IoT APIS V2 - Autonóm IoT -kompatibilis automata üzemi öntözőrendszer: 17 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Ez a projekt az előző utasításaim továbbfejlesztése: APIS - Automatizált növényi öntözőrendszer

Már majdnem egy éve használom az APIS -t, és javítani akartam az előző konstrukción:

1. Képesség a növény távoli megfigyelésére. Ez a projekt így vált IoT-kompatibilisvé.
2. Könnyen cserélhető a talajnedvesség -érzékelő. A páratartalom mérő szonda három különböző kivitelén mentem keresztül, és függetlenül attól, hogy milyen anyagot használtam, előbb -utóbb elkopott. Tehát az új kialakításnak a lehető leghosszabb ideig kellett tartania, és gyorsan és egyszerűen ki kellett cserélni.
3. Vízszint a vödörben. Szerettem volna megmondani, hogy mennyi víz van még a vödörben, és leállítani az öntözést, ha a vödör üres.
4. Jobb kinézet. Egy szürke projektdoboz jó kezdet volt, de szerettem volna valamit, ami egy kicsit jobban néz ki. Te leszel a bíró, ha el tudtam érni ezt a célt…
5. Autonómia. Azt akartam, hogy az új rendszer autonóm legyen a teljesítmény és/vagy az internet elérhetősége tekintetében.

A kapott projekt nem kevésbé konfigurálható, mint elődje, és további hasznos funkciókkal is rendelkezik.

Szerettem volna használni az újonnan beszerzett 3D-nyomtatómat is, ezért az alkatrészek egy részét ki kell nyomtatni.

1. lépés: Hardver

Az IoT APIS v2 építéséhez a következő összetevőkre lesz szüksége:

1. NodeMcu Lua ESP8266 ESP -12E WIFI Fejlesztési Tanács - a banggood.com oldalon
2. SODIAL (R) 3 tűs ultrahangos érzékelő távolságmérő modul, kettős jelátalakító, háromtűs a fedélzeten-on amazon.com
3. DC 3V -6V 5V kis merülővíz -szivattyú akváriumi akvárium szivattyú - az ebay.com -on
4. Három színű LED - az amazon.com oldalon
5. Vero board - az amazon.com -on
6. PN2222 tranzisztor - az amazon.com oldalon
7. Műanyag csavarok, csavarok és anyák
8. Forrasztóberendezés és kellékek
9. Vezetékek, ellenállások, fejlécek és egyéb különféle elektronikus alkatrészek
10. Üres Tropicana OJ 2.78 QT edény
11. 2 horganyzott szög

2. lépés: Általános tervezés

A teljes kialakítás a következő elemekből áll: 1. Talajnedvesség -szonda és növényi öntözőberendezés (kombinált - 3D nyomtatás) 2. Csővezetékek és vezetékek 3. Tálca vízszivárgás -érzékelő (3D nyomtatás) 4. Vezérlőmodul az OJ tégely tetejére szerelve (a 3D nyomtatott tokba helyezve és mellékelve) 5. Merülő vízpumpa6. NodeMCU vázlat7. IoT konfiguráció 8. Tápellátás: USB a hálózati aljzaton keresztül - VAGY - napelem (önálló üzemmód) Beszéljünk minden egyes komponensről külön -külön

3. lépés: Merülő vízszivattyú

A merített vízszivattyú az OJ tégely fogantyúja alatt található (hogy ne zavarja a vízszint mérését). A szivattyút úgy kell elhelyezni, hogy 2-3 mm-rel "lebegjen" az edény alja felett, hogy szabadon áramolhasson a beömlőnyílás.

Mivel a normál működéshez a szivattyút teljesen víz alá kell meríteni, az üveg minimális vízszintjének körülbelül 3 cm -nek (kb. 1 hüvelyknek) kell lennie.

4. lépés: A OJ Tégely tetejére szerelt vezérlőmodul

Víztartálynak választottam a szabványos nagy Tropicana OJ tégelyt. Ezek széles körben elérhetők és szabványosak.

A vezérlőmodult az üveg tetejére kell helyezni, miután eltávolította az eredeti csapot.

A platform, amelyen a vezérlőmodul található, 3D nyomtatással készült. Az STL fájl ezen utasítás fájlok és vázlatok szakaszában található.

A szivattyút, a csöveket és a vezetékeket a Tropicana edény fogantyúján keresztül vezetik, hogy felszabadítsák a helyet a vízszint méréséhez.

A vízszintet a vezérlőmodul platformjába integrált ultrahangos távolságérzékelő méri. A vízszintet úgy határozzák meg, hogy a különbség az üres edény távolságának mérése, és az edény vízzel egy bizonyos szintre van feltöltve.

A vezérlőmodult és az amerikai érzékelőt 3D nyomtatott "kupola" borítja. A kupola STL fájlja ennek az utasításnak a fájlok és vázlatok részében található.

5. lépés: Vezérlőmodul - Sémák

A vezérlőmodul sémái (beleértve az alkatrészek listáját) és a kenyértábla tervezési fájljai az utasítás fájlok és vázlatok szakaszában találhatók.

MEGJEGYZÉS: A NodeMCU -val való munka kihívást jelentő feladatnak bizonyult a rendelkezésre álló GPIO -tűk tekintetében. Szinte az összes GPIO számos funkciót lát el, ami miatt nem használhatók, vagy nem használhatók mély alvó üzemmódban (a rendszerindítási folyamat során játszott speciális funkciók miatt). Végül sikerült megtalálni az egyensúlyt a GPIO -k használata és az igényeim között, de ehhez néhány frusztráló iteráció kellett.

Például számos GPIO "forró" marad mélyalvás közben. A LED -ek csatlakoztatása azokhoz, akik mély alvás közben legyőzték az energiafogyasztás csökkentésének célját.

6. lépés: Tálca vízszivárgás -érzékelő

Ha az edény alján túlfolyónyílás van, fennáll annak a veszélye, hogy a víz túlcsordul az alsó tálcán, és kiömlik a padlóra (polcra, vagy bármire, ahol a növény található).

Észrevettem, hogy a talaj páratartalmának mérését nagymértékben befolyásolja a szonda helyzete, a talaj sűrűsége, az öntözőnyílás távolsága stb. Más szóval, csak a talaj páratartalma okozhat kárt az otthonában, ha a víz túlcsordul az alsó tálcán és kiömlik.

A túlcsordulás -érzékelő távtartó az edény és az alsó tálca között, két vezetékkel a rudak köré tekerve. Amikor a víz megtölti a tálcát, a két vezeték összekapcsolódik, jelezve ezzel a mikrokontrollert, hogy víz van az alsó tálcában.

Végül a víz elpárolog, és a vezetékek lekapcsolódnak.

Az alsó tálca 3D nyomtatással készült. Az STL fájl ezen utasítás fájlok és vázlatok szakaszában érhető el.

7. lépés: Talajnedvesség -szonda és öntözőberendezés

Egy hatszög 3D nyomtatott burkolatot úgy terveztem, hogy kombinált talajnedvesség -szonda és öntözőszekrény legyen.

A 3D nyomtatási fájl (STL) elérhető ezen utasítás fájlok és vázlatok szakaszában.

A burkolat két részből áll, amelyeket össze kell ragasztani. A cső rögzítéséhez egy módosított szögesdrótot ragasztanak a ház oldalába.

Két 4,5 mm -es lyuk található a horganyzott szögek elhelyezésére, amelyek talajnedvesség -érzékelők. A mikrovezérlőhöz való csatlakozás a szögekhez illeszkedő fém távtartókkal történik.

A 3D-s tervezés a www.tinkercad.com segítségével történik, amely egy nagyszerű és könnyen használható, mégis hatékony 3D-s tervezőeszköz.

MEGJEGYZÉS: Érdemes megkérdezni, hogy miért nem egyszerűen az egyik előre gyártott talajszondát használtam? A válasz: a fólia heteken belül feloldódik. Valójában még korlátozott ideig is a körmök feszültség alatt vannak, mégis erodálódnak, és évente legalább egyszer ki kell cserélni őket. A fenti kialakítás lehetővé teszi a szögek másodpercek alatt történő cseréjét.

8. lépés: Csővezetékek és huzalozás

A vizet a tervhez szuperlágy latex gumi félig átlátszó csöveken keresztül szállítják (1/4 "belső átmérővel és 5/16" külső átmérővel).

A szivattyú kimenetéhez nagyobb csövek és adapter szükséges: Vegyszerálló polipropilén szögesdugó, redukáló egyenes 1/4 "x 1/8" csőazonosítóhoz.

Végül egy vegyszerálló polipropilén szögesdrót, egyenes, 1/8 -os csőazonosító szolgál az öntözőszekrény csatlakozójaként.

9. lépés: NodeMCU vázlat

A NodeMCU vázlat az IoT APIS v2 számos funkcióját valósítja meg:

1. Csatlakozik a meglévő WiFi hálózathoz - VAGY - WiFi hozzáférési pontként fut (a konfigurációtól függően)
2. Lekérdezi az NTP -kiszolgálókat a helyi idő lekérdezéséhez
3. Webszervert valósít meg a növények megfigyelésére, valamint az öntözési és hálózati paraméterek beállítására
4. Méri a talaj nedvességtartalmát, az alsó tálca vízszivárgását, a víz szintjét az edényben, és vizuális jelzést ad a 3 színű LED -en keresztül
5. Online és energiatakarékos üzemmódokat valósít meg
6. A belső flash memóriában helyben tárolja az egyes öntözési helyekkel kapcsolatos információkat

10. lépés: NodeMCU Sketch - WiFi

Alapértelmezés szerint az IoT APIS v2 létrehoz egy helyi WiFi hozzáférési pontot "Plant_XXXXXX" néven, ahol XXXXXX a NodeMCU fedélzetén lévő ESP8266 chip sorozatszáma.

A beépített webszervert URL-címen érheti el: A https://plant.io belső DNS-kiszolgáló összekapcsolja készülékét az APIS állapotoldalával.

Az állapotoldalról navigálhat az öntözési paraméterek oldalra és a hálózati paraméterek oldalra, ahol elérheti, hogy az IoT APIS v2 csatlakozzon a WiFi hálózatához, és elkezdje jelenteni az állapotot a felhőnek.

Az IoT APIS támogatja az online és energiatakarékos üzemmódokat:

1. Online módban az IoT APIS folyamatosan tartja a WiFi kapcsolatot, így bármikor ellenőrizheti üzemének állapotát
2. Energiatakarékos üzemmódban az IoT APIS rendszeresen ellenőrzi a talaj nedvességtartalmát és a vízszintet, a készüléket "mély alvó" üzemmódba kapcsolva, ezáltal jelentősen csökkentve az energiafogyasztását. Az eszköz azonban nem érhető el online folyamatosan, és a paramétereket csak az eszköz bekapcsolásának ideje alatt lehetett megváltoztatni (jelenleg 30 percenként, az óra/fél órás valós idejű órához igazítva). Az eszköz 30 percenként 1 percig online marad, hogy lehetővé tegye a konfiguráció módosítását, majd mély alvó üzemmódba lép. Ha a felhasználó csatlakozik az eszközhöz, a „fel” idő 3 percre nő minden egyes kapcsolatnál.

Amikor az eszköz csatlakozik a helyi WiFi hálózathoz, annak IP -címe jelentésre kerül az IoT felhőszerver számára, és látható a mobil megfigyelő eszközön.

11. lépés: NodeMCU Sketch - NTP

Az IoT APIS v2 NTP protokollt használ a helyi idő lekéréséhez a NIST időszerverekről. A helyes idő határozza meg, hogy a készüléknek "éjszakai" üzemmódba kell -e lépnie, azaz kerülje a szivattyú működését vagy a villogó LED -et.

Az éjszakai munkaidő és a hétvégi reggel külön beállítható.

12. lépés: NodeMCU Sketch - Helyi webszerver

Az IoT APIS v2 helyi webszervert valósít meg az állapotjelentésekhez és a konfiguráció módosításához. A kezdőlap információkat tartalmaz az aktuális páratartalomról és vízszintről, a túlfolyó víz jelenlétéről az alsó tálcában és a legutóbbi öntözési statisztikákról. a hálózati konfigurálás gomb segítségével) lehetőséget biztosít a helyi WiFi hálózathoz való csatlakozáshoz, valamint az online és az energiatakarékos mód közötti váltáshoz. (A hálózati konfiguráció megváltoztatása a készülék alaphelyzetbe állítását eredményezi) Az öntözés konfigurációs oldala (a víz konfigurálása gomb segítségével érhető el) lehetővé teszi az öntözési paraméterek megváltoztatását (talajnedvesség az öntözés megkezdéséhez/leállításához, az öntözési időtartam és a telítettségi szünet a futások között, a futtatások száma), stb.) A webszerver HTML fájljai az IoT APIS Arduino IDE vázlat adatmappájában találhatók. Ezeket fel kell tölteni a NodeMCU flash memóriába SPIFF fájlrendszerként az "ESP8266 Sketch Data Upload" eszköz segítségével.

13. lépés: NodeMCU vázlat - Helyi öntözési napló és hozzáférés a belső fájlrendszerhez

Abban az esetben, ha a hálózati kapcsolat nem áll rendelkezésre, az IoT APIS v2 rendszer naplózza az összes öntözési tevékenységet helyben.

A napló eléréséhez csatlakozzon az eszközhöz, navigáljon a "/szerkesztés" oldalra, majd töltse le a watering.log fájlt. Ez a fájl a naplózás megkezdése óta az összes öntözési előzményt tartalmazza.

Példa egy ilyen naplófájlra (tabulátorral elválasztott formában) csatolva ehhez a lépéshez.

MEGJEGYZÉS: A letöltési oldal nem érhető el, ha az IoT APIS v2 fut hozzáférési pont módban (az online Java Script könyvtár függősége miatt).

14. lépés: NodeMCU vázlat - Talaj páratartalma, alsó tálca vízszivárgása, vízszint, 3 színű LED

A talaj páratartalmának mérése ugyanazon az elven alapul, mint az eredeti APIS. Kérjük, olvassa el az utasításokat a részletekért.

A víztálca szivárgását a belső PULLUP ellenállások segítségével pillanatnyi feszültség alá helyezése jelenti az edény alatt található vezetékekhez. Ha a PIN -kód állapota LOW, akkor víz van a tálcában. A HIGH PIN állapota azt jelzi, hogy az áramkör "megszakadt", ezért nincs víz az alsó tálcában.

A vízszintet úgy határozzák meg, hogy megmérik az edény tetejétől a vízfelületig mért távolságot, és összehasonlítják az üres edény aljához mért távolsággal. Kérjük, vegye figyelembe a 3 tűs érzékelő használatát! Ezek drágábbak, mint a négy tűs HC-SR04 érzékelők. Sajnos elfogytak a GPIO -k a NodeMCU -n, és minden vezetéket meg kellett szakítanom, hogy a tervezés csak egy NodeMCU -n működjön, további áramkörök nélkül.

3 színű LED jelzi az APIS állapotát:

1. Mérsékelten villogó ZÖLD - csatlakozás a WiFi hálózathoz
2. Gyorsan villogó ZÖLD - lekérdező NTP -kiszolgáló
3. Rövid, szilárd ZÖLD - csatlakozik a WiFi -hez, és sikeresen megkapta az aktuális időt az NTP -től
4. Rövid szilárd FEHÉR - a hálózat inicializálása befejeződött
5. Gyorsan villogó FEHÉR - hozzáférési pont mód indítása
6. Gyorsan villogó KÉK - öntözés
7. Mérsékelten villogó KÉK - telítő
8. Röviden szilárd AMBER, majd röviden szilárd PIROS - nem tud időt szerezni az NTP -től
9. Röviden szilárd FEHÉR a belső webszerverhez való hozzáférés során

A LED nem működik "éjszakai" üzemmódban. Az NIght mód csak akkor határozható meg megbízhatóan, ha az eszköz legalább egyszer képes volt helyi időt lekérni az NTP szerverektől (a helyi valós idejű óra a következő NTP -kapcsolat létrehozásáig használatos)

A LED funkcióra példa itt található a YouTube -on.

15. lépés: Napenergia, Power Bank és autonóm működés

Az IoT APIS v2 egyik ötlete az önálló működés képessége volt.

A jelenlegi kialakítás napelemes panelt és egy ideiglenes 3600 mAh -s tápegységet használ ennek eléréséhez.

1. A napelem elérhető az amazon.com webhelyen
2. A Power Bank az amazon.com oldalon is elérhető

A napelem 2600 mAh -s akkumulátort is beépített, de még energiatakarékos üzemmódban sem tudta fenntartani a 24 órás APIS működést (gyanítom, hogy az akkumulátor nem működik jól az egyidejű töltéssel és kisütéssel). A két akkumulátor kombinációja elegendő energiát biztosít, és lehetővé teszi mindkét akkumulátor újratöltését a nap folyamán. A napelem a power bankot tölti, míg a power bank az APIS eszközt.

FIGYELEM:

Ezek az alkatrészek opcionálisak. A készüléket egyszerűen tápelláthatja bármilyen USB adapterrel, amely 1A áramot biztosít.

16. lépés: IoT integráció - Blynk

Az új kialakítás egyik célja az volt, hogy távolról is nyomon lehessen követni a talaj páratartalmát, vízszintjét és egyéb paramétereit.

A Blynk -et (www.blynk.io) IoT -platformként választottam a könnyű használat és a tetszetős látványterv miatt.

Mivel a vázlatom a TaskScheduler kooperatív többfeladatos könyvtáron alapul, nem akartam használni a Blynk eszközkönyvtárakat (ezek nincsenek engedélyezve a TaskScheduler számára). Ehelyett a Blynk HTTP RESTful API -t használtam (itt érhető el).

Az alkalmazás konfigurálása annyira intuitív, amennyire csak lehet. Kérjük, kövesse a mellékelt képernyőképeket.

17. lépés: Vázlatok és fájlok

Az IoT APIS v2 vázlata itt található a githubon: Sketch

A vázlat által használt néhány könyvtár itt található:

1. TaskScheduler - kooperatív többfeladatos könyvtár az Arduino és az esp8266 számára
2. AvgFilter - az átlagos szűrő megvalósítása az érzékelők adatainak simítására
3. RTCLib - a valós idejű óra hardver és szoftver megvalósítása (én módosítottam)
4. Idő - Az Időkönyvtár módosításai
5. Időzóna - az időzóna számításokat támogató könyvtár

JEGYZET:

Az adatlapok, a pin dokumentáció és a 3D fájlok a fővázlat "files" almappájában találhatók.

A beépített webszerver HTML-fájljait az arduino-esp8266fs-plugin használatával kell feltölteni a NODE MCU flash memóriájába (amely a fő vázlatmappa "data" almappájából fájlrendszer-fájlt hoz létre, és feltölti a flash memóriába)

Második helyezett a beltéri kertészeti versenyen 2016