Zahrada IOT poháněná Raspberry Pi: 18 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Jedním z hlavních cílů tohoto projektu bylo být schopen udržovat pohodu zahrady pomocí síly internetu věcí (IoT). Díky univerzálnosti současných nástrojů a softwaru je náš secí stroj integrován se senzory, které monitorují stav rostlin v reálném čase. Vybudovali jsme aplikaci pro chytré telefony, která umožňuje přístup k datům a v případě potřeby provede potřebné akce.

Design našeho secího stroje je škálovatelný, levný a snadno se staví, což z něj činí perfektní možnost, jak přidat zeleň na terasu nebo dvorek. Chytrá zahrada se ukázala být účinnější ve spotřebě vody a usnadňuje údržbu a monitorování.

Pokračujte, abyste se dozvěděli, jak vytvořit vlastní databázi a aplikaci, vytvořením zahrady, kterou lze monitorovat kliknutím na tlačítko!

Krok 1: Přehled systému IOT

Systém Iot funguje prostřednictvím následujících procesů. Raspberry Pi se používá k přenosu užitečných informací o zahradě, jako je svítivost, vlhkost a obsah vlhkosti v půdě z různých senzorů do cloudové databáze. Jakmile jsou informace v cloudu, lze k nim přistupovat odkudkoli pomocí aplikace pro chytré telefony, kterou jsme vytvořili. Tento proces je také reverzibilní, uživatel může poslat instrukce, jako je stav vodního čerpadla, zpět do zahrady, která provede požadované příkazy.

Níže jsou uvedeny některé z klíčových vlastností naší zahrady:

Zpětná vazba různých senzorů zahrady v reálném čase

Databáze zdravotního stavu zahrady

Globální monitorovací a provozní kapacity

Systém kapkové závlahy

Systém vody ovládaný aplikací

Automatické plány zavlažování

Rozhodli jsme se použít Google Firebase jako prostředníka našeho systému IOT k vytvoření vlastní bezplatné cloudové databáze. Poté jsme pomocí aplikace MIT App Inventor vytvořili aplikaci pro smartphone, která je kompatibilní s databází Firebase a Raspberry Pi. Může také komunikovat s databází pomocí bezplatné knihovny Python.

Krok 2: Potřebné materiály:

Materiály potřebné k výrobě secího stroje na ionty lze snadno najít v místních nebo internetových obchodech. Následující seznam popisuje všechny potřebné součásti.

HARDWARE:

1 "prkno z borovicového dřeva - rozměry; 300 cm x 10 cm (protože dřevo bude venkovní, doporučujeme ošetřené dřevo)

1/4 "překližka - rozměry; 120 cm x 80 cm

List plachty - rozměry; 180 cm x 275 cm

PVC potrubí - rozměry; délka 30 cm, průměr 2 cm

Chirurgická trubice - rozměry; 250 cm

Loketní kloub x 2

Šroub do dřeva x 30

ELEKTRONIKA:

Rasberry Pi3 Model B

Štít snímače Grove Pi +

Solenoidový ventil 12V

Senzor vlhkosti a teploty (dht11)

Senzor vlhkosti

Světelný senzor

Reléový modul

Napájení 12V

Celkové náklady na tento projekt jsou zhruba 50 USD

Krok 3: 3D tištěné díly

Pomocí 3D tisku byly vyrobeny různé komponenty, které bylo potřeba pro tento projekt přizpůsobit. Následující seznam obsahuje úplný seznam dílů a jejich tiskové specifikace. Všechny soubory STL jsou k dispozici ve složce připojené výše, což umožňuje v případě potřeby provést potřebné úpravy.

Trubkový spoj x 1, 30% výplň

Adaptér trysky x 3, 30% výplň

Trubicová zátka x 3, 10% výplň

Háček x 2, 30% výplň

Držák senzoru x 1, 20% výplň

Adaptér ventilu x 1, 20% výplň

Kryt elektroinstalace x 1, 20% výplň

K tisku dílů jsme použili náš Creality Ender 3, což u 12 dílů trvalo přibližně 8 hodin.

Krok 4: Plány

Jeden není omezen na rozměry, které jsme se rozhodli udělat pro náš secí stroj, ale výše jsou připojeny všechny podrobnosti potřebné k vytvoření projektu. V následujících krocích je možné použít k řezání dřeva tyto obrázky.

Krok 5: Budování stran

Abychom udrželi rostliny, rozhodli jsme se vytvořit ze dřeva strukturu sazeče. Vnitřní rozměry naší krabice jsou 70 cm x 50 cm s výškou 10 cm. Na stavbu bočnic jsme použili prkna z borovicového dřeva.

Pomocí kotoučové pily jsme nařezali čtyři kusy na délku (rozměry připojené výše). Na vyznačených místech jsme vyvrtali pilotní otvory a zapustili je tak, aby hlavy šroubů seděly v jedné rovině. Jakmile jsme to udělali, zašroubovali jsme 8 vrutů do dřeva a ujistili jsme se, že boky jsou hranaté, což zajišťuje rám.

Krok 6: Montáž dolního panelu

Pro výrobu spodního panelu jsme nařezali obdélníkový kus 5mm překližky, který jsme následně přišroubovali na místo k bočnímu rámu. Ujistěte se, že jsou otvory zapuštěné, aby šrouby byly v jedné rovině se základnou. Potřebné rozměry najdete v příloze výše.

Krok 7: Otvory pro potrubí

Náš secí stroj je vyroben tak, aby pojal tři řady rostlin. Proto u kapkového zavlažovacího systému musí jedna strana držet potrubí pro přívod vody.

Začněte měřením průměrů konektorů a nakreslete je stejně vzdáleně na kratší straně rámu. Protože jsme neměli forstner bit, vyvrtali jsme 10 mm otvor a poté jej rozšířili pomocí skládačky. K vyhlazení drsných hran lze použít Dremel, dokud konektory nezapadnou.

Krok 8: Připojení vodovodních potrubí

Pro spojení spojů jednoduše uřízněte dva kusy PVC trubky o délce 12 cm. Suchým nasazením sestavy zkontrolujte, zda vše těsně sedí.

Poté zatlačte 3D tištěný spoj do středového otvoru a dva PVC kolenové konektory na protilehlých koncích, dokud nebudou v jedné rovině. Připevněte panel zpět k rámu a konektory zevnitř zakryjte 3D tištěnými adaptéry. Všechny spoje jsou vhodné pro tření a měly by být vodotěsné, pokud ne, lze spoje utěsnit horkým lepidlem nebo teflonovou páskou

Krok 9: Solenoidový ventil

K řízení toku vody do kapkového zavlažovacího systému jsme použili elektromagnetický ventil. Ventil funguje jako brána, která se otevírá, když je vyslán elektrický signál, takže je automaticky ovladatelný. Abychom to začlenili, připevnili jsme jeden konec ke zdroji vody a druhý ke vstupnímu potrubí vody secího stroje pomocí přechodného adaptéru. Je důležité připojit ventil ve správné orientaci, obecně označený jako "IN" pro vstup vody (kohoutek) a "OUT" pro výstup vody (secí stroj).

Krok 10: Zapojení elektroniky

Níže je tabulka s různými moduly a senzory s příslušnými porty na štítu grovepi+.

• Snímač teploty a vlhkosti ==> port D4
• Reléový modul ==> port D3
• Senzor vlhkosti ==> port A1
• Světelný senzor ==> port A0

Jako referenci použijte výše uvedené schéma zapojení.

Krok 11: Prostor senzoru

Postavili jsme přihrádku, která pojala veškerou elektroniku se zbytky překližky. Dříví jsme nařezali podle rozmístění elektroniky a slepili kusy k sobě. Jakmile lepidlo zaschlo, namontovali jsme napájecí zdroj a Raspberry Pi do krabice přihrádky a vodiče senzorů protáhli otvorem. K zakrytí slotů jsme zatlačili potištěné kryty, abychom utěsnili mezery.

Držák senzoru má otvory pro připevnění kolíků, na které můžete senzory namontovat. Upevněte snímač svítivosti a vlhkosti na horní část a snímač vlhkosti na nastavitelnou drážku. Aby bylo možné přihrádku snadno vyjmout, našroubovali jsme 3D potištěné háčky a držák senzoru, který umožnil přichycení krabice k hlavní konstrukci. Tímto způsobem lze elektronickou a systémovou jednotku snadno integrovat do jakéhokoli secího stroje.

Krok 12: Vytvoření databáze

Prvním krokem je vytvoření databáze pro systém. Klikněte na následující odkaz (Google firebase), který vás přesměruje na web Firebase (budete se muset přihlásit pomocí svého účtu Google). Klikněte na tlačítko „Začínáme“, které vás přenese do konzoly firebase. Poté vytvořte nový projekt kliknutím na tlačítko „Přidat projekt“, vyplňte požadavky (název, podrobnosti atd.) A dokončete kliknutím na tlačítko „Vytvořit projekt“.

Požadujeme pouze databázové nástroje Firebase, takže v nabídce na levé straně vyberte „databázi“. Dále klikněte na tlačítko „Vytvořit databázi“, vyberte možnost „testovací režim“a klikněte na „povolit“. Poté nastavte databázi na „databázi v reálném čase“namísto „cloud fireestore“kliknutím na rozbalovací nabídku v horní části. Vyberte kartu „pravidla“a změňte dvě „nepravdy“na „true“, nakonec klikněte na kartu „data“a zkopírujte adresu URL databáze, bude to vyžadováno později.

Poslední věc, kterou budete muset udělat, je kliknout na ikonu ozubeného kola vedle přehledu projektu, poté na „nastavení projektu“, poté vybrat kartu „účty služeb“, nakonec kliknout na „Tajemství databáze“a poznamenat si bezpečnostní kód vaší databáze. Tímto krokem jste úspěšně vytvořili svou cloudovou databázi, ke které lze přistupovat ze smartphonu a z Raspberry Pi. (V případě určitých pochybností použijte obrázky připojené výše, nebo jednoduše vložte dotaz nebo komentář do sekce komentářů)

Krok 13: Nastavení aplikace

Další částí systému IoT je aplikace pro chytré telefony. Rozhodli jsme se použít MIT App Inventor k vytvoření vlastní přizpůsobené aplikace. Chcete -li použít aplikaci, kterou jsme vytvořili, nejprve otevřete následující odkaz (MIT App Inventor), který vás přivede na jejich webovou stránku. Poté klikněte na „vytvořit aplikace“v horní části obrazovky a přihlaste se pomocí svého účtu Google.

Stáhněte si soubor.aia, který je propojen níže. Otevřete kartu „projekty“a klikněte na „Importovat projekt (.aia) z mého počítače“, dále vyberte soubor, který jste právě stáhli, a klikněte na „ok“. V okně komponent přejděte úplně dolů, dokud neuvidíte „FirebaseDB1“, klikněte na něj a upravte „FirebaseToken“, „FirebaseURL“na hodnoty, které jste si v předchozím kroku poznamenali.

Jakmile jsou tyto kroky dokončeny, jste připraveni stáhnout a nainstalovat aplikaci. Aplikaci si můžete stáhnout přímo do telefonu kliknutím na záložku „Build“a kliknutím na „App (poskytnout QR kód pro.apk)“, poté naskenováním QR kódu pomocí smartphonu nebo kliknutím na „App (uložit.apk do mého počítače“) stáhnete si soubor APK do počítače, který musíte přesunout do smartphonu a poté nainstalovat.

Krok 14: Programování Raspberry Pi

Na Raspberry Pi je třeba použít nejnovější verzi Raspbian (Raspbian). V případě, že plánujete používat štít GrovePi+ jako my, flashujte místo toho svůj Raspberry Pi s nejnovější verzí „Raspbian pro roboty“(Raspbian pro roboty). Jakmile flashujete svůj Raspberry Pi, budete si muset nainstalovat další knihovnu pythonu. Otevřete terminál a vložte následující příkazy:

1. sudo pip install requests == 1.1.0
2. sudo pip install python-firebase

Jakmile to uděláte, stáhněte níže přiložený soubor a uložte jej do adresáře na vašem Raspberry Pi. Otevřete soubor a přejděte dolů na řádek 32. Na tomto řádku nahraďte část, která říká „vložte sem svoji adresu URL“adresou URL vaší databáze, kterou jste si poznamenali dříve, vložte adresu URL mezi písmena „. Tím jste hotovi, otevřete terminál a spusťte skript pythonu pomocí příkazu „python“.

Krok 15: Použití aplikace

Rozhraní naší aplikace je zcela samozřejmé. Horní čtyři pole zobrazují hodnoty svítivosti, teploty, vlhkosti a vlhkosti půdy v reálném čase v procentech. Tyto hodnoty lze aktualizovat kliknutím na tlačítko „získat hodnoty“, které dává Raspberry Pi pokyn k aktualizaci cloudové databáze, a poté na tlačítko „obnovit“, které obnoví obrazovku po aktualizaci databáze.

Spodní část obrazovky je pro kapkový zavlažovací systém. Tlačítko „on“zapíná vodní čerpadlo, zatímco tlačítko „off“jej vypíná. Tlačítko „auto“využívá různé hodnoty senzorů k výpočtu přesné vody potřebné denně a zalévá rostliny dvakrát denně v 8:00 a 16:00.

Krok 16: Vložka plachty

Vzhledem k tomu, že vlhkost půdy může v průběhu času hnitět dřevo, odřízli jsme list plachty na požadovanou velikost a vyložili jej na vnitřní povrch secího stroje. Ujistěte se, že jste ji přetáhli po stranách a nakonec ji přidrželi na místě lepidlem. Jakmile jsme to udělali, zasypali jsme půdu, kterou jsme získali z místní farmy. Půdu rovnoměrně rozprostřete až na vrchol a poté vložte tři řady kapkových zavlažovacích hadic.

Na rohu poblíž vodovodního potrubí namontujte elektronickou skříňku a vložte snímač vlhkosti do půdy. To usnadňuje zapojení, protože elektromagnetický ventil je v blízkosti elektroniky a lze jej snadno připojit.

Krok 17: Kapací zavlažovací systém

Odřízněte tři kusy chirurgické trubice táhnoucí se po délce květináče (asi 70 cm), což bude fungovat jako hlavní odkapávací linie pro rostliny. Naplánujte si proto potřebnou vzdálenost mezi rostlinami a vyvrtejte 1 mm díru a intervaly. Vyzkoušejte, zda voda snadno odkapává, a v případě potřeby otvory zvětšete. Pomocí tří zátek uzavřete konce a zajistěte, aby voda vytekla pouze z odkapávacích otvorů.

Mírně zasuňte zkumavky do půdy a jste připraveni zalévat rostliny!

Krok 18: Výsledky výsadby

Obrázky výše jsou výsledky iotské zahrady, která fungovala měsíc. Rostliny jsou zdravé a podařilo se nám vypěstovat bylinky, jako je máta a koriandr.

Díky experimentování jsme si všimli, že automatický režim ušetří téměř 12% vody denně. Jak jsou rostliny zavlažovány kapkovou závlahou, jejich kořeny rostou rovně, což dává více prostoru pro pěstování dalších rostlin v květináči. Jedinou nevýhodou, kterou jsme pozorovali, bylo, že větší rostliny potřebují větší hloubku půdy. To znamená, že díky modulární konstrukci lze jejich požadavkům snadno přidat hlubší základnu.

Na závěr lze říci, že tento systém nejen zefektivní vaši zahradu, ale také zajistí pohodu vašich rostlin, protože zpětná vazba dat v reálném čase poskytuje robustní metodu, jak dodat správné množství vody a slunečního světla. Doufáme, že instruktáž byla užitečná a že vám pomůže vypěstovat si vlastní zahradu s ionty.

Šťastné tvoření!

První cena v IoT Challenge