Ogród IOT zasilany Raspberry Pi: 18 kroków (ze zdjęciami)

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

Jednym z głównych celów tego projektu była możliwość utrzymania dobrego samopoczucia ogrodu przy użyciu mocy Internetu Rzeczy (IoT). Dzięki wszechstronności obecnych narzędzi i oprogramowania nasza sadzarka jest zintegrowana z czujnikami, które monitorują stan roślin w czasie rzeczywistym. Zbudowaliśmy aplikację na smartfona, która pozwala nam uzyskać dostęp do danych i w razie potrzeby podjąć niezbędne działania.

Projekt naszej donicy jest skalowalny, tani i łatwy w budowie, co sprawia, że jest to idealna opcja na zieleń na tarasie lub podwórku. Inteligentny ogród okazał się bardziej wydajny pod względem zużycia wody oraz ułatwia konserwację i monitorowanie.

Przejdź dalej, aby dowiedzieć się, jak stworzyć własną bazę danych i aplikację, tworząc ogród, który można monitorować jednym kliknięciem!

Krok 1: Przegląd systemu IOT

System Iot działa poprzez następujące procesy. Raspberry Pi służy do przekazywania przydatnych informacji o ogrodzie, takich jak jasność, wilgotność i zawartość wilgoci w glebie z różnych czujników do bazy danych w chmurze. Gdy informacje znajdą się w chmurze, można uzyskać do nich dostęp z dowolnego miejsca za pomocą stworzonej przez nas aplikacji na smartfony. Ten proces jest również odwracalny, użytkownik może wysłać instrukcje, takie jak stan pompy wodnej, z powrotem do ogrodu, który wykona wymagane polecenia.

Oto niektóre z kluczowych cech naszego ogrodu:

Informacje zwrotne w czasie rzeczywistym z różnych czujników ogrodu

Baza danych o stanie zdrowia ogrodu

Globalny monitoring i możliwości operacyjne

System nawadniania kropelkowego

System wodny sterowany aplikacją

Automatyczne harmonogramy nawadniania

Zdecydowaliśmy się wykorzystać Firebase firmy Google jako pośrednika naszego systemu IOT, aby stworzyć własną darmową bazę danych w chmurze. Następnie wykorzystaliśmy App Inventor firmy MIT do stworzenia aplikacji na smartfony, która jest zgodna z bazą danych Firebase i Raspberry Pi. Może również komunikować się z bazą danych za pomocą darmowej biblioteki Pythona.

Krok 2: Potrzebne materiały:

Materiały potrzebne do wykonania sadzarki do iot można łatwo znaleźć w sklepach lokalnych lub internetowych. Poniższa lista zawiera opis wszystkich potrzebnych części.

SPRZĘT:

Deska sosnowa 1" - wymiary; 300cm x 10cm (ponieważ drewno będzie na zewnątrz, polecamy drewno impregnowane)

Sklejka 1/4" - wymiary; 120cm na 80cm

Plandeka - wymiary; 180cm x 275cm

rura PCV - wymiary; długość 30 cm, średnica 2 cm

Rurka chirurgiczna - wymiary; 250cm

Staw łokciowy x 2

Wkręt do drewna x 30

ELEKTRONIKA:

Rasberry Pi3 Model B

Grove Pi + osłona czujnika

Zawór elektromagnetyczny 12 V

Czujnik wilgotności i temperatury (dht11)

Czujnik wilgoci

Czujnik jasności

Moduł przekaźnikowy

Zasilanie 12 V

Całkowity koszt tego projektu to około 50 USD

Krok 3: Części drukowane 3d

Różnorodne komponenty, które należało dostosować do tego projektu, zostały wykonane za pomocą druku 3d. Poniższa lista zawiera pełną listę części i ich specyfikacje drukowania. Wszystkie pliki STL znajdują się w załączonym powyżej folderze, co pozwala w razie potrzeby na dokonanie niezbędnych modyfikacji.

Złącze rurowe x 1, wypełnienie 30%

Adapter dyszy x 3, wypełnienie 30%

Zaślepka do rur x 3, wypełnienie 10%

Haczyk x 2, 30% wypełnienia

Mocowanie czujnika x 1, wypełnienie 20%

Adapter zaworu x 1, wypełnienie 20%

Osłona okablowania x 1, wypełnienie 20%

Użyliśmy naszego Creality Ender 3 do wydrukowania części, co zajęło około 8 godzin dla 12 części.

Krok 4: Plany

Jeden nie ogranicza się do wymiarów, które wybraliśmy do wykonania naszej donicy, ale załączone powyżej są wszystkie szczegóły wymagane do wykonania projektu. W kolejnych krokach można wykonać te obrazy, aby wyciąć drewno.

Krok 5: Budowanie boków

Do przechowywania roślin postanowiliśmy wykonać konstrukcję doniczki z drewna. Wymiary wewnętrzne naszego pudełka to 70cm na 50cm przy wysokości 10cm. Do budowy boków użyliśmy desek z drewna sosnowego.

Za pomocą piły tarczowej docinamy cztery kawałki na długość (wymiary załączone powyżej). W zaznaczonych miejscach wywierciliśmy otwory pilotażowe i pogłębiliśmy otwory, aby łby śrub przylegały do siebie. Po zakończeniu wkręciliśmy 8 wkrętów do drewna, upewniając się, że boki są kwadratowe, które zabezpieczają ramę.

Krok 6: Montaż panelu dolnego

Aby wykonać dolny panel, wycinamy prostokątny kawałek sklejki o grubości 5 mm, który następnie przykręcamy do ramy bocznej. Upewnij się, że otwory są wpuszczone, tak aby śruby były równo z podstawą. Potrzebne wymiary znajdują się w załączeniu powyżej.

Krok 7: Otwory na fajkę

Nasza donica jest przystosowana do trzech rzędów roślin. Dlatego w systemie nawadniania kropelkowego jedna strona musi trzymać rury doprowadzające wodę.

Zacznij od zmierzenia średnic łączników i wyciągnij je w równych odstępach na krótszym boku ramy. Ponieważ nie mieliśmy wiertła forstnera, wywierciliśmy otwór 10mm, a następnie poszerzyliśmy go wyrzynarką. Aby wygładzić szorstkie krawędzie, można użyć narzędzia Dremel, aż złącza będą pasować.

Krok 8: Podłączanie rur wodnych

Aby połączyć złącza wystarczy wyciąć dwa kawałki rury PCV o długości 12 cm. Dopasuj zestaw na sucho, aby sprawdzić, czy wszystko pasuje.

Następnie wciśnij złącze wydrukowane w 3D w środkowy otwór i dwa kolanka PCV na przeciwległych końcach, aż zostaną wyrównane. Przymocuj panel z powrotem do ramy i zakryj złącza od wewnątrz za pomocą drukowanych w 3D adapterów. Wszystkie połączenia są pasowane na wcisk i powinny być wodoszczelne, jeśli nie, można je uszczelnić klejem na gorąco lub taśmą teflonową

Krok 9: Zawór elektromagnetyczny

Do kontrolowania przepływu wody do systemu nawadniania kroplowego zastosowaliśmy zawór elektromagnetyczny. Zawór działa jak brama, która otwiera się po wysłaniu sygnału elektrycznego, dzięki czemu można nim sterować automatycznie. Aby go włączyć, przymocowaliśmy jeden koniec do źródła wody, a drugi do rury doprowadzającej wodę do sadzarki za pomocą pośredniego adaptera. Ważne jest, aby podłączyć zawór w odpowiedniej orientacji, ogólnie oznaczonej jako „IN” dla wejścia wody (kranu) i „OUT” dla wyjścia wody (sadzarka).

Krok 10: Okablowanie elektroniki

Poniżej znajduje się tabela z różnymi modułami i czujnikami z odpowiednimi portami na osłonie grovepi+.

• Czujnik temperatury i wilgotności ==> port D4
• Moduł przekaźnikowy ==> port D3
• Czujnik wilgoci ==> port A1
• Czujnik światła ==> port A0

Użyj dołączonego powyżej schematu okablowania jako odniesienia.

Krok 11: Przedział czujnika

Zbudowaliśmy pudło z przegródkami, w którym znajdowała się cała elektronika z resztek sklejki. Docinamy drewno zgodnie z układem elektroniki i sklejamy ze sobą elementy. Po wyschnięciu kleju zamontowaliśmy zasilacz i Raspberry Pi w skrzynce wnękowej, przepuszczając przewody czujników przez szczelinę. Aby zakryć szczeliny, wcisnęliśmy zadrukowane osłony, aby uszczelnić wszelkie szczeliny.

Uchwyt czujnika ma otwory do mocowania kołków, na których można zamontować czujniki. Zamocuj czujnik jasności i wilgotności na górze, a czujnik wilgoci na regulowanym gnieździe. Aby pudełko z przegródkami było łatwe do zdejmowania, przykręciliśmy drukowane w 3D haczyki i mocowanie czujnika, które umożliwiało przymocowanie pudełka do głównej konstrukcji. W ten sposób moduł elektroniczny i system iot można łatwo zintegrować z dowolną sadzarką.

Krok 12: Tworzenie bazy danych

Pierwszym krokiem jest stworzenie bazy danych dla systemu. Kliknij w poniższy link (Google firebase), który zaprowadzi Cię na stronę Firebase (musisz zalogować się na swoje konto Google). Kliknij przycisk „Rozpocznij”, który przeniesie Cię do konsoli Firebase. Następnie utwórz nowy projekt, klikając przycisk „Dodaj projekt”, wypełnij wymagania (nazwa, szczegóły itp.) i uzupełnij, klikając przycisk „Utwórz projekt”.

Potrzebujemy tylko narzędzi bazodanowych Firebase, więc wybierz „baza danych” z menu po lewej stronie. Następnie kliknij przycisk „Utwórz bazę danych”, wybierz opcję „tryb testowy” i kliknij „włącz”. Następnie ustaw bazę danych na „bazę czasu rzeczywistego” zamiast „firestore w chmurze”, klikając menu rozwijane u góry. Wybierz zakładkę "reguły" i zmień dwa "fałsz" na "prawda", na koniec kliknij zakładkę "dane" i skopiuj adres URL bazy danych, będzie to wymagane później.

Ostatnią rzeczą, którą musisz zrobić, to kliknąć ikonę koła zębatego obok przeglądu projektu, następnie „ustawienia projektu”, następnie wybrać zakładkę „konta usług”, na koniec kliknąć „Sekrety bazy danych” i zanotować kod bezpieczeństwa Twojej bazy danych. Po wykonaniu tego kroku pomyślnie utworzyłeś bazę danych w chmurze, do której można uzyskać dostęp ze smartfona i Raspberry Pi. (W razie wątpliwości użyj załączonych zdjęć lub po prostu wstaw pytanie lub komentarz w sekcji komentarzy)

Krok 13: Konfiguracja aplikacji

Kolejną częścią systemu IoT jest aplikacja na smartfony. Zdecydowaliśmy się użyć programu MIT App Inventor, aby stworzyć własną, dostosowaną aplikację. Aby skorzystać z aplikacji, którą stworzyliśmy, najpierw otwórz poniższy link (MIT App Inventor), który zaprowadzi Cię na ich stronę internetową. Następnie kliknij „Utwórz aplikacje” u góry ekranu i zaloguj się na swoje konto Google.

Pobierz plik.aia, do którego link znajduje się poniżej. Otwórz zakładkę "projekty" i kliknij "Importuj projekt (.aia) z mojego komputera", następnie wybierz plik, który właśnie pobrałeś i kliknij "ok". W oknie komponentów przewiń wszystko w dół, aż zobaczysz „FirebaseDB1”, kliknij go i zmień „FirebaseToken”, „FirebaseURL” na wartości, o których zachowałeś notatkę w poprzednim kroku.

Po wykonaniu tych kroków możesz pobrać i zainstalować aplikację. Możesz pobrać aplikację bezpośrednio na telefon, klikając zakładkę „Buduj” i klikając „Aplikacja (podaj kod QR dla.apk)”, a następnie skanując kod QR smartfonem lub klikając „Aplikacja (zapisz.apk na moim komputerze)” pobierzesz plik APK na swój komputer, który musisz przenieść na smartfona, aby następnie zainstalować.

Krok 14: Programowanie Raspberry Pi

Raspberry Pi musi być flashowane z najnowszą wersją Raspbian (Raspbian). Jeśli planujesz używać osłony GrovePi+, tak jak my, sflashuj swoje Raspberry Pi za pomocą najnowszej wersji „Raspbian for Robots” (Raspbian for Robots). Po sflashowaniu Raspberry Pi będziesz musiał zainstalować dodatkową bibliotekę Pythona. Otwórz terminal i wklej następujące polecenia:

1. żądania instalacji sudo pip ==1.1.0
2. sudo pip zainstaluj python-firebase

Gdy to zrobisz, pobierz załączony poniżej plik i zapisz go w katalogu na swoim Raspberry Pi. Otwórz plik i przewiń w dół do wiersza 32. W tym wierszu zastąp część z napisem „wklej tutaj swój adres URL” adresem URL bazy danych, który zanotowałeś wcześniej, pamiętaj o wklejeniu adresu URL między znakami „”. Dzięki temu skończysz, otwórz terminal i uruchom skrypt Pythona za pomocą polecenia „python”.

Krok 15: Korzystanie z aplikacji

Interfejs naszej aplikacji jest dość oczywisty. Cztery górne pola wyświetlają w czasie rzeczywistym wartości jasności, temperatury, wilgotności i wilgotności gleby w procentach. Wartości te można zaktualizować, klikając przycisk „Pobierz wartości”, który instruuje Raspberry Pi, aby zaktualizować bazę danych w chmurze, a następnie przycisk „Odśwież”, który odświeża ekran po zaktualizowaniu bazy danych.

Dolna część ekranu przeznaczona jest na system nawadniania kroplowego. Przycisk „on” włącza pompę wody, przycisk „off” wyłącza ją. Przycisk „auto” wykorzystuje różne wartości czujników do obliczania dokładnej ilości wody potrzebnej codziennie i podlewa rośliny dwa razy dziennie o 8 rano i 16 po południu.

Krok 16: Podkładka pod plandekę

Ponieważ wilgoć w glebie może z czasem gnić drewno, przycinamy brezent do odpowiedniego rozmiaru i układamy go na wewnętrznej powierzchni donicy. Upewnij się, że przeciągasz go po bokach, a następnie trzymasz na miejscu za pomocą kleju. Po zakończeniu wypełniliśmy glebę, którą dostaliśmy z lokalnej farmy. Rozłóż glebę równomiernie do góry, a następnie osadź trzy rzędy rurek nawadniających.

W rogu w pobliżu rur wodociągowych zamontuj skrzynkę elektroniczną i osadź czujnik wilgoci w glebie. Ułatwia to okablowanie, ponieważ zawór elektromagnetyczny znajduje się blisko elektroniki i można go łatwo podłączyć.

Krok 17: System nawadniania kroplowego

Wytnij trzy kawałki rurki chirurgicznej rozciągającej się wzdłuż donicy (około 70 cm), która posłuży jako główna linia kroplująca dla roślin. Dlatego zaplanuj potrzebne odstępy między roślinami i wywierć otwór o średnicy 1 mm i odstępy. Sprawdź, czy woda łatwo kapie i w razie potrzeby powiększ otwory. Użyj trzech zatyczek, aby zamknąć końce, upewniając się, że woda jest ograniczona do wypływania tylko z otworów kroplowych.

Lekko zanurz rurki w glebie i gotowe do podlewania roślin!

Krok 18: Wyniki sadzenia

Powyższe zdjęcia to efekty pracy ogrodu iot przez miesiąc. Rośliny są zdrowe i udało nam się wyhodować zioła takie jak mięta i kolendra.

Dzięki eksperymentom zauważyliśmy, że tryb automatyczny pozwala zaoszczędzić blisko 12% wody dziennie. Gdy rośliny są podlewane przez nawadnianie kroplowe, ich korzenie rosną prosto, dając więcej miejsca na wzrost większej liczby roślin w donicy. Jedyną wadą, którą zaobserwowaliśmy, było to, że większe rośliny potrzebują większej głębokości gleby. To powiedziawszy, dzięki modułowej konstrukcji można łatwo dodać głębszą podstawę do ich wymagań.

Podsumowując, ten system nie tylko sprawia, że Twój ogród jest bardziej wydajny, ale także zapewnia dobre samopoczucie Twoich roślin, ponieważ informacje zwrotne w czasie rzeczywistym zapewniają solidną metodę dostarczania odpowiedniej ilości wody i światła słonecznego. Mamy nadzieję, że instrukcje były przydatne i pomogą Ci wyhodować swój własny ogród iot.

Miłego robienia!

Pierwsza nagroda w IoT Challenge