Připojený systém krmiva pro zvířata, vodu a monitor IDC2018IOT: 7 kroků

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

Úvod

Ať už jste student pod tlakem, tvrdě pracující člověk nebo prostě nejste doma déle než několik hodin denně. Jako starostliví majitelé domácích zvířat se chceme ujistit, že naši milovaní zůstanou zdraví, krmeni a samozřejmě NE vleže na pohovce (ty parchante!). Je na čase přestat žádat o laskavost nebo dokonce platit za takové služby.

Cílem tohoto skvělého projektu je poskytnout vám možnost udělat si sami (slyšel jsem, že už je to věc). Vytvoříme řešení pro lepší monitorování našich mazlíčků a dokonce budeme jednat v kanceláři, ve škole nebo jen tak s přáteli nebo s někým jiným.

Tento systém vám umožní krmit vašeho mazlíčka na dálku a zároveň kontrolovat množství jídla, které vyléváte z nádoby, naplnit misku na vodu, kdykoli dojde prázdná. Kromě toho nyní můžeme sledovat hladiny vody v misce v reálném čase, měřit obsah nádoby na jídlo a hlavně sledovat zvíře naživo pomocí jednoduchého kamerového modulu.

O nás

Tomer Maimon, Gilad Ram a Alon Shprung. Tři vášniví studenti informatiky IDC Herzeliya. Toto je náš první projekt Instructables v rámci workshopu IoT - doufáme, že vás bude stavět zajímavě a zábavně!

Krok 1: Porozumění architektuře:

Tento systém můžeme rozdělit na dvě hlavní části:

1. Příchozí datové kanály:

   • Vodní senzor - vzorkování hladin vody uvnitř misky pro zvířata, data jsou přenášena z jednotky Node -MCU na server Blynk a nakonec jsou prezentována prostřednictvím Pet Dashboard.
   • Sonarový senzor - vzorkování obsahu nádoby na potraviny, data jsou přenášena z jednotky Arduino (s rozšířením ethernetového štítu) na server Blynk a nakonec jsou prezentována prostřednictvím Pet Dashboard.
   • Pi Camera Module - neustále vzorkuje snímky z oblasti mazlíčků, Pi je hostitelem vlastního serveru, který poskytuje živý přenos na pet Dashboard.

2. Tok příkazů:

   • Feed Button (Dashboard) - aktualizace hodnoty virtuálního pinu přes Blynk, příslušná funkce se spouští na desce Arduino, servo se pak pohybuje, aby jídlo mohlo projít víkem.
   • Give Water (Dashboard) - aktivně aktualizuje hodnotu virtuálního pinu prostřednictvím Blynku, příslušná funkce se spouští na desce Node -MCU, relé se zapne, vodní čerpadlo začne proudit vodu do misky domácího mazlíčka.
   • Pet Live Feed (Dashboard) - integrovaný do řídicího panelu a zobrazující živá data prostřednictvím bankového serveru, který běží na zařízení Pi.

Krok 2: Seznam dílů

Chcete -li začít pracovat na tomto systému, budete potřebovat následující (nebo podobné) součásti:

1. Fyzický:

   • Nádoba na potraviny: Použili jsme průmyslovou 45 cm oboustrannou trubku, kterou jsme koupili v domácím obchodním domě. Je důležité mít 2 východy. Jeden pro měření obsahu a druhý výstup pro mechanismus otevření/zavření.
   • Lepicí páska: Aby byly věci pohromadě;)
   • Propojovací vodiče: Čím více je veseleji, vždy je dobré mít něco navíc, pokud se něco pokazí.
   • Ethernetový kabel: Pro připojení našeho Arduina (s ethernetovým štítem) k internetu.
   • Zahradní nádoba: Používá se jako nádoba na vodu a vodní čerpadlo.
   • Krátká vodní trubice: Připojena k pumpě a nalévá vodu do misky domácího mazlíčka.

2. Senzory:

   • Senzor hladiny vody WINGONEER: Změřte hladinu vody v misce domácího mazlíčka.
   • Sonarový senzor - Změřte vzdálenost hladiny jídla od horního víka uvnitř nádoby.
   • Relé TONGLING: Umožňuje zapnout/vypnout vodní čerpadlo, které proudí vodou.
   • Pi kamerový modul: Připojen k zařízení Raspberry Pi a streamuje obrázky z oblasti zvířat.
   • Obecné servo: Zamyká a odemyká nádobu na jídlo.

3. Elektronická zařízení / desky:

   • Arduino Uno: Řídí implementaci jednotky nádoby na potraviny.
   • Arduino Ethernet Shield: Poskytuje připojení k internetu na naší desce.
   • NodeMCU (ESP-8266): Řídí vodní jednotku, jak pro měření, tak pro nalévání vody. Tato deska má možnost připojení přes WiFi.
   • Raspberry Pi 3 - hostování kamerového serveru a poskytuje živý přenos na palubní desku domácích zvířat.
   • Ponorné vodní čerpadlo VicTsing 80 GPH: Proudí vodu ze zahradnické plechovky do misky spolu s vodní trubkou.

Krok 3: Zapojení a umístění věcí dohromady

Elektrické vedení

Než začneme, doporučujeme umístit Arduino / Node-MCU na prkénko, aby bylo snazší spojit všechny vodiče dohromady a umístit je na jakékoli fyzické místo. Kromě toho se doporučuje používat dlouhé vodiče, aby se zabránilo chybám způsobeným odpojením kabelu. Poskytli jsme vám schéma zapojení pro Node-MCU (vodní jednotka) a Arduino (potravinová jednotka).

1. Food Unit (Arduino):

   • Sonarový senzor:

     • GND (černý) = GND
     • VCC (červená) = 5V
     • Trig (fialová) = 3
     • Echo (modrá) = 4

   • Servo:

     • GND (černý) = GND
     • VCC (červená) = 5V
     • Signál (žlutý) = 9

2. Vodní jednotka (uzel):

   • Senzor hladiny vody:

     • S (modrá) = A0
     • + (Červená) = 3v3
     • - (Černá) = GND

   • Relé (elektricky zapojené do vodního čerpadla):

     • IN (žlutá) = D1
     • VCC (červená) = Vin
     • GND (černý) = GND

3. Kamerová jednotka (Pi):

   • Senzor fotoaparátu:

     • Připojte se k portu jediné kamery Pi (tokový kabel)
     • Pokud se chcete dozvědět více o modulu Pi s kamerou - Link

Sestavování dílů dohromady

V této části můžete tento projekt přizpůsobit a upravit tak, aby byl „váš“. Ale poskytneme vám obrázky a popis k rekonstrukci naší verze produktu.

1. Food Unit (Arduino): Kontejner je docela rovný, zaměříme se na vytvoření dvou víček.

   • Horní víko: Vyřízněte 2 otvory ve víku, aby se senzor Sonar vešel (viz přiložený obrázek).
   • Dolní víko + Mechanismus: Začněte tím, že si vezmete jeden z plastových nástavců (dodávaný se snímačem serva) a pomocí lepicí pásky / dřevěných tyčinek zkonstruujete tvar „Sledge Hammer“(použili jsme pouze pásku). Dále připojte servo. Nyní potřebujeme 2 otvory na samotném víku. První by mělo umožnit, aby se servo vešlo do mechanismu, do kterého jsme sestrojili, umístěného na „vnitřní straně“víka. Vyřízněte další otvor podle strany „kladivové hlavy“, kterou jste vytvořili. Tímto způsobem, kdykoli se servo otevře, ocas kladiva zamete jídlo směrem k východu a zabrání tomu, aby se velké kusy zasekly.
2. Vodní jednotka (Node-MCU): Jednoduše připojte vodní trubku k vodnímu čerpadlu a nyní ji umístěte do zahradnické nádoby (ujistěte se, že NEVKLÁDÁTE špatnou část s relé a elektrickými vodiči uvnitř vody).
3. Kamerová jednotka: Vše, co musíte udělat, je umístit modul Pi s kamerou na místo, které si vyberete.

Krok 4: Nastavení Blynk

Všechny vzdálené možnosti v tomto projektu jsou založeny na Blynku. Tato služba nám v zásadě poskytuje bezplatný webový server a RESTful API pro komunikaci s našimi zařízeními Arduino/Node-MCU přes internet pomocí protokolu HTTP. Blynk nám umožňuje definovat virtuální piny, které budou použity jako adresa pro provádění konkrétních funkcí souvisejících s naléváním vody, napájením a vzorkováním různých senzorů (tu část jsme udělali za vás, vše, co musíte udělat, je získat vlastní aplikační token, což bude vysvětleno dále).

Jak získat ověřovací token Blynk

1. Stáhněte si aplikaci Blynk prostřednictvím AppStore / PlayStore pro své mobilní zařízení.
2. Zaregistrujte se k této službě (její používání je zdarma).
3. Spusťte nový projekt, ujistěte se, že jste vybrali správné zařízení (v našem případě ESP8266).
4. Po vytvoření bude odeslán e -mail s AUTHENTICATION TOKEN - uložte token pro další kroky.

Poznámka: Blynk lze plně využívat prostřednictvím aplikace, ale rozhodli jsme se implementovat vlastní přizpůsobený řídicí panel.

Nakonec, abyste mohli přejít k dalšímu kroku, měli byste si stáhnout a nainstalovat knihovnu Blynk - odkaz (přeskočit na část 3)

Krok 5: Konfigurace nádoby na potraviny, vodní pumpy a živé kamery

V tomto okamžiku jsme dokončili montáž všech částí dohromady a dostali jsme blynkAuthAppToken (viz krok 3).

Poskytli jsme vám veškerý kód, který potřebujete ke spuštění tohoto projektu, vše, co musíte udělat, je změnit několik proměnných v kódu, což z něj udělá „váš vlastní“soukromý systém.

Nejprve začněte stahováním Arduino IDE (pokud jste to ještě neudělali) - Odkaz

Nádoba na potraviny Arduino

1. Nastavte IDE na desce Arduino: Nástroje -> Deska -> Arduino/Genuino Uno

2. Ujistěte se, že máte nainstalované tyto knihovny: Skica -> Zahrnout knihovnu -> Spravovat knihovny

   Relé (od Rafaela)

3. Otevřete soubor skici PetFeeder.ino, nakonfigurujte následující parametry (nápovědu viz přiložený obrázek):

   auth = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";

4. Zkompilujte a nahrajte skicu do svého zařízení Arduino.

Vodní jednotka Node-MCU

1. Nastavte IDE na desku Node-MCU:

   Podrobné vysvětlení najdete v první části tohoto návodu

2. Ujistěte se, že máte nainstalované tyto knihovny: Skica -> Zahrnout knihovnu -> Spravovat knihovny

   Správce WiFi (od tzapu)

3. Otevřete soubor skici PetFeeder.ino, nakonfigurujte následující parametry (nápovědu viz přiložený obrázek):

   • auth = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";
   • ssid = "VAŠE_WIFI_SSID"; // V zásadě je to název vaší WiFi sítě
   • projít = "VAŠE_WIFI_PASSWORD"; // pokud nemáte heslo, použijte prázdný řetězec ""
4. Zkompilujte a nahrajte skicu do svého zařízení Node-MCU.

Pi kamerový modul

1. Připojte modul kamery pi
2. Spusťte "sudo raspi-config" a nastavte možnost "kamera" povolit.

3. Otestujte fotoaparát pomocí příkazu „raspistill“k pořízení obrázku

   r aspistill -o image.jpg

4. Nastavit server webové kamery Flask:

   • Nainstalujte všechny požadavky pomocí pip install -r requirements.txt
   • Ke spuštění kamery_server.py použijte python
   • Podívejte se na 127.0.0.1:5000/video_feed

5. Nastavte webový server Flask tak, aby běžel při spuštění:

   • Přidejte následující řádek na /etc/rc.local (před ukončovací řádek):

     python /camera_server.py

Krok 6: Jak používat ovládací panel

Založit

Tato část je poměrně jednoduchá, vše, co musíte udělat, je vložit „token aplikace blynk“do souboru „index.js“následujícím způsobem:

const blynkToken = "YOUR_BLYNK_APP_TOKEN" // použijte stejný token z předchozích kroků.

Používání

1. Hlavní panel otevřete dvojitým kliknutím na soubor „index.html“.
2. Řídicí panel bude vzorkovat systém automaticky každých 10 minut.
3. Opatření nádoby na vodu a potraviny lze provést ručně.
4. Tlačítka „Dát vodu“a „Krmit“slouží k aktivnímu zásobování vašeho mazlíčka jídlem a vodou.
5. Spodní část palubní desky bude zobrazovat živý přenos z modulu kamery, pokud jste pečlivě dodržovali pokyny předchozího kroku.

Poznámka: Pokud chcete přizpůsobit počet otevření nádoby na jídlo při krmení, otevřete soubor „index.js“a změňte „hodnotu“na dalším řádku z „3“na libovolné číslo, které si vyberete:

načíst (baseURL + '/update/V1? value = 3');

Krok 7: Výzvy, limity a plány do budoucna

Výzvy

Hlavní výzvy, které pro nás v tomto projektu byly, se týkaly návrhu mechanismu otevírání/zavírání nádoby na potraviny a vytváření stabilního souběžného kódu pro ovládání a měření potravinové jednotky. Věřím, že jsme vyzkoušeli alespoň 4 různé verze, dokud jsme nebyli spokojeni. Hlavní starostí bylo zablokování východu z jídla. Abychom tomu zabránili, zvolili jsme konstrukci Sledge-Hammer, tímto způsobem vždy, když otevřeme kontejner, ocas „kladiva“zametá jídlo směrem k východu. Navíc použití oboustranné trubice nám značně zjednodušilo život při stavbě nádoby na potraviny. Takový předmět je ideální pro umístění únikového mechanismu na jednu stranu a snímač vzdálenosti na druhé straně pro měření jeho obsahu.

Limity

V této fázi projektu má systém několik omezení:

1. Není plně automatizovaný, což znamená, že podávání a nalévání vody se provádí ručně prostřednictvím monitorovacího panelu bez jakýchkoli inteligentních plánovačů (které by mohly být přidány v budoucnosti nebo implementovány vámi!).
2. Řídicí panel běží lokálně z vašeho vlastního notebooku, aby byl přístupnější, může být umístěn na populárních platformách, jako je „Heroku“.
3. Použili jsme velmi jednoduchý kamerový modul, který lze nahradit mnohem komplikovanějším modulem, aby byla zajištěna lepší kvalita obrazu a případné přidání komunikačního kanálu s vaším domácím mazlíčkem (pomocí reproduktoru).

Plány do budoucna

Pokud jsme měli čas a rozpočet na pokračování vývoje tohoto systému, měli jsme na mysli několik nápadů a možný harmonogram:

1. Přidání systému automatického plánování pro krmení domácích zvířat - 2 ~ 3 dny práce.
2. Vytvoření webové stránky, která umožní uživatelům našeho systému vytvářet přizpůsobený řídicí panel, který je hostován online a přístupný z jakéhokoli připojeného zařízení - 1–2 měsíce práce.
3. Práce na průmyslové verzi pro tento systém, která umožňuje více majitelům domácích zvířat lepší ovládání a komunikaci se svými mazlíčky online, jsme měli velký zájem od přátel, kteří viděli výsledek tohoto Instructable. Pokud tedy máte čas vášeň posunout projekt na další úroveň - máte plnou podporu!

Doufáme, že jste si tento projekt užili (a doufejme, že ho stavíte!):)