Inteligentní zahrada „SmartHorta“: 9 kroků

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

Ahoj lidi, tento instruktáž představí vysokoškolský projekt inteligentní zeleninové zahrady, která poskytuje automatické zavlažování rostlin a lze ji ovládat pomocí mobilní aplikace. Cílem tohoto projektu je sloužit zákazníkům, kteří chtějí sázet doma, ale nemají čas na péči a zalévání ve vhodnou dobu každý den. Říkáme „SmartHorta“, protože horta v portugalštině znamená zeleninová zahrada.

Vývoj tohoto projektu byl schválen v oboru Integrační projekt na Federální technologické univerzitě v Paraně (UTFPR). Cílem bylo spojit několik oblastí mechatroniky, jako je mechanika, elektronika a řídicí technika.

Osobně děkuji profesorům UTFPR Sérgio Stebel a Gilson Sato. A také mým čtyřem spolužákům (Augusto, Felipe, Mikael a Rebeca), kteří pomohli postavit tento projekt.

Výrobek má ochranu před nepřízní počasí a nabízí ochranu proti škůdcům, větru a silnému dešti. Musí být napájen vodní nádrží hadicí. Navrhovaný design je prototypem, který vyhovuje třem závodům, ale může se rozšířit na více váz.

Byly v něm použity tři výrobní technologie: laserové řezání, CNC frézování a 3D tisk. Pro automatizační část bylo jako regulátor použito Arduino. Ke komunikaci byl použit bluetooth modul a pomocí aplikace MIT App Inventor byla vytvořena aplikace pro Android.

Všichni jsme prošli známkou blízkou 9,0 a jsme s prací velmi spokojeni. Velmi zábavné je, že každého napadne zasadit do tohoto zařízení trávu, nevím proč.

Krok 1: Koncepční návrh a modelování součástí

Před montáží byly všechny komponenty navrženy a modelovány v CAD pomocí SolidWorks, aby bylo zajištěno, že vše perfektně sedí. Cílem bylo také vejít celý projekt do kufru auta. Proto byly jeho rozměry definovány jako 500 mm při max. Při výrobě těchto komponentů byly použity laserové řezací, CNC frézovací a 3D tiskové technologie. Některé části dřeva a potrubí byly rozřezány na pilu.

Krok 2: Laserové řezání

Laserový řez byl proveden na pozinkovaném ocelovém plechu AISI 1020 o tloušťce 1 mm, 600 mm x 600 mm a poté složen do 100 mm poutek. Základna má funkci uložení nádob a hydraulické části. Jejich otvory se používají k protažení nosných trubek, kabelů senzorů a elektromagnetů a k montáži závěsů dveří. Laserem byla také deska ve tvaru písmene L, která slouží k uchycení trubek na střechu.

Krok 3: CNC frézka

Držák servomotoru byl vyroben pomocí CNC frézky. Dva kusy dřeva byly opracovány, poté slepeny a potaženy dřevěným tmelem. Rovněž byla opracována malá hliníková deska, aby se motor vešel do dřevěné podpěry. Byla zvolena robustní konstrukce, aby vydržela servo točivý moment. Proto je dřevo tak silné.

Krok 4: 3D tisk

Ve snaze správně zalévat rostliny a mít lepší kontrolu nad půdní vlhkostí byla navržena struktura pro směrování vody z přívodního potrubí na základně do postřikovače. Jeho použitím byl postřikovač umístěn vždy čelem k půdě (se sklonem 20 stupňů dolů) namísto listů rostlin. Byl vytištěn na dvě části na průsvitné žluté PLA a poté sestaven pomocí matic a šroubů.

Krok 5: Ruční pila

Dřevěná střešní konstrukce, dveře a PVC trubky byly řezány ručně v ruční pile. Dřevěná střešní konstrukce byla nabourána, vybroušena, vyvrtána a poté sestavena pomocí šroubů do dřeva.

Střecha je průsvitná skleněná tkanina eternit a byla řezána specifickou gilotinou pro řezání vláken, poté vyvrtána a připevněna šrouby do dřeva.

Dřevěné dveře byly nabourány, vybroušeny, vyvrtány, smontovány pomocí vrutů do dřeva, potaženy dřevní hmotou a poté byla umístěna moskytiéra se sešívačkou, aby se zabránilo poškození rostlin silným deštěm nebo hmyzem.

Trubky z PVC byly jednoduše řezány do ruční pily.

Krok 6: Hydraulické a mechanické součásti a montáž

Po výrobě střechy, základny, hlavy a dveří přistoupíme k montáži konstrukční části.

Nejprve namontujeme kabelové svorky na základnu a desku L pomocí matice a šroubu, poté stačí nasadit čtyři PVC trubky do svorek. Poté, co musíte přišroubovat střechu k plechům L. Potom jen přišroubujte dveře a kliky pomocí matic a šroubů. Nakonec musíte sestavit hydraulickou část.

Ale pozor, měli bychom se zabývat utěsněním hydraulické části, aby nedošlo k úniku vody. Všechna připojení by měla být hermeticky uzavřena těsnicím prostředkem na závity nebo lepidlem z PVC.

Bylo zakoupeno několik mechanických a hydraulických komponentů. Níže jsou uvedeny následující součásti:

- Zavlažovací sada

- 2x rukojeti

- 8x panty

- 2x 1/2 PVC koleno

- 16x 1/2 kabelové svorky

- 3x koleno 90º 15 mm

- 1 m hadice

- 1x 1/2 modrá svařitelná objímka

- 1x 1/2 modré svařitelné koleno

- 1x závitová vsuvka

- 3x plavidla

- 20x vrut do dřeva 3,5x40mm

- 40x 5/32 šroub a matice

- 1m moskytiéra

- PVC potrubí 1/2"

Krok 7: Elektrické a elektronické součásti a montáž

Při montáži elektrických a elektronických dílů se musíme starat o správné připojení vodičů. Pokud dojde ke špatnému připojení nebo zkratu, může dojít ke ztrátě drahých dílů, jejichž výměna vyžaduje čas.

Aby byla montáž a přístup k Arduinu snazší, měli bychom vyrobit štít s univerzální deskou, takže je snazší odebrat a stáhnout nový kód na Arduino Uno a také se vyhnout rozptýlení mnoha vodičů.

Pro elektromagnetický ventil musí být pro reléový pohon vyrobena deska s optoizolovanou ochranou, abychom se ušetřili nebezpečí spálení vstupů/výstupů Arduino a dalších komponent. Při ovládání elektromagnetického ventilu je třeba postupovat opatrně: neměl by být zapnut, pokud není pod tlakem vody (v opačném případě může dojít k popálení).

Tři senzory vlhkosti jsou nezbytné, ale pro redundanci signálu můžete přidat další.

Bylo zakoupeno několik elektrických a elektronických součástek. Níže jsou uvedeny následující součásti:

- 1x Arduino Uno

- 6x snímač vlhkosti půdy

- 1 x 1/2 elektromagnetický ventil 127V

- 1x servomotor 15kg.cm

- 1x 5v 3A zdroj

- 1x 5v 1A zdroj

- 1x bluetooth modul HC-06

- 1x Hodiny reálného času RTC DS1307

- 1x relé 5v 127v

- 1x naklápěcí optočlen 4n25

-1x tyristor bc547

- 1x dioda n4007

- 1x odpor 470 ohmů

- 1x odpor 10k ohmů

- 2x univerzální talíř

- 1x prodlužovací kabel se 3 zásuvkami

- 2x samčí zásuvka

- 1x konektor p4

- 10m 2cestný kabel

- 2m internetový kabel

Krok 8: C Programování s Arduino

Programování Arduino je v zásadě provádět kontrolu půdní vlhkosti váz „n“. K tomu musí splňovat požadavky na ovládání elektromagnetických ventilů, polohování servomotoru a čtení procesních proměnných.

Můžete upravit množství plavidel

#define QUANTIDADE 3 // Quantidade de plantas

Čas, kdy bude ventil otevřen, můžete upravit

#define TEMPO_V 2000 // Tempo que a válvula ficará aberta

Můžete upravit čekací dobu na navlhčení půdy.

#define TEMPO 5000 // Tempo de esperar para o solo umidecer.

Zpoždění služebníka můžete upravit.

#define TEMPO_S 30 // Zpoždění do servo.

Pro každý snímač vlhkosti půdy existuje jiný rozsah napětí pro suchou a plně vlhkou půdu, proto byste měli tuto hodnotu vyzkoušet zde.

umidade [0] = mapa (umidade [0], 0, 1023, 100, 0);

Krok 9: Mobilní aplikace

Aplikace byla vyvinuta na webu MIT App Inventor k provádění funkcí dohledu nad projektem a konfigurace. Po spojení mezi mobilním telefonem a ovladačem aplikace v reálném čase zobrazuje vlhkost (0 až 100%) v každé ze tří váz a operaci, která se právě provádí: buď v pohotovostním režimu, přesunutím servomotoru do správnou polohu nebo zalévání jedné z váz. Konfigurace typu rostliny v každé váze je také provedena v aplikaci a konfigurace jsou nyní připraveny pro devět druhů rostlin (salát, máta, bazalka, pažitka, rozmarýn, brokolice, špenát, řeřicha, jahoda). Alternativně můžete nastavení zavlažování rostlin, které nejsou v seznamu, zadat ručně. Rostliny na seznamu byly vybrány, protože se snadno pěstují v malých květináčích, jako jsou ty na našem prototypu.

Chcete -li si stáhnout aplikaci, musíte si nejprve stáhnout aplikaci MIT App Inventor do svého mobilního telefonu, zapnout wifi. Poté byste se ve svém počítači měli přihlásit na webovou stránku MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/ a přihlásit se, importovat projekt SmartHorta2.aia a poté připojit svůj mobilní telefon pomocí QR kódu.

Chcete -li arduino připojit ke smartphonu, musíte v telefonu zapnout bluetooth, zapnout arduino a poté spárovat zařízení. To je vše, jste již připojeni k SmartHorta!