Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Ennek a projektnek az egyik elsődleges célja az volt, hogy képes legyen fenntartani egy kert jólétét a dolgok internete (IoT) segítségével. A jelenlegi eszközök és szoftverek sokoldalúságának köszönhetően ültetőgépünket olyan érzékelőkkel integrálták, amelyek figyelik a növények valós idejű állapotát. Építettünk egy okostelefonos alkalmazást, amellyel hozzáférhetünk az adatokhoz, és szükség esetén megtehetjük a szükséges lépéseket.

Ültetőgépünk méretezhető, olcsó és könnyen megépíthető, így tökéletes lehetőség zöldség hozzáadására a teraszra vagy a kertbe. Az intelligens kert hatékonyabbnak bizonyult a vízfogyasztásban, és megkönnyíti a karbantartást és a felügyeletet.

Kövesse, ha megtanulja, hogyan készítsen saját adatbázist és alkalmazást egy kert létrehozásával, amelyet egyetlen gombnyomással nyomon követhet!

1. lépés: Az IOT rendszer áttekintése

Az Iot rendszer a következő folyamatokon keresztül működik. A Raspberry Pi segítségével a kertről hasznos információkat, például fényességet, páratartalmat és a talaj nedvességtartalmát továbbíthatják a különböző érzékelőkből a felhő adatbázisba. Ha az információ a felhőben van, az általunk készített okostelefonos alkalmazás segítségével bárhonnan elérhető. Ez a folyamat is visszafordítható, a felhasználó utasításokat, például a vízszivattyú állapotát küldheti vissza a kertbe, amely végrehajtja a szükséges parancsokat.

Íme néhány kertünk legfontosabb jellemzője:

Valós idejű visszajelzés a kert különböző érzékelőiről

A kert egészségi állapotának adatbázisa

Globális felügyeleti és működési kapacitások

Csepegtető öntözőrendszer

Alkalmazás által vezérelt vízrendszer

Automatikus öntözési ütemterv

Úgy döntöttünk, hogy a Google Firebase -jét használjuk IOT rendszerünk közvetítőjeként, saját ingyenes felhőalapú adatbázis létrehozásához. Ezt követően az MIT App Inventor segítségével okostelefonos alkalmazást készítettünk, amely kompatibilis a Firebase adatbázissal és a Raspberry Pi -vel. Kommunikálhat az adatbázissal egy ingyenes Python könyvtár segítségével.

2. lépés: Szükséges anyagok:

Az iot vetőgép elkészítéséhez szükséges anyagok könnyen megtalálhatók a helyi vagy online boltokban. A következő lista az összes szükséges alkatrész leírását tartalmazza.

HARDVER:

1 "Fenyőfa deszka - méretek; 300 cm x 10 cm (mivel a fa kültéri lesz, kezelt fát ajánlunk)

1/4 "rétegelt lemez - méretek; 120 cm x 80 cm

Ponyvalap - méretek; 180 cm x 275 cm

PVC cső - méretek; hossza 30 cm, átmérője 2 cm

Sebészeti cső - méretek; 250 cm

Könyökcsukló x 2

Facsavar x 30

ELEKTRONIKA:

Rasberry Pi3 B modell

Grove Pi + érzékelőpajzs

12V mágnesszelep

Páratartalom és hőmérséklet érzékelő (dht11)

Nedvesség érzékelő

Fényesség érzékelő

Relé modul

12V -os tápegység

A projekt teljes költsége nagyjából 50 USD

3. lépés: 3D nyomtatott alkatrészek

A projekthez testreszabni kívánt különféle alkatrészeket készítettek 3D nyomtatással. Az alábbi lista tartalmazza az alkatrészek teljes listáját és nyomtatási specifikációikat. Az összes STL fájl a fenti csatolt mappában található, lehetővé téve a szükséges módosításokat, ha szükséges.

Csőcsukló x 1, 30% kitöltés

Fúvókaadapter x 3, 30% töltet

Csődugó x 3, 10% töltet

Horog x 2, 30% kitöltés

Érzékelő tartó x 1, 20% kitöltés

Szelepadapter x 1, 20% töltet

Vezetékfedél x 1, 20% töltet

Az alkatrészek nyomtatásához a Creality Ender 3 -at használtuk, ami körülbelül 12 órát vett igénybe a 12 résznél.

4. lépés: A tervek

Az egyik nem korlátozódik azokra a méretekre, amelyeket az ültetőgépünk gyártásához választottunk, de a fenti melléklet tartalmazza a projekt elkészítéséhez szükséges összes részletet. A következő lépésekben ezekre a képekre hivatkozhat a fa vágásához.

5. lépés: Az oldalak építése

A növények tartásához úgy döntöttünk, hogy fából ültetvényt készítünk. Dobozunk belső mérete 70 cm x 50 cm, magassága 10 cm. Az oldalak építéséhez fenyőfa deszkákat használtunk.

Körfűrésszel vágjuk a négy darabot hosszúságra (méretek fent csatolva). Fúrólyukakat fúrtunk a megjelölt helyeken, és elsüllyesztettük a lyukakat úgy, hogy a csavarfejek egy síkba kerüljenek. Miután elkészültünk, 8 facsavart hajtottunk be, miközben meggyőződtünk arról, hogy az oldalak négyzet alakúak, amelyek rögzítik a keretet.

6. lépés: Az alsó panel felszerelése

Az alsó panel elkészítéséhez egy téglalap alakú darabot vágtunk ki 5 mm -es rétegelt lemezből, amelyet ezután a helyére csavarva rögzítettünk. Győződjön meg arról, hogy a lyukak be vannak süllyesztve, hogy a csavarok egy síkban legyenek az alappal. A szükséges méreteket fent találja.

7. lépés: Lyukak a csőhöz

Ültetőgépünk három sor növény elhelyezésére készült. Ezért a csepegtető öntözőrendszer egyik oldalán meg kell tartani a csöveket a vízbevezetéshez.

Először mérje meg a csatlakozók átmérőjét, és húzza ki egyenlő távolságra a keret rövidebb oldalán. Mivel nem volt forstner -bitünk, ezért 10 mm -es lyukat fúrtunk, majd kiraktuk egy szúrófűrésszel. A durva élek simításához használjon Dremelt, amíg a csatlakozók be nem illeszkednek.

8. lépés: A vízcsövek csatlakoztatása

Az illesztések összekapcsolásához egyszerűen vágjon két darab 12 cm hosszú PVC csövet. Száraz illeszkedéssel ellenőrizze, hogy minden jól illeszkedik -e.

Ezután nyomja be a 3D nyomtatott kötést a középső lyukba és a két PVC könyökcsatlakozót az ellenkező végén, amíg egy síkba nem kerülnek. Rögzítse a panelt a kerethez, és zárja le a csatlakozókat belülről a 3D nyomtatott adapterekkel. Minden csatlakozás súrlódóan illeszkedik, és vízállónak kell lennie, ha nem, akkor az illesztéseket forró ragasztóval vagy teflonszalaggal lehet lezárni

9. lépés: Mágnesszelep

A csepegtető öntözőrendszerbe történő vízáramlás szabályozására mágnesszelepet használtunk. A szelep kapuként működik, amely kinyílik, amikor elektromos jelet küld, így automatikusan vezérelhető. Beillesztéséhez az egyik végét a vízforráshoz, a másikat a vetőgép vízbevezető csövéhez rögzítettük egy közbenső adapter segítségével. Fontos, hogy a szelepet a megfelelő tájolásban csatlakoztassa, általában "IN" jelzéssel a vízbemenethez (csap) és "OUT" a vízkimenethez (vetőgép).

10. lépés: Az elektronika bekötése

Az alábbiakban egy táblázat található a különböző modulokkal és érzékelőkkel, a Grovepi+ pajzson lévő portjaikkal.

• Hőmérséklet és páratartalom érzékelő ==> D4 port
• Relé modul ==> D3 port
• Nedvességérzékelő ==> A1 port
• Fényérzékelő ==> A0 port

Használja a fent csatolt kapcsolási rajzot referenciaként.

11. lépés: Érzékelőtér

Építettünk egy rekeszdobozt, amely az összes elektronikát befogadta a maradék rétegelt lemezből. Az elektronika elrendezése szerint vágtuk a fát, és összeragasztottuk a darabokat. Miután a ragasztó megszáradt, a tápegységet és a Raspberry Pi -t a rekeszdobozba szereltük, és az érzékelők vezetékeit egy résen keresztül tápláltuk. A rések lefedése érdekében nyomtatott borítókat nyomtunk a rések lezárására.

Az érzékelőtartó lyukakkal rendelkezik a csapok rögzítéséhez, amelyekre az érzékelőket felszerelheti. Csatlakoztassa a fényerő és páratartalom érzékelőt a tetejére, és a nedvességérzékelőt az állítható nyíláshoz. Annak érdekében, hogy a rekeszdoboz könnyen eltávolítható legyen, 3D -s nyomtatott kampókat és az érzékelő tartóját csavaroztuk be, amelyek lehetővé tették, hogy a doboz a főszerkezetre pattanjon. Így az elektronikus és iot rendszeregységek könnyen integrálhatók bármelyik vetőgépbe.

12. lépés: Az adatbázis létrehozása

Az első lépés egy adatbázis létrehozása a rendszer számára. Kattintson a következő linkre (Google firebase), amely a Firebase webhelyére vezet (be kell jelentkeznie Google -fiókjával). Kattintson az „Első lépések” gombra, amely a Firebase konzolra irányít. Ezután hozzon létre egy új projektet a "Projekt hozzáadása" gombra kattintva, töltse ki a követelményeket (név, adatok stb.), Majd fejezze be a "Projekt létrehozása" gombra kattintva.

Csak a Firebase adatbázis-eszközeire van szükségünk, ezért válassza ki az "adatbázis" lehetőséget a bal oldali menüből. Ezután kattintson az "Adatbázis létrehozása" gombra, válassza ki a "tesztmód" opciót, majd kattintson az "engedélyezés" gombra. Ezután állítsa az adatbázist "valós idejű adatbázisra" a "felhőtűzhely" helyett, kattintson a tetején található legördülő menüre. Válassza ki a "szabályok" fület, és módosítsa a két "hamis" értéket "igaz" értékre, végül kattintson az "adatok" fülre, és másolja le az adatbázis URL -jét, erre a későbbiekben szükség lesz.

Az utolsó dolog, amit meg kell tennie, kattintson a fogaskerék ikonra a projekt áttekintése mellett, majd a "projektbeállítások" elemre, majd válassza ki a "szolgáltatási fiókok" fület, végül kattintson az "Adatbázis titkai" gombra, és jegyezze fel a biztonsági kódot az adatbázisából. Ezzel a lépéssel sikeresen létrehozta a felhőalapú adatbázisát, amely okostelefonjáról és a Raspberry Pi -ről érhető el. (Bizonyos kétségek esetén használja a fenti mellékelt képeket, vagy csak tegyen fel egy kérdést vagy megjegyzést a megjegyzés rovatba)

13. lépés: Az alkalmazás beállítása

Az IoT rendszer következő része az okostelefonos alkalmazás. Úgy döntöttünk, hogy az MIT App Inventort használjuk saját, személyre szabott alkalmazásunk elkészítéséhez. Az általunk létrehozott alkalmazás használatához nyissa meg az alábbi linket (MIT App Inventor), amely a weboldalukra vezet. Ezután kattintson a képernyő tetején található "Alkalmazások létrehozása" elemre, és jelentkezzen be Google -fiókjával.

Töltse le az alább linkelt.aia fájlt. Nyissa meg a "projektek" fület, és kattintson a "Projekt importálása (.aia) a számítógépről" lehetőségre, majd válassza ki a letöltött fájlt, majd kattintson az "OK" gombra. Az összetevők ablakban görgessen lefelé, amíg meg nem jelenik a "FirebaseDB1", kattintson rá, és módosítsa a "FirebaseToken", "FirebaseURL" értékeket azokra az értékekre, amelyeket az előző lépésben megjegyzett.

Miután ezeket a lépéseket elvégezte, készen áll az alkalmazás letöltésére és telepítésére. Az alkalmazást közvetlenül a telefonjára töltheti le, ha rákattint a "Build" fülre, majd az "App (QR -kód megadása.apk -ra)", majd beolvassa a QR -kódot okostelefonjával, vagy kattintson az "App (save.apk to my computer) gombra.) "letölti az apk fájlt a számítógépére, amelyet telepítenie kell az okostelefonra.

14. lépés: A Raspberry Pi programozása

A Raspberry Pi -t a Raspbian (Raspbian) legújabb verziójával kell megvillantani. Ha azt tervezi, hogy a GrovePi+ pajzsot használja, mint mi, akkor a Raspberry Pi -t használja a "Raspbian for Robots" legújabb verziójával (Raspbian for Robots). Miután felvillantotta a Raspberry Pi -t, telepítenie kell egy további python könyvtárat. Nyissa meg a terminált, és illessze be a következő parancsokat:

1. sudo pip telepítési kérések == 1.1.0
2. sudo pip install python-firebase

Ha ez megtörtént, töltse le az alább csatolt fájlt, és mentse el a Raspberry Pi könyvtárába. Nyissa meg a fájlt, és görgessen lefelé a 32. sorig. Ezen a soron cserélje ki az „illessze be ide az URL -jét” részt az adatbázis URL -címével, amelyet korábban megjegyzett. Ezzel kész, nyissa meg a terminált, és futtassa a python szkriptet a "python" paranccsal.

15. lépés: Az alkalmazás használata

Az alkalmazásunk kezelőfelülete meglehetősen magától értetődő. A felső négy doboz valós időben jeleníti meg a fényerő, a hőmérséklet, a páratartalom és a talaj nedvességtartalmát százalékban. Ezeket az értékeket az "értékek lekérése" gombra kattintva lehet frissíteni, amely arra utasítja a Raspberry Pi -t, hogy frissítse a felhőalapú adatbázist, majd a "frissítés" gombot, amely frissíti a képernyőt az adatbázis frissítése után.

A képernyő alsó része a csepegtető öntözőrendszerhez tartozik. Az "on" gomb bekapcsolja a vízszivattyút, míg a "off" gomb kikapcsolja. Az "auto" gomb a különböző érzékelőértékek alapján kiszámítja a napi szükséges vizet, és naponta kétszer öntözi a növényeket 8:00 és 16:00 órakor.

16. lépés: Ponyva bélés

Mivel a talaj nedvessége idővel rothadhat a fán, levágunk egy ponyvás lapot méretre, és kibéleljük a vetőgép belső felületén. Ügyeljen arra, hogy húzza át az oldalakon, majd végül ragasztóval tartsa a helyén. Miután befejeztük, megtöltöttük a talajt, amelyet egy helyi gazdaságból kaptunk. A talajt egyenletesen terítse fel a tetejére, majd ágyazza be a csepegtető öntözőcső három sorát.

A sarokban, a vízvezetékek közelében illessze be az elektronikus dobozt, és helyezze be a nedvességérzékelőt a talajba. Ez megkönnyíti a huzalozást, mivel a mágnesszelep az elektronika közelében van, és könnyen csatlakoztatható.

17. lépés: Csepegtető öntözőrendszer

Vágjon le három darabot a műtéti csőből, amelyek az ültetőgép hosszában (kb. 70 cm) húzódnak, ez lesz a növények fő csepegtető vonala. Ezért tervezze meg a szükséges távolságot a növények között, és fúrjon 1 mm -es lyukat és az intervallumokat. Ellenőrizze, hogy a víz könnyen csepeg, és szükség esetén növelje a lyukakat. A három dugóval zárja le a végeket, ügyelve arra, hogy a víz csak a csepegtető lyukakból jöjjön ki.

Enyhén beágyazza a csöveket a talajba, és készen áll a növények öntözésére!

18. lépés: Ültetési eredmények

A fenti képek az egy hónapig tartó iot kert eredményei. A növények egészségesek, és sikerült olyan gyógynövényeket termeszteni, mint a menta és a koriander.

Kísérletezés során észrevettük, hogy az automatikus üzemmód napi közel 12% vizet takarít meg. Ahogy a növényeket csepegtető öntözéssel öntözik, gyökereik egyenesen nőnek, így több hely marad több növény termesztésére. Az egyetlen hátrány, amit megfigyeltünk, az volt, hogy a nagyobb növényeknek nagyobb talajmélységre van szükségük. Ez azt jelenti, hogy a moduláris felépítésnek köszönhetően könnyen mélyebb bázist adhat hozzá igényeikhez.

Összefoglalva, ez a rendszer nemcsak hatékonyabbá teszi kertjét, hanem biztosítja a növények jólétét is, mivel a valós idejű adatvisszajelzés robusztus módszert kínál a megfelelő mennyiségű víz és napfény biztosítására. Reméljük, hogy az utasítások hasznosak voltak, és segítenek a saját kertjének termesztésében.

Boldog alkotást!

Első díj az IoT Challenge -ben