe, Mikaelowi i Rebece), którzy pomogli zbudować ten projekt.

Produkt posiada ochronę przed złą pogodą, oferując ochronę przed szkodnikami, wiatrem i ulewnym deszczem. Musi być zasilany przez zbiornik na wodę przez wąż. Proponowany projekt jest prototypem dla trzech roślin, ale można go rozbudować do większej liczby wazonów.

Wykorzystano w nim trzy technologie wytwarzania: cięcie laserowe, frezowanie CNC oraz druk 3D. W części automatyki jako kontroler wykorzystano Arduino. Do komunikacji wykorzystano moduł bluetooth, a aplikacja na Androida została stworzona za pośrednictwem MIT App Inventor.

Wszyscy zdaliśmy na ocenę bliską 9,0 i jesteśmy bardzo zadowoleni z pracy. Coś, co jest bardzo zabawne, to to, że wszyscy myślą o sadzeniu chwastów na tym urządzeniu, nie wiem dlaczego.

Krok 1: Projekt koncepcyjny i modelowanie komponentów

Przed montażem wszystkie komponenty zostały zaprojektowane i wymodelowane w CAD przy użyciu SolidWorks, aby zapewnić idealne dopasowanie. Celem było również zmieszczenie całego projektu w bagażniku samochodu. Dlatego jego wymiary zostały określone na 500mm przy max. Do produkcji tych elementów wykorzystano technologie cięcia laserowego, frezowania CNC i druku 3D. Niektóre części z drewna i rur zostały wycięte piłą.

Krok 2: Cięcie laserowe

Cięcie laserowe zostało wykonane na blasze ze stali ocynkowanej AISI 1020 o grubości 1 mm, o wymiarach 600 mm x 600 mm, a następnie złożone w zakładki 100 mm. Podstawa pełni funkcję pomieszczenia zbiorników oraz części hydraulicznej. Ich otwory służą do przeprowadzenia rur nośnych, przewodów czujników i elektromagnesów oraz do zamocowania zawiasów drzwi. Laserowo wycięta została również płyta w kształcie litery L, która służy do dopasowania rur do dachu.

Krok 3: Frezarka CNC

Mocowanie serwomotoru zostało wykonane na frezarce CNC. Dwa kawałki drewna zostały obrobione, a następnie sklejone i pokryte szpachlą do drewna. Wykonano również małą aluminiową płytkę, aby dopasować silnik do drewnianego wspornika. Wybrano solidną konstrukcję, aby wytrzymać moment obrotowy serwa. Dlatego drewno jest tak grube.

Krok 4: Druk 3D

W trosce o prawidłowe podlewanie roślin i lepszą kontrolę wilgotności gleby zaprojektowano konstrukcję kierującą wodę z rury zasilającej na podstawie do opryskiwacza. Dzięki niemu opryskiwacz był ustawiony zawsze przodem do gleby (nachylenie 20º w dół) zamiast liści roślin. Został wydrukowany w dwóch częściach na przezroczystym żółtym PLA, a następnie zmontowany za pomocą śrub i nakrętek.

Krok 5: Piła ręczna

Drewnianą konstrukcję dachu, drzwi i rury PCV wycinano ręcznie piłą ręczną. Drewnianą konstrukcję dachu cięto, piaskowano, wiercono, a następnie montowano wkrętami do drewna.

Dach jest półprzezroczystym arkuszem eternitu z włókna szklanego i został pocięty specjalną gilotyną do cięcia włókien, a następnie nawiercony i osadzony w drewnie za pomocą wkrętów.

Drewniane drzwi rąbano, piaskowano, wiercono, montowano wkrętami do drewna, pokrywano masą drzewną, a następnie umieszczano moskitierę ze zszywaczem, aby zapobiec uszkodzeniu roślin przez ulewny deszcz lub owady.

Rury PCV zostały po prostu przycięte piłą ręczną.

Krok 6: Komponenty hydrauliczne i mechaniczne oraz montaż

Po wykonaniu dachu, podstawy, głowy i drzwi przystępujemy do montażu części konstrukcyjnej.

Najpierw montujemy zaciski kablowe na podstawie i płytce L za pomocą nakrętki i śruby, a następnie wciskamy cztery rury PVC w zaciski. Po przykręceniu dachu do blach L. Następnie wystarczy przykręcić drzwi i klamki za pomocą nakrętek i śrub. Na koniec musisz zmontować część hydrauliczną.

Ale zwróć uwagę, powinniśmy zająć się uszczelnieniem części hydraulicznej, aby nie było wycieku wody. Wszystkie połączenia powinny być hermetycznie uszczelnione masą uszczelniającą do gwintów lub klejem do PCV.

Zakupiono kilka elementów mechanicznych i hydraulicznych. Poniżej wymienione są składniki:

- Zestaw do nawadniania

- 2x uchwyty

- 8x zawiasy

-2x 1/2 kolano PCV

- 16x zaciski kablowe 1/2"

- 3x kolano 90º 15mm

- 1m wąż

- 1x niebieski spawalny rękaw 1/2"

- 1x spawalne kolano 1/2 niebieskie

- 1x złączka gwintowana

- 3x naczynia

- 20x wkręt do drewna 3,5x40mm

- Śruba i nakrętka 40x 5/32"

- moskitiera 1m

- rura pcv 1/2"

Krok 7: Komponenty elektryczne i elektroniczne oraz montaż

Do montażu części elektrycznych i elektronicznych musimy zadbać o prawidłowe podłączenie przewodów. W przypadku nieprawidłowego połączenia lub zwarcia można stracić drogie części, których wymiana wymaga czasu.

Aby ułatwić montaż i dostęp do Arduino, powinniśmy wykonać nakładkę z płytką uniwersalną, dzięki czemu łatwiej będzie usunąć i pobrać nowy kod na Arduino Uno, a także uniknąć rozproszenia wielu przewodów.

W przypadku elektrozaworu należy wykonać płytkę z optoizolowanym zabezpieczeniem dla napędu przekaźnika, aby uniknąć niebezpieczeństwa spalenia wejść/wyjść Arduino i innych elementów. Należy zachować ostrożność podczas uruchamiania elektrozaworu: nie należy go włączać, gdy nie ma ciśnienia wody (w przeciwnym razie może się palić).

Niezbędne są trzy czujniki wilgotności, ale można dodać więcej, aby zapewnić nadmiarowość sygnału.

Zakupiono kilka elementów elektrycznych i elektronicznych. Poniżej wymienione są składniki:

- 1x Arduino Uno

- 6x czujniki wilgotności gleby

- 1x zawór elektromagnetyczny 1/2 127V

- 1x serwomotor 15kg.cm

-1x źródło 5v 3A

-1x źródło 5v 1A

- 1x moduł bluetooth hc-06

-1x zegar czasu rzeczywistego RTC DS1307

- 1x przekaźnik 5v 127v

- 1x uchylny transoptor 4n25

-1x tyrystor bc547

- 1x dioda n4007

- 1x rezystancja 470 omów

- 1x rezystancja 10k omów

- 2x talerz uniwersalny

- 1x listwa zasilająca z 3 gniazdami

- 2x gniazdo męskie

- 1x wtyczka p4

-10m 2-kierunkowy kabel

- kabel do internetu 2m

Krok 8: Programowanie w C z Arduino

Programowanie Arduino polega w zasadzie na kontrolowaniu wilgotności gleby „n” wazonów. W tym celu musi spełniać wymagania dotyczące uruchamiania elektrozaworów, a także pozycjonowania serwomotoru i odczytu zmiennych procesowych.

Możesz modyfikować ilość naczyń

#define QUANTIDADE 3 //Quantidade de plantas

Możesz zmienić czas, w którym zawór będzie otwarty

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

Możesz zmienić czas oczekiwania na zwilżenie gleby.

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

Możesz zmodyfikować opóźnienie sługi.

#define TEMPO_S 30 // Opóźnienie serw.

Dla każdego czujnika wilgotności gleby istnieje inny zakres napięcia dla gleby suchej i całkowicie wilgotnej, dlatego warto tutaj przetestować tę wartość.

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

Krok 9: Aplikacja mobilna

Aplikacja została opracowana na stronie internetowej MIT App Inventor w celu wykonywania funkcji nadzoru nad projektem i konfiguracji. Po połączeniu telefonu komórkowego ze sterownikiem aplikacja pokazuje w czasie rzeczywistym wilgotność (0 do 100%) w każdym z trzech wazonów oraz operację, która jest aktualnie wykonywana: albo w trybie czuwania, przesuwając serwomotor do prawidłowe położenie lub podlewanie jednego z wazonów. Konfiguracja rodzaju rośliny w każdym wazonie jest również konfigurowana w aplikacji, a konfiguracje są teraz gotowe dla dziewięciu gatunków roślin (sałata, mięta, bazylia, szczypiorek, rozmaryn, brokuły, szpinak, rukiew wodna, truskawka). Alternatywnie możesz ręcznie wprowadzić ustawienia nawadniania dla roślin, których nie ma na liście. Rośliny z listy zostały wybrane, ponieważ są łatwe w uprawie w małych doniczkach, takich jak te na naszym prototypie.

Aby pobrać aplikację, musisz najpierw pobrać aplikację MIT App Inventor na swój telefon komórkowy, włącz Wi-Fi. Następnie na komputerze należy zalogować się na stronie MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/, aby się zalogować, zaimportować projekt SmartHorta2.aia, a następnie podłączyć telefon komórkowy za pomocą kodu QR.

Aby połączyć arduino ze smartfonem należy włączyć bluetooth w telefonie, włączyć arduino a następnie sparować urządzenie. To wszystko, jesteś już połączony ze SmartHorta!