IoT APIS V2 - Automatski sustav za navodnjavanje biljaka s omogućenim IoT -om: 17 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Ovaj projekt je evolucija mojih prethodnih instrukcija: APIS - Automatizirani sustav za navodnjavanje biljaka

Koristim APIS već gotovo godinu dana i htio sam poboljšati prethodni dizajn:

1. Sposobnost daljinskog nadzora biljke. Tako je ovaj projekt postao IoT omogućen.
2. Sonda vlažnosti tla koja se lako zamjenjuje. Prošao sam kroz tri različita dizajna sonde za vlagu, i bez obzira na to koji sam materijal koristio, prije ili kasnije je erodirao. Tako je novi dizajn trebao trajati što je dulje moguće i brzo se i lako zamijeniti.
3. Razina vode u kanti. Htio sam moći reći koliko je vode još dostupno u kanti i prestati zalijevati kad je kanta prazna.
4. Bolji izgled. Siva projektna kutija bila je dobar početak, ali htio sam stvoriti nešto što bi izgledalo malo bolje. Vi ćete biti sudac ako sam uspio postići taj cilj …
5. Autonomija. Htio sam da novi sustav bude autonoman u smislu snage i/ili dostupnosti interneta.

Rezultirajući projekt nije manje konfigurabilan od prethodnika i ima dodatne korisne značajke.

Također sam htio koristiti svoj novostečeni 3D pisač, pa će se neki dijelovi morati ispisati.

Korak 1: Hardver

Za izradu IoT APIS v2 trebat će vam sljedeće komponente:

1. NodeMcu Lua ESP8266 ESP -12E WIFI razvojna ploča - na banggood.com
2. SODIAL (R) 3-pinski ultrazvučni senzorski modul za mjerenje udaljenosti senzora, dvostruki pretvarač, tropolni na ploči-na amazon.com
3. DC 3V -6V 5V Mala podvodna pumpa za vodu Akvarijska pumpa za akvarij - na ebay.com
4. LED u tri boje - na amazon.com
5. Vero ploča - na amazon.com
6. PN2222 tranzistor - na amazon.com
7. Plastični vijci, vijci i matice
8. Oprema i pribor za lemljenje
9. Žice, otpornici, zaglavlja i druge razne elektroničke komponente
10. Prazna Tropicana OJ 2.78 QT staklenka
11. 2 pocinčana čavla

Korak 2: Opći dizajn

Cjelokupni dizajn sastoji se od sljedećih komponenti: 1. Sonda za vlažnost tla i prostor za zalijevanje biljaka (kombinirano - 3d ispisano) 2. Cijevi i ožičenje3. Senzor propuštanja vode u ladici (3d ispis) 4. Upravljački modul montiran na vrhu OJ staklenke (postavljen i zatvoren u 3D tiskanu kutiju) 5. Potopljena pumpa za vodu6. Skica NodeMCU7. IoT konfiguracija8. Napajanje: USB putem utičnice -ILI- solarna ploča (autonomni način rada) Razgovarajmo o svakoj komponenti zasebno

Korak 3: Potopljena vodena pumpa

Potopljena pumpa za vodu nalazi se ispod ručke posude OJ (kako bi se izbjegle smetnje pri mjerenju razine vode). Crpka je postavljena na takav način da "lebdi" oko 2-3 mm iznad dna posude kako bi se omogućio slobodan protok vode do ulaza.

Budući da bi crpka trebala biti potpuno potopljena za normalan rad, minimalna razina vode u posudi trebala bi biti oko 3 cm (oko 1 inč).

Korak 4: Upravljački modul montiran na vrh staklenke OJ

Odabrao sam standardnu veliku teglu Tropicana OJ kao posudu za vodu. Oni su široko dostupni i standardni.

Upravljački modul postavlja se na vrh staklenke nakon što se ukloni izvorna slavina.

Platforma na kojoj se nalazi upravljački modul ispisana je 3d. STL datoteka nalazi se u odjeljcima datoteka i skica ovog uputstva.

Pumpa, cijevi i ožičenje prolaze kroz ručku posude Tropicana kako bi se oslobodio prostor za mjerenje razine vode.

Razina vode mjeri se ultrazvučnim senzorom udaljenosti integriranim s platformom upravljačkog modula. Razina vode određuje se kao razlika u udaljenosti mjerenja prazne posude i posude napunjene vodom do određene razine.

Upravljački modul i američki senzor prekriveni su 3D tiskanom "kupolom". STL datoteka kupole nalazi se u odjeljku datoteka i skica ovog uputstva.

Korak 5: Upravljački modul - sheme

Sheme za upravljački modul (uključujući popis komponenti) i datoteke dizajna ploče za kruh nalaze se u odjeljku datoteka i skica ovog uputstva.

NAPOMENA: Rad s NodeMCU pokazao se kao izazovan zadatak u smislu dostupnih GPIO pinova. Gotovo svi GPIO -i služe brojnim funkcijama, što ih čini nedostupnima za upotrebu ili nemogućim za korištenje u načinu dubokog mirovanja (zbog posebnih funkcija koje igraju tijekom procesa pokretanja). Na kraju sam uspio pronaći ravnotežu između korištenja GPIO -a i mojih zahtjeva, ali bilo je potrebno nekoliko frustrirajućih ponavljanja.

Na primjer, neki GPIO -i ostaju "vrući" tijekom dubokog sna. Povezivanje LED -a s onima koji su porazili svrhu smanjenja potrošnje energije tijekom dubokog sna.

Korak 6: Senzor propuštanja vode u ladici

Ako vaš lonac ima preljevni otvor na dnu, postoji opasnost od prelijevanja vode u donji pladanj i prolijevanja po podu (polica ili na čemu se nalazi vaša biljka).

Primijetio sam da na mjerenje vlažnosti tla uvelike utječu položaj sonde, gustoća tla, udaljenost od otvora za zalijevanje itd. Drugim riječima, vlažnost tla može biti štetna samo za vaš dom ako voda prelije donju posudu i prelije se.

Senzor prelijevanja je odstojnik između lonca i donje ladice, s dvije žice omotane oko šipki. Kad voda napuni ladicu, dvije žice se spajaju, signalizirajući tako mikrokontroleru da je voda prisutna u donjoj ladici.

Na kraju voda isparava, a žice se odvajaju.

Donja ladica je 3D ispisana. STL datoteka dostupna je u odjeljku datoteka i skica ovog uputstva.

Korak 7: Sonda za vlažnost tla i kućište za zalijevanje

Dizajnirao sam šesterokutno 3D tiskano kućište kao kombiniranu sondu za vlažnost tla i zalijevanje.

Datoteka za 3D ispis (STL) dostupna je u odjeljku datoteke i skice ovog uputstva.

Kućište se sastoji od dva dijela, koja se moraju zalijepiti. Modificirani bodeći dodatak zalijepljen je sa strane kućišta za pričvršćivanje cijevi.

Za postavljanje pocinčanih čavala predviđene su dvije rupe od 4,5 mm koje služe kao sonde za vlažnost tla. Povezivanje s mikrokontrolerom postiže se metalnim odstojnicima odabranim posebno za nokte.

3D dizajn izrađen je pomoću www.tinkercad.com koji je izvrstan i jednostavan za korištenje, ali moćan alat za 3D dizajn.

NAPOMENA: Možda biste se htjeli upitati zašto jednostavno nisam upotrijebio jednu od unaprijed proizvedenih sondi za tlo? Odgovor je: folija se na njima otapa u roku od nekoliko tjedana. Zapravo, čak i uz ograničeno vrijeme nokti su pod naponom, oni i dalje nagrizaju te ih je potrebno zamijeniti barem jednom godišnje. Gornji dizajn omogućuje zamjenu noktiju u roku od nekoliko sekundi.

Korak 8: Cijevi i ožičenje

Voda se isporučuje na plan putem super-meke poluprozirne cijevi od lateks gume (s unutarnjim promjerom 1/4 "i vanjskim promjerom 5/16").

Izlaz crpke zahtijeva veće cijevi i adapter: Polipropilenski bodičasta spojnica otporna na kemikalije, reducirajuća ravno za ID cijevi 1/4 "x 1/8".

Konačno, kemijski otporni polipropilenski bodeći okov, ravni za 1/8 tube ID služi kao priključak za zalijevanje.

Korak 9: Skica NodeMCU -a

NodeMCU skica implementira nekoliko značajki IoT APIS v2:

1. Spaja se na postojeću WiFi mrežu - ILI - radi kao WiFi pristupna točka (ovisno o konfiguraciji)
2. Traži NTP poslužitelje radi dobivanja lokalnog vremena
3. Implementira web poslužitelj za nadzor postrojenja i podešavanje parametara zalijevanja i umrežavanja
4. Mjeri vlažnost tla, propuštanje vode u donjoj posudi, razinu vode u staklenci i pruža vizualnu indikaciju putem LED u tri boje
5. Implementira online i powerave načine rada
6. Sprema podatke o svakom navodnjavanju lokalno u internu flash memoriju

Korak 10: NodeMCU Sketch - WiFi

Prema zadanim postavkama IoT APIS v2 stvorit će lokalnu WiFi pristupnu točku pod nazivom "Plant_XXXXXX", gdje je XXXXXX serijski broj čipa ESP8266 na ploči NodeMCU -a.

Ugrađenom web poslužitelju možete pristupiti putem URL-a: https://plant.io unutarnji DNS poslužitelj povezat će vaš uređaj sa stranicom statusa APIS-a.

Sa stranice statusa možete se pomaknuti na stranicu parametara zalijevanja i stranicu s mrežnim parametrima, gdje možete natjerati IoT APIS v2 da se poveže s vašom WiFi mrežom i počne izvještavati o statusu u oblaku.

IoT APIS podržava mrežne načine rada i načine uštede energije:

1. U mrežnom načinu rada IoT APIS održava WiFi vezu cijelo vrijeme tako da u bilo kojem trenutku možete provjeriti stanje svoje biljke
2. U načinu rada za uštedu energije IoT APIS povremeno provjerava vlažnost tla i razinu vode, stavljajući uređaj u način rada "duboki san", čime se dramatično smanjuje njegova potrošnja energije. Međutim, uređaj nije dostupan na Internetu cijelo vrijeme, a parametri su se mogli mijenjati samo za vrijeme uključivanja uređaja (trenutno svakih 30 minuta, usklađeno sa satom/pola sata sata u stvarnom vremenu). Uređaj će ostati na mreži 1 minutu svakih 30 minuta kako bi dopustio promjene konfiguracije, a zatim će ući u način dubokog sna. Ako se korisnik poveže s uređajem, vrijeme "gore" se produžuje na 3 minute za svaku vezu.

Kad je uređaj spojen na lokalnu WiFi mrežu, njegova IP adresa prijavljuje se IoT cloud poslužitelju i vidljiva je na mobilnom nadzornom uređaju.

Korak 11: Skica NodeMCU - NTP

IoT APIS v2 koristi NTP protokol za dobivanje lokalnog vremena od poslužitelja vremena NIST. Točno vrijeme koristi se za određivanje treba li uređaj ući u "noćni" način rada, tj. Izbjegavati pokretanje pumpe ili treptanje LED diode.

Noćno se vrijeme može zasebno konfigurirati za radne dane i vikend ujutro.

Korak 12: Skica NodeMCU - lokalni web poslužitelj

IoT APIS v2 implementira lokalni web poslužitelj za izvješćivanje o statusu i promjene konfiguracije. Početna stranica nudi informacije o trenutnoj vlažnosti i razini vode, prisutnosti preljevne vode u donjoj ladici i statistiku najnovijeg zalijevanja. Stranica za konfiguraciju mreže (dostupna putem gumba za konfiguriranje mreže) omogućuje povezivanje s lokalnom WiFi mrežom i promjenu između mrežnih i načina uštede energije. (Promjene u mrežnoj konfiguraciji uzrokovat će resetiranje uređaja) Stranica sa konfiguracijom zalijevanja (dostupna putem gumba za konfiguriranje vode) omogućuje promjenu parametara zalijevanja (vlažnost tla za početak/zaustavljanje zalijevanja, trajanje zalijevanja i pauza zasićenja između ciklusa, broj vožnji itd.) HTML datoteke web poslužitelja nalaze se u podatkovnoj mapi skice IoT APIS Arduino IDE skice. Treba ih prenijeti u flash memoriju NodeMCU -a kao SPIFF datotečni sustav pomoću alata "ESP8266 Sketch Data Upload" koji se nalazi ovdje.

Korak 13: Skica NodeMCU - Lokalni dnevnik zalijevanja i pristup unutarnjem datotečnom sustavu

U slučaju da mrežno povezivanje nije dostupno, sustav IoT APIS v2 lokalno bilježi sve aktivnosti zalijevanja.

Za pristup zapisniku povežite se s uređajem i idite na stranicu '/uredi', a zatim preuzmite datoteku watering.log. Ova datoteka sadrži povijest svih zalijevanja od početka bilježenja.

Primjer takve datoteke dnevnika (u formatu odvojenom tabulatorima) priložen je ovom koraku.

NAPOMENA: Stranica za preuzimanje nije dostupna kada je IoT APIS v2 u načinu rada pristupne točke (zbog ovisnosti o mrežnoj biblioteci Java Script).

Korak 14: Skica NodeMCU - Vlažnost tla, Propuštanje vode u donjoj ladici, Razina vode, LED u 3 boje

Mjerenje vlažnosti tla temelji se na istom principu kao i izvorni APIS. Za detalje pogledajte upute.

Propuštanja u ladici za vodu otkrivaju se trenutnim naponom na žicama koje se nalaze ispod lonca pomoću unutarnjih PULLUP otpornika. Ako je rezultirajuće stanje PIN -a NISKO, u ladici ima vode. PIN stanje HIGH označava da je krug "prekinut", stoga nema vode u donjoj ladici.

Razina vode određuje se mjerenjem udaljenosti od vrha staklenke do vodene površine i usporedbom s udaljenošću do dna prazne posude. Imajte na umu uporabu 3 -polnog senzora! Oni su skuplji od četveropolnih senzora HC-SR04. Nažalost, ostao sam bez GPIO -a na NodeMCU -u i morao sam presjeći svaku žicu kako bih dizajn mogao raditi samo na jednom NodeMCU -u bez dodatnih krugova.

LED u tri boje koristi se za vizualno označavanje stanja APIS -a:

1. Umjereno trepćuće ZELENO - povezivanje s WiFi mrežom
2. Brzo trepćuće ZELENO - postavljanje upita NTP poslužitelju
3. Kratko, zeleno - spojeno na WiFi i uspješno dobiveno trenutno vrijeme s NTP -a
4. Kratko, bijelo - inicijalizacija mreže je dovršena
5. Brzo trepćuće BIJELO - pokreće način pristupne točke
6. Brzo trepćuće PLAVO - zalijevanje
7. Umjereno trepćuće PLAVO - zasićenje
8. Nakratko čvrst AMBER, nakon čega slijedi kratko čvrst CRVENI - nije moguće dobiti vrijeme od NTP -a
9. Nakratko solidno BIJELO tijekom pristupa internom web poslužitelju

LED ne radi u "noćnom" načinu rada. Noćni način rada mogao bi se pouzdano odrediti samo ako je uređaj uspio barem jednom dobiti lokalno vrijeme s NTP poslužitelja (lokalni sat u stvarnom vremenu koristit će se dok se ne uspostavi sljedeća veza s NTP -om)

Primjer LED funkcije dostupan je na YouTubeu ovdje.

Korak 15: Solarna energija, Power Bank i autonomni rad

Jedna od ideja koja stoji iza IoT APIS v2 bila je sposobnost autonomnog rada.

Trenutni dizajn koristi solarnu ploču za napajanje i privremenu bateriju snage 3600 mAh kako bi se to postiglo.

1. Solarni panel dostupan je na amazon.com
2. Power bank je također dostupna na amazon.com

Solarna ploča također ima ugrađenu bateriju od 2600 mAh, ali nije mogla izdržati 24 -satni rad APIS -a čak ni u načinu rada za uštedu energije (sumnjam da se baterija ne nosi dobro s istovremenim punjenjem i pražnjenjem). Čini se da kombinacija dviju baterija daje odgovarajuću snagu i dopušta ponovno punjenje obje baterije tijekom dana. Solarna ploča puni power bank, dok power bank napaja APIS uređaj.

Molim Zabilježite:

Te su komponente opcionalne. Uređaj možete jednostavno napajati bilo kojim USB adapterom koji daje struju od 1A.

Korak 16: IoT integracija - Blynk

Jedan od ciljeva novog dizajna bila je mogućnost daljinskog praćenja vlažnosti tla, razine vode i drugih parametara.

Odabrao sam Blynk (www.blynk.io) kao IoT platformu zbog jednostavnosti korištenja i privlačnog vizualnog dizajna.

Budući da se moja skica temelji na suradničkoj biblioteci za više zadataka TaskScheduler -a, nisam želio koristiti biblioteke uređaja Blynk (one nisu omogućene za TaskScheduler). Umjesto toga, koristio sam Blynk HTTP RESTful API (dostupan ovdje).

Konfiguriranje aplikacije što je moguće intuitivnije. Slijedite priložene snimke zaslona.

Korak 17: Skice i datoteke

IoT APIS v2 skica nalazi se na githubu ovdje: Sketch

Ovdje se nalazi nekoliko biblioteka koje koristi skica:

1. TaskScheduler - kooperativna biblioteka za više zadataka za Arduino i esp8266
2. AvgFilter - cjelobrojna implementacija filtra Prosjek za izglađivanje podataka senzora
3. RTCLib - implementacija hardverskog i softverskog sata u realnom vremenu (izmijenio sam)
4. Vrijeme - Izmjene za knjižnicu vremena
5. Vremenska zona - knjižnica koja podržava izračune vremenske zone

BILJEŠKA:

Podatci s podacima, pin dokumentacija i 3D datoteke nalaze se u podmapi "datoteke" glavne skice.

HTML datoteke za ugrađeni web poslužitelj trebaju se učitati u NODE MCU flash memoriju pomoću arduino-esp8266fs-dodatka (koji stvara datotečni sustav iz podmape "podaci" glavne mape skica i prenosi ga u flash memoriju)

Drugoplasirani na natjecanju u vrtlarstvu u zatvorenom prostoru 2016