Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Yksi tämän hankkeen päätavoitteista oli pystyä ylläpitämään puutarhan hyvinvointia esineiden internetin (IoT) avulla. Nykyisten työkalujen ja ohjelmistojen monipuolisuuden ansiosta kylvökoneemme on integroitu antureihin, jotka tarkkailevat kasvien reaaliaikaista tilaa. Rakensimme älypuhelinsovelluksen, jonka avulla pääsemme tietoihin ja ryhdymme tarvittaviin toimiin tarvittaessa.

Istutuskoneemme muotoilu on skaalautuva, edullinen ja helppo rakentaa, joten se on täydellinen vaihtoehto lisätä vihreyttä terassille tai takapihalle. Älykäs puutarha on osoittautunut tehokkaammaksi veden kulutuksessa ja helpottaa huoltoa ja valvontaa.

Jatka oppiaksesi tekemään oma tietokanta ja sovellus luomalla puutarha, jota voidaan seurata yhdellä napin painalluksella!

Vaihe 1: Yleiskatsaus IOT -järjestelmästä

Iot -järjestelmä toimii seuraavien prosessien kautta. Raspberry Pi -laitetta käytetään välittämään hyödyllisiä puutarhatietoja, kuten kirkkautta, kosteutta ja maaperän kosteuspitoisuutta eri antureista pilvitietokantaan. Kun tiedot ovat pilvessä, niitä voidaan käyttää mistä tahansa rakentamamme älypuhelinsovelluksen avulla. Tämäkin prosessi on palautuva, käyttäjä voi lähettää ohjeita, kuten vesipumpun tilan, takaisin puutarhaan, joka suorittaa vaaditut komennot.

Seuraavassa on muutamia puutarhan tärkeimmistä ominaisuuksista:

Reaaliaikainen palaute puutarhan eri antureista

Tietokanta puutarhan terveydentilasta

Globaali seuranta- ja toimintakapasiteetti

Tippakastelujärjestelmä

Sovellusohjattu vesijärjestelmä

Automaattiset kasteluaikataulut

Päätimme käyttää Googlen Firebasea IOT -järjestelmän välittäjänä luodaksemme oman ilmaisen pilvitietokannan. Sitten loimme MIT: n App Inventorin avulla älypuhelinsovelluksen, joka on yhteensopiva Firebase -tietokannan ja Raspberry Pi: n kanssa. Se voi myös kommunikoida tietokannan kanssa ilmaisen Python -kirjaston avulla.

Vaihe 2: Tarvittavat materiaalit:

Iot -kylvökoneen valmistukseen tarvittavat materiaalit löytyvät helposti paikallisista tai verkkokaupoista. Seuraava luettelo on kuvaus kaikista tarvittavista osista.

LAITTEISTO:

1 "mäntypuulauta - mitat; 300 cm x 10 cm (koska puu on ulkona, suosittelemme käsiteltyä puuta)

1/4 "vaneri - mitat; 120 x 80 cm

Suojapeite - mitat; Koko 180 x 275 cm

PVC -putki - mitat; pituus 30 cm, halkaisija 2 cm

Kirurginen putki - mitat; 250cm

Kyynärpää x 2

Puuruuvi x 30

ELEKTRONIIKKA:

Rasberry Pi3 Malli B

Grove Pi + anturisuoja

12V magneettiventtiili

Kosteus- ja lämpötila -anturi (dht11)

Kosteusanturi

Valoisuusanturi

Relemoduuli

12V virtalähde

Hankkeen kokonaiskustannukset ovat noin 50 USD

Vaihe 3: 3D -tulostetut osat

Eri komponentteja, jotka oli mukautettava tähän projektiin, tehtiin 3D -tulostuksen avulla. Seuraavassa luettelossa on täydellinen luettelo osista ja niiden tulostustiedot. Kaikki STL -tiedostot ovat yllä olevassa kansiossa, jolloin niitä voidaan tarvittaessa muuttaa.

Putkiliitos x 1, täyttö 30%

Suutinadapteri x 3, täyttö 30%

Putketulppa x 3, 10% täyttö

Koukku x 2, täyttö 30%

Anturikiinnitys x 1, täyttö 20%

Venttiilisovitin x 1, täyttö 20%

Johtosuojus x 1, täyttö 20%

Tulostimme osat Creality Ender 3 -laitteella, joka kesti noin 8 tuntia 12 osalle.

Vaihe 4: Suunnitelmat

Yksi ei rajoitu mittoihin, jotka valitsimme istutuskoneemme valmistamiseksi, mutta yllä on kaikki projektin tekemiseen tarvittavat tiedot. Seuraavissa vaiheissa voidaan viitata puun leikkaamiseen näiden kuvien avulla.

Vaihe 5: Sivujen rakentaminen

Kasvien pitämiseksi päätimme tehdä istutusrakenteen puusta. Laatikon sisämitat ovat 70 cm x 50 cm ja korkeus 10 cm. Sivujen rakentamiseen käytimme männyn lankkuja.

Leikkasimme pyörösahalla neljä kappaletta pituuteen (mitat liitteenä yllä). Porasimme esireiät merkittyihin kohtiin ja upotimme reiät niin, että ruuvien päät istuivat tasaisesti. Kun olemme tehneet, ajoimme 8 puuruuvia sisään ja varmistimme, että sivut olivat neliömäiset, mikä kiinnitti rungon.

Vaihe 6: Pohjapaneelin asentaminen

Pohjapaneelin valmistamiseksi leikkasimme suorakulmaisen palan 5 mm: n vanerista, jonka sitten ruuvasimme paikalleen sivukehykseen. Varmista, että reiät ovat upotettuja niin, että ruuvit ovat alustan tasalla. Tarvittavat mitat löytyvät yllä olevasta liitteestä.

Vaihe 7: Reiät putkelle

Meidän kylvökoneemme on sijoitettu kolmeen kasviriviin. Siksi tiputus kastelujärjestelmän toisella puolella on pidettävä putkia veden tuloa varten.

Aloita mittaamalla liittimien halkaisijat ja vedä ne yhtä kauas rungon lyhyemmälle puolelle. Koska meillä ei ollut forstner -terää, porasimme 10 mm: n reiän ja laajensimme sitä sitten palapelillä. Karheiden reunojen tasoittamiseen voidaan käyttää Dremeliä, kunnes liittimet sopivat.

Vaihe 8: Vesiputkien liittäminen

Liitosten liittämiseksi leikkaa vain kaksi 12 cm pitkää PVC -putkea. Sovita kokoonpano kuivana ja tarkista, sopiiko kaikki tiukasti.

Työnnä sitten 3D -painettu liitos keskireikään ja kaksi PVC -kyynärpääliitintä vastakkaisiin päihin, kunnes ne ovat tasaisia. Kiinnitä paneeli takaisin runkoon ja sulje liittimet sisäpuolelta 3D -tulostetuilla sovittimilla. Kaikki liitännät ovat kitkasovittavia ja niiden tulee olla vesitiiviitä, jos ei, liitokset voidaan tiivistää kuumaliimalla tai teflonteipillä

Vaihe 9: Magneettiventtiili

Veden virtauksen säätämiseksi tippakastelujärjestelmään käytimme magneettiventtiiliä. Venttiili toimii porttina, joka avautuu, kun sähköinen signaali lähetetään, jolloin sitä voidaan ohjata automaattisesti. Liittämiseksi se kiinnitettiin toinen pää vesilähteeseen ja toinen kylvökoneen tuloputkeen väliadapterilla. On tärkeää kytkeä venttiili oikeaan suuntaan, yleensä merkittynä "IN" veden syöttöön (hanassa) ja "OUT" veden ulostuloon (kylvölaite).

Vaihe 10: Elektroniikan kytkentä

Alla on taulukko eri moduuleista ja antureista sekä niiden portit grovepi+ -suojassa.

• Lämpötila- ja kosteusanturi ==> portti D4
• Relemoduuli ==> portti D3
• Kosteusanturi ==> portti A1
• Valoanturi ==> portti A0

Käytä viitteenä yllä olevaa kytkentäkaaviota.

Vaihe 11: Anturilokero

Rakensimme osastolaatikon, johon mahtui kaikki elektroniikka ja vaneri. Leikkasimme puun elektroniikan asettelun mukaan ja liimasimme kappaleet yhteen. Kun liima oli kuivunut, asensimme virtalähteen ja Raspberry Pi: n lokerorasiaan syöttämällä antureiden johdot aukon läpi. Aukkojen peittämiseksi työnsimme painetut kannet aukkojen tiivistämiseksi.

Anturikiinnikkeessä on reikiä tappeihin kiinnittämistä varten, joihin voit kiinnittää anturit. Kiinnitä kirkkaus- ja kosteusanturi päälle ja kosteusanturi säädettävään paikkaan. Jotta osastolaatikko olisi helposti irrotettava, ruuvaimme 3D -tulostetut koukut ja anturikiinnityksen, jonka ansiosta laatikko voi kiinnittyä päärakenteeseen. Tällä tavalla elektroninen ja iot -järjestelmäyksikkö voidaan helposti integroida mihin tahansa kylvökoneeseen.

Vaihe 12: Tietokannan luominen

Ensimmäinen vaihe on luoda tietokanta järjestelmälle. Napsauta seuraavaa linkkiä (Google firebase), joka johtaa sinut Firebasen verkkosivustoon (sinun on kirjauduttava sisään Google -tililläsi). Napsauta Aloita -painiketta, joka vie sinut Firebase -konsoliin. Luo sitten uusi projekti napsauttamalla "Lisää projekti" -painiketta, täytä vaatimukset (nimi, tiedot jne.) Ja lopeta napsauttamalla "Luo projekti" -painiketta.

Tarvitsemme vain Firebasen tietokantatyökaluja, joten valitse "tietokanta" vasemmanpuoleisesta valikosta. Napsauta seuraavaksi "Luo tietokanta" -painiketta, valitse "testitila" ja napsauta "käyttöön". Aseta seuraavaksi tietokantaksi "reaaliaikainen tietokanta" pilvipalvelun sijaan napsauttamalla yläreunan avattavaa valikkoa. Valitse "säännöt" -välilehti ja vaihda kaksi "epätosi" -asetusta arvoon "tosi", napsauta lopuksi "tiedot" -välilehteä ja kopioi tietokannan URL -osoite. Tämä vaaditaan myöhemmin.

Viimeinen asia, joka sinun on tehtävä, on napsauttaa rataskuvaketta projektin yleiskatsauksen vieressä, sitten "projektiasetukset", sitten "palvelutilit" -välilehti, lopuksi "Tietokannan salaisuudet" ja merkitä muistiin turvakoodi tietokannastasi. Kun tämä vaihe on valmis, olet luonut onnistuneesti pilvitietokantasi, jota voi käyttää älypuhelimestasi ja Raspberry Pi -laitteesta. (Käytä yllä olevia kuvia, jos olet epävarma tai pudota kysymys tai kommentti kommenttiosioon)

Vaihe 13: Sovelluksen asentaminen

IoT -järjestelmän seuraava osa on älypuhelinsovellus. Päätimme käyttää MIT App Inventoria oman räätälöidyn sovelluksen luomiseen. Jos haluat käyttää luomaamme sovellusta, avaa seuraava linkki (MIT App Inventor), joka johtaa sinut heidän verkkosivulleen. Napsauta seuraavaksi "luo sovelluksia" näytön yläreunassa ja kirjaudu sisään Google -tililläsi.

Lataa alla oleva linkki.aia. Avaa "projektit" -välilehti ja napsauta "Tuo projekti (.aia) tietokoneeltani", valitse seuraavaksi juuri lataamasi tiedosto ja napsauta "ok". Vieritä komponentti -ikkunassa alaspäin, kunnes näet "FirebaseDB1", napsauta sitä ja muokkaa "FirebaseToken", "FirebaseURL" arvoiksi, jotka olit muistanut edellisessä vaiheessa.

Kun nämä vaiheet on suoritettu, olet valmis lataamaan ja asentamaan sovelluksen. Voit ladata sovelluksen suoraan puhelimeesi napsauttamalla "Rakenna" -välilehteä ja napsauttamalla "Sovellus (anna QR -koodi.apk: lle") ja skannaamalla QR -koodi älypuhelimellasi tai napsauttamalla "Sovellus (tallenna.apk tietokoneelleni)) "lataat apk -tiedoston tietokoneellesi, jonka sinun on siirrettävä älypuhelimeesi asentaaksesi.

Vaihe 14: Raspberry Pi -ohjelmointi

Raspberry Pi -laitteeseen on lisättävä uusin Raspbian -versio (Raspbian). Jos aiot käyttää GrovePi+ -suojaa kuten mekin, flash Raspberry Pi -laitteesi uusimman "Raspbian for Robots" -version kanssa (Raspbian for Robots). Kun Raspberry Pi on välähtänyt, sinun on asennettava ylimääräinen python -kirjasto. Avaa pääte ja liitä seuraavat komennot:

1. sudo pip -asennuspyynnöt == 1.1.0
2. sudo pip asenna python-firebase

Kun tämä on tehty, lataa alla oleva tiedosto ja tallenna se Raspberry Pi -laitteen hakemistoon. Avaa tiedosto ja vieritä alas riville 32. Korvaa tällä rivillä osa "liitä URL -osoitteesi tähän" tietokantasi URL -osoitteeseen, jonka olet aiemmin huomannut. Varmista, että liität URL -osoitteen merkkien väliin. Tämän jälkeen olet valmis, avaa pääte ja suorita python -skripti käyttämällä "python" -komentoa.

Vaihe 15: Sovelluksen käyttäminen

Sovelluksemme käyttöliittymä on itsestään selvä. Neljä parasta laatikkoa näyttävät reaaliaikaiset kirkkauden, lämpötilan, kosteuden ja maaperän kosteuspitoisuuden arvot prosentteina. Nämä arvot voidaan päivittää napsauttamalla "Hae arvot" -painiketta, joka kehottaa Raspberry Piä päivittämään pilvitietokannan ja sen jälkeen "Päivitä" -painiketta, joka päivittää näytön tietokannan päivityksen jälkeen.

Näytön alaosa on tippakastelujärjestelmää varten. "On" -painike käynnistää vesipumpun ja "off" -painike sammuttaa sen. "Auto" -painike laskee eri anturiarvojen perusteella tarkan päivittäisen veden tarpeen ja kastelee kasveja kahdesti päivässä klo 8.00 ja 16.00.

Vaihe 16: Suojapeite

Koska maaperän kosteus saattaa mädättää puuta ajan mittaan, katkaisimme suojapeitteen sopivan kokoiseksi ja vuorattiin se istutuskoneen sisäpinnalle. Varmista, että vedät sen sivujen yli ja sitten lopuksi paikallaan liimalla. Kun olemme täyttäneet, täytimme paikalliselta tilalta saamamme maaperän. Levitä maaperä tasaisesti yläosaan asti ja upota sitten tippurikasteluputken kolme riviä.

Aseta vesiputkien lähellä olevaan kulmaan elektroninen laatikko ja upota kosteusanturi maaperään. Tämä helpottaa johdotustyötä, koska magneettiventtiili on lähellä elektroniikkaa ja voidaan helposti liittää.

Vaihe 17: Tippakastelujärjestelmä

Leikkaa kolme leikkausputken osaa, jotka ulottuvat kylvökoneen pituudelle (noin 70 cm), tämä toimii kasvien tärkeimpänä tiputuslinjana. Suunnittele siksi tarvittava etäisyys kasvien välillä ja poraa 1 mm reikä ja välit. Testaa, tippuuko vesi helposti ja suurenna reikiä tarvittaessa. Sulje päät kolmella tulpalla varmistaaksesi, että vettä pääsee ulos vain tippuaukoista.

Upota putket hiukan maaperään ja olet valmis kastelemaan kasvejasi!

Vaihe 18: Istutustulokset

Yllä olevat kuvat ovat tuloksia iot -puutarhasta, joka on työskennellyt kuukauden ajan. Kasvit ovat terveitä ja onnistuimme kasvattamaan yrttejä, kuten minttua ja korianteria.

Kokeilujen kautta olemme huomanneet, että automaattinen tila säästää lähes 12% vettä päivässä. Kun kasveja kastellaan tippakastelun kautta, niiden juuret kasvavat suoraan, mikä antaa enemmän tilaa kasvattaa lisää kasveja kylvökoneessa. Ainoa havaitsemamme haittapuoli oli, että suuret kasvit tarvitsevat enemmän maaperän syvyyttä. Modulaarisen rakenteen ansiosta voidaan helposti lisätä syvempi pohja heidän vaatimuksiinsa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä järjestelmä ei ainoastaan tee puutarhastasi tehokkaampaa, vaan myös varmistaa kasvien hyvinvoinnin, sillä reaaliaikainen datapalaute tarjoaa vankan tavan antaa oikea määrä vettä ja auringonvaloa. Toivomme, että ohjeista oli hyötyä ja että ne auttavat sinua kasvattamaan omaa puutarhaasi.

Hyvää tekemistä!

Ensimmäinen palkinto IoT Challengessa