Automatyzacja szklarni: 11 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Automatyka szklarniowa to projekt, w którym trzy parametry szklarni, tj. Wilgotność gleby, Temperatura i Wilgotność są monitorowane przez użytkownika zdalnie za pomocą przeglądarki internetowej.

Krok 1: Wymagane komponenty

Niektóre niezbędne elementy są wymienione poniżej

1. Raspberry PI Model B

2. Płyta rozwojowa NodeMCU

3. Moduł Wifi ESP8266

4. Czujnik wilgoci

5. Czujnik temperatury i wilgotności DHT11

6. Przekaźnik jednokanałowy 5 V

7. Zatapialna pompa wodna 5 V

8. Deska do chleba

9. Moduł zasilania płyty chlebowej

Krok 2: Język i protokół

• Język C jest używany dla mikrokontrolerów.
• Komunikaty MQTT: MQTT to skrót od MQ Telemetry Transport. Jest to niezwykle prosty i lekki protokół przesyłania wiadomości typu publikuj/subskrybuj, zaprojektowany dla urządzeń z ograniczeniami oraz sieci o niskiej przepustowości, dużych opóźnieniach lub zawodnych. Zasady projektowania mają na celu zminimalizowanie przepustowości sieci i wymagań dotyczących zasobów urządzenia, przy jednoczesnym dążeniu do zapewnienia niezawodności i pewnego stopnia pewności dostarczania. Zasady te okazują się również sprawiać, że protokół jest idealny dla wyłaniającego się świata połączonych urządzeń typu „machine-to-machine” (M2M) lub „Internet of Things” oraz dla aplikacji mobilnych, w których przepustowość i moc baterii są na wagę złota.
• Program w języku Python służy do automatyzacji przepływu wody i łączności z bazą danych.

Krok 3: Eclipse Mosquitto Broker MQTT

Tutaj użyłem Mosquitto MQTT Broker do łatwej komunikacji wiadomości między węzłami.

Eclipse Mosquitto to broker komunikatów typu open source (na licencji EPL/EDL), który implementuje protokół MQTT w wersjach 5.0, 3.1.1 i 3.1. Mosquitto jest lekki i nadaje się do użytku na wszystkich urządzeniach, od komputerów jednopłytowych o małej mocy po pełne serwery.

Protokół MQTT zapewnia uproszczoną metodę przesyłania wiadomości przy użyciu modelu publikowania/subskrybowania. Dzięki temu nadaje się do przesyłania wiadomości w Internecie rzeczy, takich jak czujniki o niskim poborze mocy lub urządzenia mobilne, takie jak telefony, komputery wbudowane lub mikrokontrolery.

Projekt Mosquitto dostarcza również bibliotekę C do implementacji klientów MQTT oraz bardzo popularnych klientów MQTT wiersza poleceń mosquitto_pub i mosquitto_sub.

Krok 4: Przepływ danych w całym projekcie

Na powyższym obrazku węzły są

1. WęzełMCU
2. Malina PI
3. ESP8266

NodeMCU to część czujnikowa zielonego domu, a ESP8266 to część uruchamiająca, która dostarcza wodę, gdy ziemia potrzebuje wody zgodnie z czujnikami.

Raspberry PI zawiera Mosquitto Broker i klienta Pythona, który subskrybuje wiadomości przychodzące od MQTT Broker i przechowuje dane na serwerze SQL.

Krok 5: Połączenie czujników z NodeMCU

Czujnik temperatury i wilgotności DHT11 oraz czujnik wilgotności wody mogą pracować przy napięciu 3,3 V.

NodeMCU nie może zapewnić więcej niż 3,3 wolta. Dzięki temu czujniki mogą być bezpośrednio połączone z płytką mikrokontrolera NodeMCU.

Krok 6: Podłączanie zatapialnej pompy wodnej z ESP8266

Zatapialna pompa wodna służy do dostarczania wody w razie potrzeby.

Pompa wody potrzebuje do pracy zasilania 5 V.

Do podłączenia silnika potrzebny jest przekaźnik jednokanałowy. Gdy pin GPIO2 ESP8266 jest aktywowany, przekaźnik włącza się i automatycznie dostarcza wodę za pomocą zanurzalnej pompy wodnej.

Tutaj zewnętrzne zasilanie jest dostarczane do płyty ESP8266, przekaźnika i zatapialnej pompy wodnej.

Moje kompletne połączenie sprzętowe znajduje się na powyższym obrazku.

Krok 7: Instalacja Mosquitto Broker i uruchomienie programu Python w Raspberry Pi

Poniżej przedstawiono kroki instalacji brokera Mosquitto w Raspberry PI

Otwórz terminal i wpisz następujące polecenia

sudo apt-add-repository ppa: mosquitto-dev/mosquitto-ppa

aktualizacja sudo apt-get

sudo apt-get install mosquitto

sudo apt-get install mosquitto-clients

Powinien automatycznie uruchomić komara.

Aby zatrzymać i uruchomić usługę, której potrzebowałem

usługa sudo zatrzymuje komary

usługa sudo uruchamia komara

Większość stron, które odkryłem, używa tego formatu.

sudo /etc/init.d/mosquitto stop

Krok 8: Jak działa MQTT?

MQTT to jeden z najczęściej używanych protokołów w projektach IoT. Oznacza transport telemetrii kolejkowania wiadomości.

Ponadto został zaprojektowany jako lekki protokół przesyłania wiadomości, który wykorzystuje operacje publikowania/subskrybowania do wymiany danych między klientami a serwerem. Co więcej, jego mały rozmiar, niskie zużycie energii, zminimalizowane pakiety danych i łatwość implementacji sprawiają, że protokół ten jest idealny dla świata „maszyna-maszyna” lub „internetu rzeczy”.

Jak każdy inny protokół internetowy, MQTT opiera się na klientach i serwerze. Podobnie serwer to facet, który jest odpowiedzialny za obsługę żądań klienta o odbieranie lub wysyłanie danych między sobą. Serwer MQTT nazywa się brokerem, a klienci to po prostu podłączone urządzenia. Tak więc:

* Gdy urządzenie (klient) chce przesłać dane do brokera, nazywamy tę operację „publikacją”.

* Gdy urządzenie (klient) chce otrzymać dane od brokera, nazywamy tę operację „subskrypcją”.

Krok 9: Programowanie NodeMCU i ESP8266

Poniżej znajduje się kod źródłowy dla płyty mikrokontrolera NodeMCU i ESP8266

Krok 10: Projektowanie strony internetowej i łączenie się z bazą danych SQL

Strona internetowa została zaprojektowana w języku HTML, CSS i PHP.

PHP służy do wyodrębniania odczytów czujników z bazy danych i wyświetlania ich na stronie HTML.

Sercem tego projektu jest program Python.

Prace, które wykonuje program Pythona, są następujące.

1. Zapisuje się do tematu, w którym czujnik wysyła odczyty czujnika.
2. Publikuje polecenie włączenia/wyłączenia pompy wodnej do brokera MQTT.
3. Przechowuje odczyt czujnika w bazie danych SQL.

Tutaj w moim przypadku program python i baza danych SQL są obecne w laptopie. Strona internetowa działająca na lokalnym hoście.

Poniżej znajduje się kod źródłowy mojego programu Pythona.

Krok 11: Zakończ pracę

Poniżej przedstawiono kroki, w których proces przebiega.

1. NodeMCU działa jako część czujnikowa i odczytuje temperaturę, wilgotność i poziom wilgotności gleby.
2. Wysyła odczyty do brokera MQTT z tematem „Temat 1”
3. W laptopie uruchomiony program python i subskrybuje temat "Temat 1" z brokerem MQTT.
4. Gdy NodeMCU wysyła odczyty, broker Mosquitto MQTT natychmiast wysyła dane do programu Pythona.
5. Następnie program Python oblicza, czy w Zielonym Domu jest potrzebna woda. Następnie zapisuje odczyty w bazie danych SQL.
6. Jeśli woda jest potrzebna w Zielonym Domu, program pytona publikuje komunikat o włączeniu/wyłączeniu pompy wodnej do brokera Mosquitto MQTT z tematem „Temat 2”
7. ESP8266 działa jako siłownik. Zapisuje się w temacie "Temat 2", w którym program python publikuje wiadomość. Gdy program Pythona opublikuje jakąkolwiek wiadomość, wiadomość natychmiast zostanie przeniesiona do ESP8266. Zgodnie z komunikatem on/off włączał/wyłączał zatapialną pompę wody.
8. Ostatnia faza wyświetlania odczytów na żywo na stronie internetowej. Strona internetowa pobiera dane z bazy SQL, w której program python przechowuje dane bezpośrednio i wyświetla odczyty na stronie.