Automatizovaný květináč - malá zahrada: 13 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Jsem studentem multimediální a komunikační technologie na Howest Kortrijk. Pro naše konečné zadání jsme museli vyvinout projekt IoT podle vlastního výběru.

Když jsem se rozhlédl po nápadech, rozhodl jsem se udělat něco užitečného pro svoji matku, která miluje pěstování rostlin a začala pracovat na automatizovaném květináči.

Hlavními úkoly tohoto automatizovaného květináče, Little Garden, jsou:

• Změřte

  • Teplota
  • Intenzita světla
  • Vlhkost vzduchu
  • Vlhkost půdy

Uložte měření do databáze

Pokud je určitá hodnota příliš nízká, zlepšete podmínky pro růst rostlin

Nechte zařízení monitorovat a spravovat prostřednictvím webové stránky

Ne každý krok musí být dodržen až po značku. Mnoho z toho, co se stane, mohou být vaše osobní preference nebo je lze vylepšit. Tato sestava byla vytvořena tak, aby bylo možné části následně rekuperovat, takže možná budete chtít k iteraci přistupovat jinak, aby byla trvalejší

Krok 1: Spotřební materiál

Získání většiny dodávek pro tento projekt není příliš obtížné, i když v mém případě jsem pracoval se spoustou recyklovaných materiálů. Také jsem se musel ujistit, že poté budu moci nějaké materiály rekuperovat.

Základní komponenty:

• Raspberry Pi 4 model B
• Napájení Raspberry Pi
• Raspberry Pi T-cobbler
• 16GB micro SD karta
• Napájení na prkénko s 3,3 V a 5 V.
• Prkénko
• Napájení 12V

Senzory:

• DHT11: Senzor vlhkosti a teploty
• BH1750: Senzor intenzity světla
• Senzor vlhkosti půdy
• MCP3008

Součásti pohonu:

• Vodní čerpadlo 220V
• 12V LED pásek
• Reléový modul Velleman
• TIP 50: NPN tranzistor
• 16X2 LCD-modulový displej
• PCF8574a

Rezistory:

• 3 x 330 Ohm odpory
• 1 x 5k Ohm odpor
• 2 x 10k Ohm odpory
• Rezistor 1 x 1k Ohm
• 1 x 10k odpor potencio

Materiály:

• Prefabrikovaný skleník/květináč
• Spojovací krabice
• Plastová láhev na vodu
• Otočné
• Propojovací vodiče + běžný vodič
• Skrews
• Pájecí cín + smršťovací bužírky
• Oboustranná pásková páska
• Malovat

Nástroje:

• Tavná pistole
• Vrtat
• Čepel pily
• Páječka
• Řezačka na krabice
• Malířský štětec

Na tomto projektu je úhledné to, že jej lze rozšířit nebo zjednodušit přidáním/odebráním komponent a mírným vyladěním kódu. Například výměnou čerpadla 220 V za čerpadlo 12 V můžete ze zařízení odebrat napájecí adaptér.

Krok 2: Schéma fritzování

Provedení a elektrická schémata zařízení jsou zobrazena výše. Zde vidíte, jak jsou všechny součásti propojeny dohromady.

Obecné vysvětlení, jak komponenty fungují:

• DHT11 měří vlhkost vzduchu v % a teplotu ve ° C. Komunikaci s ním zajišťuje I2C bu.
• BH1750 měří intenzitu světla v luxech. Komunikaci zajišťuje sběrnice I2C
• Senzor půdní vlhkosti vytváří digitální signál, který je pomocí MCP3008 převeden na čitelný digitální signál pro Raspberry Pi
• LCD modul 16x2 zobrazuje IP adresy z Pi, jednu za druhou. Je připojen k PCF8574a, který přijímá signál z Raspberry Pi, který jej převede na řadu signálů pro bitové piny displeje. Piny E a RS z LCD jsou připojeny přímo k Pi. Potenciový odpor určuje jas obrazovky.
• Vodní čerpadlo je připojeno k relé, které je mezi ním a napájením/zásuvkou 220 V. Raspberry Pi může vyslat signál do relé k uzavření elektrického obvodu a zapnutí čerpadla.
• LED pásek je připojen k napájení 12V a TIP 50 (NPN tranzistor), který přepíná elektrický proud. Rezistor 1k Ohm se používá k omezení odběru energie z Raspberry Pi, jinak by byl smažený extra křupavý.

Krok 3: Připravte si Raspberry Pi

Pokud ještě žádný nemáte, budete muset na kartu SD vložit jeden z obrázků Raspberry Pi OS. Nedoporučuji používat Lite, protože to mi na začátku způsobilo problémy. Poté budete muset zajistit, aby byl váš Pi aktuální, pomocí následujících příkazů, když je Pi připojen k internetu:

1. sudo apt-get update
2. sudo apt-get upgrade

Poté můžete balíčky povolit nebo nainstalovat, aby projekt fungoval, a to buď pomocí raspi-config nebo příkazů.

• SPI
• I2C
• MySQL: další krok
• SocketIO: pip install flask-socketio

Po nastavení můžete přidat potřebné soubory, které jsou napsány v html, CSS, Javascriptu a Pythonu. Veškerý můj kód lze nalézt v mém úložišti github.

Krok 4: Databázový model - MySQL

Nahoře vidíte diagram ERD, který je hostován prostřednictvím MariaDB. Doporučuji postupovat podle tohoto instalačního průvodce MariaDB, a to nejen k instalaci MariaDB, ale také k zajištění ochrany vašeho Pi.

Pro lidi, kteří by chtěli porozumět, databáze funguje takto:

Přepínače měření a aktuátoru jsou uloženy jako řádky v tabulce Metingen.

• metingId = ID řádku měření/přepínání
• deviceId = ID zařízení odpovědného za tento řádek v tabulce

• waarde = hodnota měření senzoru nebo přepínače aktuátoru

  • senzor: hodnota měření v odpovídajících jednotkách
  • akční členy: 0 = VYPNUTO a 1 = ZAPNUTO
• commentaar = komentáře používané k přidání dalších informací, jako jsou chyby
• datum = datum a čas, kdy došlo k měření/přepnutí

Nastavení zařízení je uloženo v Nastavení.

• settingId = ID tohoto řádku a hodnota nastavení
• deviceID = ID odpovídajícího zařízení/senzoru
• waarde = hodnota nastavení
• typ = typ usazení, je maximální nebo minimální?

V neposlední řadě obsahuje tabulka Zařízení informace o senzorech a akčních členech.

• deviceId = ID zařízení v této tabulce
• naam = název zařízení/součásti
• merk = značka
• prijs = cena součásti
• beschrijving = souhrn komponenty
• eenheid = jednotka naměřených hodnot
• typeDevice = určuje, zda je komponentou snímač nebo akční člen

Krok 5: Frontend: Nastavení webového serveru

Pi bude pro váš webový server vyžadovat instalaci webového serveru Apache. To lze provést pomocí následujícího příkazu:

sudo apt-get install apache2.

Jakmile to bude hotové, můžete přejít do složky:/var/www/html. Zde budete muset umístit veškerý kód frontendu. Poté se na webové stránky dostanete tak, že přejdete na IP adresu.

Krok 6: Backend

Chcete -li spustit backend, budete muset spustit soubor app.py, a to buď ručně, nebo vytvořením služby pro něj na Pi, aby se spustilo automaticky.

Jak si můžete všimnout, existuje několik souborů. Oddělil jsem kód co nejvíce, abych měl jasný přehled a organizaci kódu.

Stručné vysvětlení:

app.py: Hlavní soubor, kde je spojena databáze, hardwarový kód a backendový kód

config.py: Konfigurační soubor pro úložiště databází

Repozitáře: Pro přístup do úložiště dat

• Pomocník

  • devices_id: třídy, které pomohou identifikovat informace o zařízení v databázi
  • lcd: ke spuštění PCF a LCD
  • Aktuátory: třídy pro spouštění akčních členů
  • Senzory: třídy pro provoz senzorů

Krok 7: Umístění LED pásky

Ustřihl jsem kousek LED pásku a přilepil ho k horní části skleníkového boxu. Pás, který jsem použil, mohl být odstřižen na více pozicích a znovu připojen, takže byste mohli umístit více proužků a poté je znovu propojit pomocí drátů, což umožní osvětlení většího prostoru.

Krok 8: Umístění zkumavek

Trubice lze umístit několika způsoby, ale v mém případě jsem je připevnil na spodní stranu, aby byly co nejdále od ostatní elektroniky a nechal vodu jednoduše proudit do špíny.

Krok 9: Umístění displeje LCD

Ve víku spojovací krabice jsem pilovým kotoučem nařízl celek, čímž jsem vytvořil dostatečně velký otvor, aby se do něj dostal displej, ale dostatečně malý, aby za ním zůstala DPS. Poté byl připevněn k víku pomocí zkosení.

LCD zobrazuje IP adresy Raspberry Pi, takže je možné zjistit, jakou adresu můžete použít k procházení webových stránek.

Krok 10: Umístění senzorů a připojení LED pásky

Pomocí schémat fritzování jsem pájel spoje mezi dráty a umístil odpory uvnitř vodičů pomocí tepelně smrštitelných trubic, abych je izoloval.

Po stranách víka a dna skleníku byly vyříznuty otvory pro připevnění obratlíků, kterými jsem protáhl vodiče pro senzory a LED pásek.

Seskupil jsem dráty podle funkcí. Napětí z drátů a smršťovacích trubek drželo senzory. Musel jsem použít pouze lepidlo na dráty pro DHT11, protože to se dále rozšířilo.

Krok 11: Zapojení Pi

Vyřízl jsem otvory na straně spojovací krabice, aby mohly později projít dráty.

Poté jsem na spodní část spojovací krabice, která byla potažena oboustrannou páskou, položil prkénko (s T-cobblerem, PCF8574a, MCP3008, nastavitelným odporem a TIP50), relé a Raspberry Pi. Napájecí zdroj se na prkénko nevešel, takže jsem jej musel dát na bok a pomocí propojovacích vodičů jsem jej propojil s prkénkem.

Nakonec jsem protáhl dráty adaptéru, senzoru a akčního členu otvory spojenými vodiči s prkénkem, Raspberry Pi a dalšími součástmi. Drát čerpadla byl přerušen, takže jsem mohl umístit konce do relé, aby mohl být použit jako spínač.

Krok 12: Výroba nádoby na vodu

Vyrobil jsem nádobu na vodu z 1l plastové lahve na vodu tak, že jsem její horní část prořízl řezačkou a namaloval pro lepší vzhled. Vodní čerpadlo pak bylo umístěno dovnitř. Vzhledem k pravidlu komunikace plavidel by voda mohla potenciálně protékat potrubím sama, ale držení trubky nahoru problém vyřeší.

Krok 13: Konečný výsledek

Okamžik, na který jste čekali. Nyní můžete špínu a semena umístit do skleníku a nechat zařízení převzít kontrolu. Můžete sledovat stav zařízení z webových stránek a nastavit optimální hodnoty pro světelné a půdní podmínky.

Půdu doporučuji zalévat nejprve ručně, protože některé nečistoty mohou být zpočátku pěkně suché. Zdá se, že některá čerpadla také docela pomalu zalévají, ale musíte být velmi opatrní, protože se naplní rychleji, než byste čekali. Sytost nad 80% může způsobit, že půda bude velmi mokrá. A ujistěte se, že snímač vlhkosti půdy je dostatečně hluboký.