IoT-terárium: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Moje přítelkyně je posedlá pokojovými rostlinami a před malou chvílí zmínila, že chce postavit terárium. Protože chtěla dělat nejlepší práci, vygooglila si, jak na to a osvědčené postupy, jak jeden z nich vytvořit a starat se o něj. Ukázalo se, že existuje milion blogových příspěvků a nikdo neodpovídá, a zdá se, že vše závisí na vzhledu a pocitu, jak jednotlivá terária rostou. Jelikož jsem vědecký muž a mám rád data, abych věděl, jestli něco skutečně funguje, chtěl jsem své znalosti o IoT a elektronice dobře využít a vytvořit monitor IoT Terrarium.

V plánu bylo vybudovat senzorový systém, který by mohl monitorovat teplotu, vlhkost a vlhkost půdy z jednoduché, ale elegantní webové stránky. To nám umožní sledovat zdraví terária, takže jsme vždy věděli, že je v nejlepším stavu. Protože také miluji LED diody (myslím, kdo ne), chtěl jsem také přidat neopixel, který by z terária udělal také perfektní náladu nebo noční světlo!

Po plánování stavby jsem věděl, že se o to chci podělit, aby si ostatní mohli vytvořit vlastní. Aby každý mohl reprodukovat tento projekt, použil jsem pouze snadno získatelné materiály, které lze zakoupit ve většině kamenných obchodů nebo snadno prostřednictvím stránek, jako jsou Adafruit a Amazon. Pokud vás tedy v neděli odpoledne zajímá vybudování vlastního Iot-terária, čtěte dále!

Zásoby

Z velké části byste měli být schopni zakoupit podobné položky jako já. Ale doporučuji vám diverzifikovat a být větší a lepší, takže některé z níže uvedených položek se možná budete chtít přizpůsobit své konkrétní sestavě. Také uvedu některé alternativní materiály a metody v celé této nevyzpytatelné pro ty, kteří nemají přístup ke všemu. Takže pro začátek je několik nástrojů, které budete potřebovat, abyste je mohli sledovat, to jsou;

• Drill & Bits - Používá se k vrtání víkem terarijní nádoby k montáži vašich senzorů, světel a ovladačů.
• Hot Glue Gun - Slouží k nalepení senzorů na víko terária. Můžete se rozhodnout použít jiný způsob montáže, jako je lepidlo nebo matice a šrouby.
• Páječka (volitelně) - rozhodl jsem se pro tento projekt vytvořit vyhrazenou desku plošných spojů, aby spojení byla co nejlepší. Můžete také použít prkénko a propojovací vodiče a dosáhnout stejného výsledku.
• Asi 4 hodiny - Dokončení tohoto projektu od začátku do konce mi trvalo asi 4 hodiny. To bude záviset na tom, jak se rozhodnete vytvořit verzi

Níže je uveden seznam materiálů pro elektroniku pro snímání a ovládání terária. Pro své terárium nemusíte používat všechna čidla ani nemusíte používat stejná čidla, ale pro dodaný kód budou tyto materiály fungovat po vybalení z krabice. Trochu vzhůru, používám k tomu přidružené odkazy amazon, takže děkuji za podporu, pokud se rozhodnete z těchto odkazů něco koupit.

• ESP8266 - Používá se k ovládání neopixelu, čtení dat ze senzorů a zobrazení webové stránky. Můžete se také rozhodnout použít Adafruit HUZZAH
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (nebo od Adafruit) - Jsou to úžasné malé neopixely ve skvělé formě. Mají také všechny další potřebné pasivní komponenty pro snadné ovládání.
• Teplotní vlhkostní senzor DHT11 (nebo od Adafruit) - základní teplotní a vlhkostní senzor. K tomu můžete také použít DHT22 nebo DHT21.
• Senzor vlhkosti půdy (nebo od Adafruit) - přicházejí ve dvou příchutích. Použil jsem odporový typ, ale doporučuji kapacitní typ jako ten od Adafruit. Více o nich později.
• Napájecí zdroj 5 V (1 A)- Pro tento projekt budete potřebovat napájecí zdroj 5 V. Musí mít alespoň 1 A, takže můžete použít i standardní USB zásuvku.
• Prototyp desky plošných spojů- slouží k propojení všeho dohromady v robustním panství. Lze také použít prkénko a některé propojovací vodiče.
• Některé upevňovací šrouby - slouží k připevnění desky plošných spojů k víku nádoby. Můžete také použít horké lepidlo.
• Záhlaví desky plošných spojů- Pro připojení NodeMCU k desce plošných spojů.
• Vodič - jakýkoli druh drátu pro propojení desky plošných spojů a senzorů dohromady.

Pro vaše skutečné terárium máte neomezené možnosti. Vřele doporučuji zamířit do vašeho nejbližšího zahradního centra pro všechny vaše zásoby a rady. Tam můžete také požádat o pomoc ohledně nejlepší kombinace materiálů pro stavbu terária pro rostliny, které používáte. Pro mě mé místní zahradní centrum mělo veškerý potřebný materiál v praktických malých taškách. Tyto byly;

• Skleněná dóza - obvykle se nachází ve vašem domácím obchodě. Může mít jakýkoli tvar nebo velikost, kterou si přejete, ale mělo by mít víko, které vám umožní provrtat a připojit elektroniku.
• Rostliny - nejdůležitější část. Vybírejte moudře a zajistěte, aby všechny materiály v sestavě odpovídaly vašemu závodu. Odtud jsem použil malou pomoc.
• Půdy, písky, oblázky, dřevěné uhlí a mech - to jsou základní stavební kameny terária a obvykle je lze snadno najít v železářství se zahradnickou sekcí nebo ve vaší místní školce

Podívejte se také na velký počet sestavení terárií přímo zde na Instructables!

Krok 1: Výroba terária

Chcete -li začít, musíme skutečně postavit terárium, než ho budeme moci připojit k internetu! Neexistuje žádný správný nebo špatný způsob, jak sestavit terárium, ale existují osvědčené postupy, které se pokusím nastínit.

První a nejdůležitější je, že se snažíte napodobit prostředí, ve kterém se daří vašim vybraným rostlinám. Terárium obvykle používá více tropických rostlin milujících vlhkost, ale mnoho lidí stále používá věci jako sukulenty v otevřené nádobě s vrchní vrstvou. Pro tuto stavbu jsem vybral tropičtější rostlinu, abych mohl mít utěsněné víko, na které budu montovat elektroniku.

Dalším osvědčeným postupem je pořadí, jak jsou ingredience terária spojeny dohromady. Pro dosažení nejlepších výsledků je budete muset správně navrstvit, aby voda mohla odtékat a filtrovat systémem a procházet zpět. Dávejte si pozor na to, abyste začali být horliví rostlinami a materiály. Než dáte dohromady sklenici, rostliny a materiály, rozmyslete je, jinak se vše nemusí hodit.

Spolu s fotografiemi pro tento krok následují níže uvedené pokyny, jak můžete pro nejlepší výsledek vrstvit terárium;

1. Na dno nádoby dejte nějaké oblázky. To je pro odvodnění a ponechává místo pro shromažďování vody.
2. Dále položte vrstvu mechu, to je filtr, který zabrání propadání půdy prasklinami oblázků a nakonec zničí účinek, který oblázky dávají. Toho lze také dosáhnout pomocí drátěného pletiva
3. Poté nahoře přidejte dřevěné uhlí. Toto dřevěné uhlí funguje jako vodní filtr
4. Na uhlí můžete nyní přidat půdu. V této fázi budete chtít zkontrolovat, jak je vaše nádoba plná, protože ji můžete vyprázdnit a začít znovu snadněji než později
5. (Volitelné) Můžete také přidat další materiály, jako je písek, pro efekt vrstvení. Pro estetický efekt jsem přidal velmi jemnou vrstvu písku a poté navrstvil zbytek půdy.
6. Dále udělejte uprostřed díru, poté rostliny zbavte květů a jemně je umístěte do středu.
7. Pokud můžete dosáhnout, poklepejte půdu kolem vašich rostlin, abyste je pevně zapustili do půdy.
8. Dokončete přidáním několika ozdobných oblázků nahoře a trochu více mechu, který ožije s trochou vlhkosti.

Nyní bylo velmi snadné připravit si v neděli odpoledne jedno nebo dvě terária! Ale neberte mé slovo jako evangelium, ujistěte se, že se podíváte na to, jak si ostatní vybudovali své.

Krok 2: Making It Smart

Čas, aby vaše terárium vyniklo od ostatních. Čas, aby to bylo chytré. K tomu musíme vědět, co chceme měřit a proč. Nejsem žádný odborník na zahradnictví, takže je to pro mě první, ale senzoru a mikrořadiči rozumím velmi dobře, takže použití mých znalostí v jednom doufejme překlene mezeru ve druhém.

Po chvíli googlování, abych zjistil, které metriky budou nejlepší, jsem šel nakupovat a najít vhodné senzory, se kterými bych mohl pracovat. Nakonec jsem vybral 3 věci k měření. Jednalo se o teplotu, vlhkost a půdní vlhkost. Tyto tři metriky poskytnou obecný přehled o zdraví našeho terária a pomohou nám vědět, zda je zdravé nebo vyžaduje péči.

Pro měření teploty a vlhkosti jsem zvolil DHT11. Ty jsou snadno dostupné z mnoha zdrojů, jako je Adafruit a další obchody s elektronikou. Jsou také plně podporovány v prostředí Arduino spolu s dalšími senzory ze stejné rodiny, jako jsou DHT22 a DHT21. Kód na konci tohoto Instructable podporuje jakoukoli verzi, takže si můžete vybrat libovolnou verzi, která vyhovuje vašemu rozpočtu a dostupnosti.

Senzory vlhkosti půdy se dodávají ve dvou příchutích; odporové a kapacitní. U tohoto projektu jsem skončil s odporovým senzorem, protože to bylo to, co jsem měl v té době k dispozici, ale kapacitní senzor by nabídl stejný výsledek.

Odporové senzory fungují tak, že na dva kolíky v půdě přivedou napětí a změří pokles napětí. Pokud je půda vlhká, dojde k menšímu poklesu napětí, a tím k vyšší hodnotě odečtené pomocí ADC mikrořadiče. Jejich krása spočívá v jednoduchosti a ceně, a proto jsem tuto verzi nakonec použil.

Kapacitní senzory fungují tak, že vysílají signál na jeden ze dvou pinů na půdě jako odporová verze, rozdíl je v tom, že hledá zpoždění, když napětí dorazí na další pin. To se děje velmi rychle, ale o všechny chytré jsou obvykle na palubě senzoru postaráno. Výstup jako odporové verze je obvykle také analogový, což umožňuje připojení k analogovému kolíku mikrořadiče.

Myšlenkou těchto senzorů tedy není dávat absolutně všechno, protože jejich měřicí techniky a fyzikální vlastnosti závisí na příliš mnoha proměnných vašeho terária. Způsob, jak se podívat na data z těchto senzorů, zejména na vlhkost půdy, je relativní, protože nejsou ve skutečnosti kalibrovány. Abychom vám pomohli hádat se, kdy zalévat nebo pečovat o vaši zahradu, budete se muset trochu podívat na to, jak si vaše terárium vede, a mentálně to sladit s daty ze senzorů.

Krok 3: Výroba DPS

Pro tento projekt jsem se rozhodl vyrobit vlastní PCB z prototypové desky. Vybral jsem to tak, aby vše bylo spojeno dohromady robustnější než prkénko na chléb nebo prostřednictvím vodičů záhlaví. Když to řeknete, pokud si koupíte správný tvarový faktor senzorů a ovladačů, můžete jej vzdorně postavit na prkénko, pokud nemáte přístup k páječce.

Nyní bude vaše terárium s největší pravděpodobností používat k těžbě jinou nádobu, a proto nebude používat přesnou desku plošných spojů, kterou jsem vytvořil, takže se nebudu podrobně zabývat přesnou metodou, kterou jsem použil k jejímu vytvoření. Místo toho níže uvádíme řadu indikativních kroků, které můžete provést, abyste dosáhli stejného výsledku. Nakonec vše, co musíte udělat, aby projekt fungoval, je sledovat schéma zapojení na obrázcích.

1. Začněte položením desky plošných spojů na víko, abyste zjistili, jak se vše vejde. Poté označte všechny řezané čáry a montážní otvory na desce plošných spojů. v tomto kroku byste měli také označit, kde by měl být otvor ve vašem víku pro dráty.
2. Pokud používáte prototypovou desku, pokračujte v řezání desky. Můžete to udělat pomocí nože a rovné hrany tak, že bodnete podél otvorů a zaklapnete.
3. Poté pomocí vrtačky vytvořte montážní otvory, kterými mohou šrouby projít do víka. Tento průměr otvoru by měl být větší než vaše šrouby. Použil jsem 4mm otvor pro šrouby M3. Můžete také použít horké lepidlo k připevnění desky plošných spojů k víku.
4. V této fázi je dobré také vytvořit montážní otvory ve vašem víku, zatímco na desce plošných spojů nejsou žádné součásti. Umístěte tedy desku plošných spojů na víko, označte otvory a vyvrtejte je pomocí menšího průměru, než jaké mají vaše montážní šrouby. To umožní šroubům zakousnout se do víka.
5. Vyvrtejte otvor, aby vaše dráty mohly projít celou cestu. Udělal jsem pro můj otvor 5 mm, který měl správnou velikost. V této fázi je také dobré označit a vyvrtat stejný otvor ve vašem víku.
6. Nyní můžete rozložit součásti na desku plošných spojů a začít pájet. Začněte hlavičkami pro ESP8266.
7. S nasazenými hlavičkami ESP8266 nyní víte, kde jsou kolíky zarovnány, takže nyní můžete přerušit některé vodiče a připojit tak senzory. Přitom se ujistěte, že jsou delší, než potřebujete, protože je můžete později oříznout. Tyto vodiče by měly být pro všechny vaše napájení + a -, stejně jako pro datové linky. Také jsem je barevně označil, abych věděl, co je co.
8. Dále připájejte všechny vodiče, které potřebujete k desce, podle schématu zapojení a protlačte je otvorem na desce plošných spojů připraveným k montáži na víko a připojení k vašim senzorům.
9. Nakonec budete muset vytvořit připojení pro váš napájecí zdroj. K tomu jsem přidal malý konektor (není na obrázcích). Ale můžete ho také přímo připájet.

To je pro sestavu DPS! Většinou se jedná o mechanická doporučení, protože bude na vás, abyste rozložili desku plošných spojů tak, aby vyhovovala vašemu víku. V této fázi nemontujte desku plošných spojů na víko, protože v dalším kroku budeme muset snímač namontovat na spodní stranu.

Krok 4: Výroba víka

Čas namontovat senzory a světla na víko! Pokud jste postupovali podle posledního kroku, měli byste mít víko se všemi montážními otvory na DPS a velký otvor, kterým by měl procházet vodič senzoru. Pokud tak učiníte, můžete nyní rozložit světla a senzory tak, jak byste chtěli. Stejně jako v posledním kroku bude metoda, kterou používáte, pravděpodobně trochu odlišná, ale zde je seznam kroků, které vám pomohou rozložit víko

Upozornění: Datové linie neopixelů mají směr. Věnujte pozornost vstupu a výstupu každého světla hledáním šipek na desce plošných spojů. Ujistěte se, že data vždy přecházejí z výstupu na vstup.

1. Začněte umístěním světel a teplotního senzoru na víko, abyste zjistili, kam je chcete umístit. Doporučuji držet teplotní čidlo mimo světla, protože vydává trochu tepla. Ale kromě toho je rozvržení zcela na vás.
2. Se vším, co máte, můžete přestřihnout nějaký drát, abyste společně spojili světla. Udělal jsem to tak, že jsem nařezal testovací kus a použil jej jako vodítko k oříznutí zbytku.
3. Dále jsem použil nějaké modré tak, abych přidržel světla a připájel k nim dráty pomocí podložek na bocích desek flóry. Věnujte pozornost datovým směrům světel.
4. Poté jsem ze světel odstranil blue-tak a pomocí horkého lepidla je připevnil k víku spolu se snímačem teploty v místě, se kterým jsem byl spokojený.
5. Nyní si vezměte desku plošných spojů a namontujte ji na víko, kde jste dříve vyvrtávali a poklepávali otvory. Protáhněte dráty velkým otvorem připraveným k připojení k senzorům.
6. Poté připájejte každý z vodičů ke správným senzorům podle schématu zapojení uvedeného v předchozím kroku.
7. Protože snímač půdy není namontován na víku, budete se muset ujistit, že dráty jsou ponechány dostatečně dlouho, aby mohly být zasazeny do půdy. Jakmile sekáte, pájejte na snímač půdy.

Gratulujeme, nyní byste měli mít plně smontované víko na bázi senzorů doplněné o snímače teploty, vlhkosti a vlhkosti půdy. V pozdějších krocích uvidíte, že jsem přidal 3D tištěný klobouk z pryskyřice na zakrytí ESP8266. Nepopsal jsem, jak to udělat, protože konečný tvar a velikost vašeho terária se pravděpodobně bude lišit a ne každý má přístup k 3D tiskárně. Ale chci na to poukázat, takže to slouží jako představa o tom, jak možná budete chtít svůj projekt dokončit!

Krok 5: Kódování ESP8266 pomocí Arduina

Když je vaše víko se senzorem připraveno, je čas do něj vložit chytré. K tomu budete potřebovat prostředí Arduino s nainstalovanými deskami ESP8266. Díky skvělé komunitě, která za tím stojí, je to hezké a snadné.

Pro tento krok navrhuji, aby nebyl ESP8266 zapojen do desky plošných spojů, abyste mohli ladit jakékoli problémy s jeho odesláním a spuštěním jako první. Jakmile váš ESP8266 funguje a je poprvé připojen k WiFi, doporučuji jej zapojit do desky plošných spojů.

Nastavení prostředí Arduino:

Nejprve budete potřebovat prostředí Arduino, které lze pro většinu operačních systémů odtud stáhnout. Postupujte podle pokynů k instalaci a počkejte, až se dokončí. Poté, co je hotovo, otevřete jej a můžeme přidat desky ESP8266 podle skvělých kroků v oficiálním úložišti GitHub zde.

Po přidání budete muset vybrat typ desky a velikost blesku, aby tento projekt fungoval. V nabídce "nástroje"-> "deska" budete muset vybrat modul "NodeMCU 1.0" a v možnostech velikosti Flash budete muset vybrat "4M (1M SPIFFS)".

Přidání knihoven

Zde se většina lidí unese, když se pokouší replikovat něčí projekt. Knihovny jsou vybíravé a většina projektů funguje, aby byla nainstalována konkrétní verze. Prostředí Arduino tento problém částečně řeší, ale obvykle je zdrojem problémů s časem kompilace, které našli noví začátečníci. Tento problém řeší jiné jazyky a prostředí pomocí něčeho, čemu se říká „balení“, ale prostředí Arduino toto… technicky nepodporuje.

U lidí se zbrusu novou instalací prostředí Arduino to můžete přeskočit, ale u ostatních, kteří chtějí vědět, jak zajistit, aby jakýkoli projekt, který vytvoří s prostředím Arduino, fungoval (za předpokladu, že to bude hned po vybalení)) můžeš to udělat. Práce kolem vás závisí na tom, že vytvoříte novou složku kdekoli chcete a v nabídce „soubor“-> „předvolby“nasměrujete umístění „Skicář“. Vpravo nahoře, kde je uvedeno umístění skicáku, klikněte na Procházet a přejděte do nové složky.

Poté zde nebudete mít nainstalovány žádné knihovny, což vám umožní přidat libovolné, které byste chtěli, bez těch, které jste nainstalovali dříve. To znamená, že pro konkrétní projekt, jako je tento, můžete přidat knihovny, které jsou součástí mého úložiště GitHub, a nedochází ke střetům s jinými, které jste možná nainstalovali. Perfektní! Pokud se chcete vrátit ke starým knihovnám, stačí změnit umístění skicáře zpět na původní, je to tak snadné.

Chcete -li nyní přidat knihovny pro tento projekt, budete si muset stáhnout soubor zip z úložiště GitHub a nainstalovat všechny knihovny do zahrnuté složky „knihovny“. Všechny tyto soubory jsou uloženy jako soubory.zip a lze je nainstalovat pomocí kroků uvedených na oficiální webové stránce Arduino.

Změňte požadované proměnné

Poté, co si vše stáhnete a nainstalujete, je čas začít kompilovat a nahrávat kód na tabuli. Takže s tímto staženým úložištěm by měla existovat také složka s názvem „IoT-Terrarium“, ve které je hromada souborů.ino. Otevřete hlavní soubor s názvem „IoT-Terrarium.ino“a v horní části přejděte dolů na část Hlavní proměnné náčrtu.

Zde je třeba změnit několik klíčových proměnných, aby odpovídaly tomu, co jste vytvořili. První věc, kterou musíte přidat, jsou vaše pověření WiFi do náčrtu, aby se ESP8266 přihlásil k vašemu WiFi, abyste k němu měli přístup. Rozlišují se malá a velká písmena, takže buďte opatrní.

Řetězec SSID = "";

Řetězcové heslo = "";

Další je časové pásmo, ve kterém se nacházíte. Může to být kladné nebo záporné číslo. Například Sydney je +10;

#define UTC_OFFSET +10

Poté je doba vzorkování a množství dat, která by mělo zařízení ukládat. Počet shromážděných vzorků musí být dostatečně malý, aby to zvládl mikrořadič. Zjistil jsem, že cokoli pod 1024 je v pořádku, cokoli většího je nestabilní. Období sběru je doba mezi vzorky v milisekundách.

Znásobením těchto údajů získáte dobu, po kterou se data budou vracet, výchozí hodnoty 288 a 150000 (2,5 minuty) udávají časové období 12 hodin, změňte je tak, aby vyhovovaly tomu, jak daleko zpět byste chtěli vidět.

#define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

V předchozích krocích jsem připojil LED diody na pin D1 (pin 5) na ESP8266. Pokud jste to změnili nebo jste přidali více či méně LED diod, můžete to změnit ve dvou řádcích;

#define NUM_LEDS 3 // Počet LED, které jste připojili

#define DATA_PIN 5 // Pin, na kterém svítí datová linka LED

Poslední věc, kterou musíte změnit, je nastavení DHT11. Pokud jste DHT11 nepoužili, jednoduše změňte pin, ke kterému je připojen, a typ;

#define DHT_PIN 4 // Datový pin, ke kterému jste připojili snímač DHT

#define DHTTYPE DHT11 // Odkomentujte to při použití DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Odkomentujte to při použití DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Odkomentujte to při použití DHT21

Zkompilovat a nahrát

Po změně všeho, co potřebujete, můžete pokračovat a sestavit skicu. Pokud je vše v pořádku, mělo by se to zkompilovat a ve spodní části obrazovky se nezobrazovat žádné chyby. Pokud se zaseknete, můžete se vyjádřit níže a já bych vám měl pomoci. Pokračujte a připojte ESP8266 kabelem USB k počítači a klikněte na Nahrát. Po dokončení by se měl spustit a připojit k WiFi. Na sériovém monitoru je také několik zpráv, které vám řeknou, co dělá. Uživatelé systému Android by si měli poznamenat IP adresu, kterou uvádí, protože ji budete potřebovat znát.

A je to! Úspěšně jste nahráli kód. Nyní přilepte víko na terárium a podívejte se, co senzory říkají.

Krok 6: Konečný produkt

Jakmile jsou všechny pohromadě, zasuňte snímač půdy do půdy tak, aby byly oba hroty zakryty. Poté jednoduše zavřete víko, připojte napájecí zdroj a zapněte! Nyní můžete přejít na webovou stránku EPS8266, pokud jste ve stejné WiFi síti jako ona. To lze provést přechodem na jeho IP adresu nebo pomocí mDNS na; https://IoT-Terrarium.local/ (Aktuálně poznámka podporována Androidem, povzdech)

Web je zde, aby vám ukázal všechny údaje, které shromažďujete, a zkontroloval zdravotní stav vašich rostlin. Nyní si můžete prohlížet všechny statistiky ze všech svých senzorů a hlavně rozsvítit diody LED pro jedinečné malé noční světlo, úžasné!

Stránku můžete také uložit na domovskou obrazovku v systému iOS nebo Android, aby fungovala jako aplikace. Když na něj kliknete, ujistěte se, že jste ve stejné síti WiFi jako váš ESP8266.

To je pro tento projekt vše, pokud máte nějaké připomínky nebo dotazy, zanechte je v komentářích. Děkujeme za přečtení a přejeme příjemné tvoření!