IoT-terarij: 6 koraka (sa slikama)

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

Moja djevojka je opsjednuta sobnim biljkama, a maloprije je spomenula da želi izgraditi terarij. Želeći raditi najbolji posao, guglala je kako i najbolje prakse kako stvoriti i brinuti se o jednom od njih. Ispostavilo se da postoji milijun postova na blogu i nitko nema točan odgovor, a čini se da se sve svodi na izgled i osjećaj kako pojedini terariji rastu. Budući da sam čovjek od znanosti i volim da podaci znaju da li nešto zaista funkcionira, želio sam dobro iskoristiti svoje znanje o IoT -u i elektronici i stvoriti IoT Terrarium monitor.

Plan je bio izgraditi senzorski sustav koji bi mogao pratiti temperaturu, vlažnost i vlagu tla s jednostavne, ali elegantne web stranice. To bi nam omogućilo praćenje zdravlja terarija pa smo uvijek znali da je u najboljem stanju. Budući da i ja volim LED diode (mislim tko ne voli), htio sam dodati i neopiksel koji bi terarij pretvorio u savršeno raspoloženje ili noćno svjetlo!

Nakon što sam planirao izgradnju, znao sam da to želim podijeliti kako bi drugi mogli napraviti svoje. Kako bih svima omogućio reprodukciju ovog projekta, koristio sam samo materijale koji se lako mogu nabaviti i koji se mogu kupiti u većini trgovina ciglom i žbukom ili jednostavno putem web lokacija poput Adafruit -a i Amazona. Dakle, ako ste zainteresirani za izgradnju vlastitog Iot-Terrarija u nedjelju popodne čitajte dalje!

Pribor

Uglavnom biste trebali moći kupiti slične stvari kao ja. No, potičem vas da se diverzificirate i postanete veći i bolji, pa ćete neke od dolje navedenih stavki možda htjeti prilagoditi svojoj specifičnoj građi. Također ću navesti neke alternativne materijale i metode u cijelom ovom neshvatljivom za one koji nemaju pristup svemu. Dakle, za početak vam je potrebno nekoliko alata kako biste ih slijedili, a to su;

• Bušilice i svrdla - Koriste se za bušenje kroz poklopac spremnika od terarija za postavljanje vaših senzora, svjetla i kontrolera.
• Pištolj za vruće ljepilo - koristi se za lijepljenje senzora na poklopac terarija. Možete odabrati drugačiji način ugradnje poput superljepila ili matica i vijaka.
• Lemilica (izborno) - Odlučio sam napraviti namjensku PCB za ovaj projekt kako bi veze bile što bolje. Također možete koristiti ploču za kruh i kratkospojne žice i postići isti rezultat.
• Oko 4 sata - Za ovaj projekt od početka do kraja u izgradnji trebalo mi je oko 4 sata da završim. To će ovisiti o tome kako ste odlučili izgraditi svoju verziju

Dolje je popis materijala za elektroniku za otkrivanje i upravljanje terarijem. Ne morate koristiti sve senzore, niti iste senzore za svoj terarij, ali za isporučeni kôd ti će materijali funkcionirati bez pakovanja. Malo upozorenja, za to koristim amazonske suradničke veze, pa vam hvala na podršci ako odlučite kupiti bilo što s tih veza.

• ESP8266 - Koristi se za kontrolu neopiksela, čitanje podataka sa senzora i prikazivanje web stranice. Također možete odabrati korištenje Adafruit HUZZAH -a
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (ili iz Adafruit -a) - Ovo su izvrsni mali neopikseli velikog formata. Imaju i sve ostale potrebne pasivne komponente za lakše upravljanje.
• DHT11 Senzor temperature vlage (ili iz Adafruit -a) - Osnovni osjetnik temperature i vlage. Za to možete koristiti i DHT22 ili DHT21.
• Senzor vlažnosti tla (ili iz Adafruit -a) - Dolaze u dva okusa. Koristio sam otporni tip, ali preporučujem kapacitivni tip poput onog iz Adafruit -a. O ovome kasnije.
• Napajanje od 5V (1A)- Za ovaj projekt trebat će vam napajanje od 5V. Ovo mora imati najmanje 1A napajanja, pa biste mogli koristiti i standardnu USB zidnu utičnicu.
• Prototip PCB-a- Koristi se za povezivanje svega u robustan dvorac. Također se može koristiti ploča ili neke kratkospojne žice.
• Neki pričvrsni vijci - Koriste se za postavljanje vaše tiskane ploče na poklopac posude. Također možete koristiti vruće ljepilo.
• Zaglavlja PCB-a- za montiranje NodeMCU-a na PCB.
• Žica - Bilo koja vrsta žica za povezivanje PCB -a i senzora zajedno.

Za vaš stvarni terarij postoje neograničene mogućnosti. Toplo preporučujem da se obratite svom najbližem vrtnom centru za sve zalihe i savjet. Tamo također možete zatražiti pomoć oko najbolje kombinacije materijala za izgradnju terarija za biljke koje koristite. Za mene je moj lokalni vrtni centar imao sve potrebne materijale u prikladnim malim vrećicama. Ti su bili;

• Staklena posuda - obično se nalazi u vašoj kućnoj trgovini. To može biti bilo kojeg oblika ili veličine koju želite, ali bi trebao imati poklopac koji će vam omogućiti bušenje i pričvršćivanje elektronike.
• Biljke - najvažniji dio. Birajte mudro i pazite da svi materijali u izgradnji odgovaraju vašoj biljci. Koristio sam malu pomoć odavde.
• Tlo, pijesak, šljunak, drveni ugljen i mahovina - ovo su osnovni gradivni elementi terarija i obično ih je lako pronaći u željezariji s vrtlarskim odjelom ili u lokalnom rasadniku

Također provjerite veliki broj terarija izgrađenih upravo ovdje na Instructables!

Korak 1: Napravite svoj terarij

Za početak, moramo zapravo izgraditi terarij prije nego što ga možemo spojiti na internet! Ne postoji ispravan ili pogrešan način sastavljanja terarija, ali postoje najbolje prakse koje ću pokušati opisati.

Prvi i najvažniji je da želite oponašati okoliš u kojem vaše odabrane biljke uspijevaju. Obično se u terariju koriste više biljke koje vole tropsku vlagu, ali mnogi ljudi i dalje koriste stvari poput sukulenata u posudi s otvorenim vrhom. Za ovu sam gradnju odabrao tropsku biljku kako bih mogao imati zapečaćen poklopac na koji ću upotrijebiti elektroniku.

Sljedeća najbolja praksa je redoslijed sastavljanja sastojaka terarija. Za najbolje rezultate morat ćete ih pravilno nanositi kako bi voda mogla istjecati i filtrirati kroz sustav te se vratiti kroz ciklus. Pazite na to da postanete predani biljkama i materijalima. Opsegnite staklenku, biljke i materijale prije nego ih potpuno stavite, inače vam sve možda neće odgovarati.

Slijedeći fotografije za ovaj korak, donje upute pokazuju kako možete slojiti svoj terarij za najbolje rezultate;

1. Stavite malo kamenčića na dno staklenke. Ovo je za odvodnju i ostavlja mjesto za prikupljanje vode.
2. Zatim postavite sloj mahovine, ovo je filter koji sprječava propadanje tla kroz pukotine šljunka i na kraju uništava učinak koji kamenčići daju. To se također može postići žičanom mrežom
3. Zatim dodajte svoj ugljen na vrh. Ovaj ugljen djeluje kao filter za vodu
4. Na vrh drvenog ugljena sada možete dodati zemlju. U ovoj ćete fazi htjeti provjeriti koliko se vaša staklenka napunila jer možete sve isprazniti i početi lakše ovdje kasnije
5. (Opcionalno) Možete dodati i druge materijale, poput pijeska, za učinak nanošenja slojeva. Dodao sam vrlo fini sloj pijeska za estetski učinak, a zatim položio ostatak zemlje.
6. Zatim napravite rupu u sredini, a zatim uklonite posudu iz biljaka i nježno ih postavite u središte.
7. Ako možete dosegnuti, tapkajte tlo oko biljaka kako biste ih čvrsto ugradili u tlo.
8. Završite dodavanjem nekoliko ukrasnih kamenčića na vrh i malo više mahovine koja će oživjeti s malo vlage.

Sada je bilo vrlo jednostavno u nedjelju popodne staviti jedan ili dva terarija! Ali nemojte mi vjerovati na evanđelje, pobrinite se da pogledate kako su drugi izgradili svoje.

Korak 2: Učinite to pametnim

Vrijeme je da se vaš terarij izdvoji od drugih. Vrijeme je da to učinimo pametnim. Da bismo to učinili, moramo znati što želimo mjeriti i zašto. Nisam stručnjak za vrtlarstvo, pa mi je ovo prvo, ali jako dobro razumijem senzorske i mikrokontrolere, pa ću primijeniti svoje znanje u jednom, nadam se, premostiti jaz u drugom.

Nakon što sam malo proguglao kako bih shvatio koja bi metrika bila najbolja, otišao sam u kupovinu pronaći odgovarajuće senzore za rad. Na kraju sam odabrao 3 stvari za mjerenje. To su bile temperatura, vlaga i vlaga tla. Ove tri metrike dat će opći pregled zdravlja našeg terarija i pomoći će nam da znamo je li zdrav ili zahtijeva brigu.

Za mjerenje temperature i vlage odabrao sam DHT11. Oni su lako dostupni iz mnogih izvora, poput Adafruta i drugih trgovina elektronikom. Također su potpuno podržani u okruženju Arduino, zajedno s drugim senzorima iste obitelji, poput DHT22 i DHT21. Kôd na kraju ovog Instructable podržava bilo koju verziju, tako da možete odabrati bilo koju verziju koja odgovara vašem proračunu i dostupnosti.

Senzori vlažnosti tla dolaze u dva okusa; otpornički i kapacitivni. Za ovaj projekt završio sam s otpornim senzorom jer mi je to tada bilo dostupno, ali kapacitivni senzor ponudio bi isti ishod.

Otporni senzori djeluju primjenom napona na dva pina u tlu i mjerenjem pada napona. Ako je tlo vlažno, bit će manji pad napona i stoga veća vrijednost koju očitava ADC mikrokontrolera. Ljepota ovih je u jednostavnosti i cijeni, zbog čega sam na kraju i upotrijebio ovu verziju.

Kapacitivni senzori rade tako što šalju signal jednom od dva pina na tlu poput otporničke verzije, razlika je u tome što se traži kašnjenje kada napon stigne na sljedeći pin. To se događa vrlo brzo, ali svi pametni obično se brinu na senzoru. Izlaz kao i otporničke verzije obično je također analogan što omogućuje njegovo spajanje na analogni pin mikrokontrolera.

Ideja iza ovih senzora nije dati apsolutnu vrijednost svemu jer njihove mjerne tehnike i fizička svojstva ovise o previše varijabli vašeg terarija. Način na koji se gledaju podaci s ovih senzora, osobito vlaga u tlu, relativan je jer oni zapravo nisu kalibrirani. Dakle, kako biste pomogli u nagađanju kada ćete zalijevati ili njegovati svoj vrt, morat ćete malo pogledati kako ide vašem terariju i mentalno to uskladiti s vašim podacima senzora.

Korak 3: Izrada PCB -a

Za ovaj projekt odlučio sam napraviti vlastiti PCB od prototipne ploče. Odabrao sam ovo kako bi sve bilo povezano robusnije od ploče za kruh ili putem žica zaglavlja. Rekavši to, ako kupite pravi oblik senzora i kontrolera, možete ga prkosno izgraditi na ploči ako nemate pristup lemilici.

Sada će vaš terarij najvjerojatnije koristiti drugu staklenku u mojoj, pa stoga neće koristiti točnu PCB koju sam napravio, pa neću ulaziti u detalje o točnoj metodi koju sam koristio za njezino stvaranje. Umjesto toga, u nastavku je niz indikativnih koraka koje možete poduzeti kako biste bili sigurni da ćete postići isti rezultat. Na kraju, sve što trebate učiniti da bi projekt uspio je slijediti dijagram sklopa na slikama.

1. Počnite postavljanjem PCB -a na poklopac da vidite kako će sve stati. Zatim označite sve linije reza i montažne rupe na PCB -u. u ovom koraku također biste trebali označiti gdje bi trebao biti otvor na poklopcu za žice.
2. Zatim izrežite ploču ako koristite prototipnu ploču. To možete učiniti pomoću noža i ravnog ruba tako da zarežete po rupama i zaskočite ga.
3. Zatim pomoću bušilice oblikujte rupe za pričvršćivanje vijaka koji će proći kroz poklopac. Ovaj promjer rupe trebao bi biti veći od vaših vijaka. Koristio sam otvor od 4 mm za vijke M3. Također možete koristiti vruće ljepilo za postavljanje PCB -a na poklopac.
4. U ovoj je fazi dobra ideja napraviti i rupe za montažu na poklopcu dok nema komponenti na PCB -u. Zato postavite PCB na vrh poklopca, označite rupe i izbušite ih promjerom manjim od pričvrsnih vijaka. To će omogućiti da vijci zagrizu u poklopac.
5. Izbušite rupu da bi vaše žice mogle proći do kraja. Napravio sam rupu od 5 mm koja je bila odgovarajuće veličine. U ovoj fazi također je dobra ideja označiti i izbušiti istu rupu na poklopcu.
6. Sada možete postaviti komponente na PCB i početi s lemljenjem. Počnite s zaglavljima za ESP8266.
7. S postavljenim zaglavljima ESP8266 sada znate gdje se pinovi postavljaju, pa sada možete odrezati neke žice za povezivanje senzora. Pritom pazite da budu dulji nego što vam je potrebno jer ih možete kasnije skratiti. Ove bi žice trebale biti za svu vašu snagu + i -, kao i podatkovne linije. Također sam ih označio bojom kako bih znao što je to.
8. Zatim lemite sve žice koje su vam potrebne za ploču prema shemi kruga i gurnite ih kroz otvor na PCB -u spremne za montažu na poklopac i spajanje na vaše senzore.
9. I na kraju, morat ćete spojiti napajanje. Za ovo sam dodao mali konektor (nije na slikama). Ali možete ga i izravno zalemiti.

To je za montažu PCB -a! Njegovi su uglavnom mehanički prijedlozi jer ćete na vama postaviti PCB kako bi odgovarao vašem poklopcu. U ovoj fazi nemojte montirati PCB na poklopac jer ćemo u sljedećem koraku morati montirati senzor na donju stranu.

Korak 4: Izrada poklopca

Vrijeme je za montiranje senzora i svjetla na poklopac! Ako ste slijedili posljednji korak, trebali biste imati poklopac sa svim otvorima za montažu na PCB -u i veliku rupu kroz koju će proći žica senzora. Ako to učinite, sada možete postaviti svjetla i senzore na željeni način. Baš kao i posljednji korak, metoda koju koristite vjerojatno će biti malo drugačija, ali evo popisa koraka koji će vam pomoći u postavljanju poklopca

Oprez: Podatkovne linije neopiksela imaju smjer. Obratite pozornost na ulaz i izlaz svakog svjetla tražeći strelice na PCB -u. Pazite da podaci uvijek idu od izlaza do ulaza.

1. Počnite postavljanjem svjetla i senzora temperature na poklopac kako biste vidjeli gdje ih želite postaviti. Predlažem da temperaturni senzor držite dalje od svjetla jer će odavati malo topline. No osim toga, izgled ovisi isključivo o vama.
2. Kad sve bude postavljeno, možete odrezati žicu kako biste spojili svjetla. Učinio sam to tako što sam izrezao testni komad i upotrijebio ga kao vodič za rezanje ostatka.
3. Zatim sam upotrijebio blue-tak da držim svjetla i lemio žice na njih pomoću jastučića sa strana ploča flore. Obratite pozornost na podatkovne smjerove svjetla.
4. Zatim sam uklonio blue-tak sa svjetla i vrućim ljepilom pričvrstio ih za poklopac zajedno s senzorom temperature na mjestu s kojim sam bio zadovoljan.
5. Sada uzmite PCB i montirajte ga na poklopac gdje ste ranije izbušili i izrezali rupe. Provucite žice kroz veliku rupu spremnu za spajanje sa senzorima.
6. Zatim lemite svaku žicu na ispravne senzore slijedeći dijagram kruga koji je naveden u prethodnom koraku.
7. Budući da senzor tla nije montiran na poklopac, morat ćete paziti da žice ostave dovoljno dugo da se može posaditi u tlo. Nakon što ga izrežete, lemite senzor tla.

Čestitamo, sada biste trebali imati potpuno sastavljen poklopac temeljen na senzoru s senzorima za temperaturu, vlagu i vlagu tla. U kasnijim koracima vidjet ćete da sam dodao 3D tiskani šešir od drvene smole koji pokriva i ESP8266. Nisam opisao kako se to radi jer će se konačni oblik i veličina vašeg terarija vjerojatno razlikovati i nemaju svi pristup 3D pisaču. Ali želim to istaknuti pa služi kao ideja o tome kako biste htjeli završiti svoj projekt!

Korak 5: Kodiranje ESP8266 s Arduinom

S vašim poklopcem sa senzorom spremnim za rad, vrijeme je da stavite pamet u njega. Da biste to učinili, trebat će vam okruženje Arduino s instaliranim pločama ESP8266. Ovo je lijepo i lako pokrenuti zahvaljujući velikoj zajednici iza toga.

Za ovaj korak predlažem da ESP8266 ne bude priključen na PCB kako biste mogli otkloniti pogreške pri prijenosu i pokretanju. Nakon što vaš ESP8266 prvi put radi i spoji se na WiFi, predlažem da ga priključite na PCB.

Postavite Arduino okruženje:

Prvo će vam trebati okruženje Arduino koje se ovdje može preuzeti za većinu operativnih sustava. Slijedite upute za instalaciju i pričekajte da završi. Nakon što ga završite, otvorite ga i možemo dodati ploče ESP8266 slijedeći sjajne korake na službenom spremištu GitHub ovdje.

Nakon dodavanja, morat ćete odabrati vrstu ploče i veličinu bljeskalice da bi ovaj projekt funkcionirao. U izborniku "alati"-> "ploča" morat ćete odabrati modul "NodeMCU 1.0", a u opcijama veličine Flasha trebate odabrati "4M (1M SPIFFS)".

Dodavanje knjižnica

Ovdje se većina ljudi odlijepi kada pokušavaju ponoviti nečiji projekt. Knjižnice su izbirljive i većina se projekata oslanja na određenu verziju koja se instalira kako bi funkcionirala. Dok okruženje Arduino djelomično rješava ovaj problem, ono je obično izvor problema s vremenom kompilacije koje su pronašli novi početnici. Ovo pitanje rješavaju drugi jezici i okruženja koristeći nešto što se naziva "pakiranje", ali Arduino okruženje to ne podržava … tehnički.

Za ljude s potpuno novom instalacijom Arduino okruženja, ovo možete preskočiti, ali za druge koji žele znati kako bi bili sigurni da će svaki projekt koji naprave s okruženjem Arduino funkcionirati (pod uvjetom da za početak radi) možeš ti to. Rad oko vas ovisi o stvaranju nove mape gdje god želite i usmjeravanju vašeg mjesta "Sketchbook" u izborniku "datoteka"-> "postavke". Točno pri vrhu gdje piše mjesto skiciranja kliknite Pregledaj i idite do nove mape.

Nakon što to učinite, ovdje nećete imati instalirane knjižnice, što vam omogućuje da dodate bilo koju koju želite bez onih koje ste prethodno instalirali. To znači da za određeni projekt poput ovog možete dodati knjižnice koje dolaze s mojim spremištem GitHub i nemaju sukobe s drugim onima koje ste možda instalirali. Savršen! Ako se želite vratiti svojim starim knjižnicama, sve što trebate učiniti je promijeniti mjesto svoje bilježnice na izvorno, tako je jednostavno.

Sada za dodavanje knjižnica za ovaj projekt morat ćete preuzeti zip datoteku iz spremišta GitHub i instalirati sve knjižnice u uključenu mapu "knjižnice". Sve su to pohranjene kao.zip datoteke i mogu se instalirati pomoću koraka predloženih na službenoj web stranici Arduino za to.

Promijenite potrebne varijable

Nakon što ste sve preuzeli i instalirali, vrijeme je za početak sastavljanja i postavljanja koda na ploču. Dakle, s tim preuzetim spremištem trebala bi postojati i mapa pod nazivom "IoT-Terrarium" s hrpom.ino datoteka u njoj. Otvorite glavnu datoteku pod nazivom "IoT-Terrarium.ino" i pomaknite se dolje do dijela skica s glavnim varijablama pri vrhu.

Ovdje morate promijeniti nekoliko ključnih varijabli kako bi odgovarale onome što ste izgradili. Prvo što trebate dodati su vaše vjerodajnice za WiFi na skici kako bi se ESP8266 prijavio na vašu WiFi mrežu kako biste joj mogli pristupiti. Oni razlikuju velika i mala slova pa budite oprezni.

Niz SSID = "";

Lozinka niza = "";

Sljedeća je vremenska zona u kojoj se nalazite. To može biti pozitivan ili negativan broj. Na primjer, Sydney je +10;

#define UTC_OFFSET +10

Nakon toga slijedi razdoblje uzorkovanja i količina podataka koje bi uređaj trebao pohraniti. Broj prikupljenih uzoraka mora biti dovoljno mali da mikrokontroler može rukovati. Otkrio sam da je sve ispod 1024 u redu, sve veće je nestabilno. Razdoblje prikupljanja je vrijeme između uzoraka u milisekundama.

Množenjem zajedno dobivate koliko dugo će se podaci vraćati, zadane vrijednosti 288 odnosno 150000 (2,5 minute) daju vremensko razdoblje od 12 sati, promijenite ih tako da odgovaraju koliko unatrag želite vidjeti.

#define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

U prethodnim koracima spojio sam LED diode na pin D1 (pin 5) ESP8266. Ako ste ovo promijenili ili ste dodali više ili manje LED dioda, to možete promijeniti u dva retka;

#define NUM_LEDS 3 // Broj LED dioda koje ste povezali

#define DATA_PIN 5 // Pin na kojem je LED podatkovna linija

Posljednje što trebate promijeniti su vaše postavke DHT11. Jednostavno promijenite pin na koji je spojen i vrstu ako niste koristili DHT11;

#define DHT_PIN 4 // Podatkovni pin na koji ste povezali DHT senzor

#define DHTTYPE DHT11 // Raskomentirajte ovo pri korištenju DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Dekomentirajte ovo kada koristite DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Dekomentirajte ovo kada koristite DHT21

Sastavi i učitaj

Nakon što promijenite sve što vam je potrebno, možete nastaviti sastavljati skicu. Ako je sve u redu, trebalo bi ga kompajlirati i ne dati greške pri dnu ekrana. Ako zaglavite, možete komentirati u nastavku i ja bih vam mogao pomoći. Idite naprijed i spojite ESP8266 USB kabelom na računalo i pritisnite upload. Nakon što se to učini, trebao bi se pokrenuti i povezati na WiFi. Na serijskom monitoru nalaze se i neke poruke koje vam govore što radi. Korisnici Androida trebali bi uzeti u obzir IP adresu koju navodi jer ćete je morati znati.

To je to! Uspješno ste prenijeli kôd. Sada zalijepite poklopac na terarij i pogledajte što senzori imaju reći.

Korak 6: Završni proizvod

Kad se sve spoji, zabodite osjetnik tla u tlo tako da dva zupca budu prekrivena. Zatim jednostavno zatvorite poklopac, spojite napajanje i uključite! Sada možete otići na web stranicu EPS8266 ako ste na istoj WiFi mreži kao i ona. To se može učiniti odlaskom na njegovu IP adresu ili pomoću mDNS -a na adresi; https://IoT-Terrarium.local/ (Trenutno bilješka podržava Android, uzdah)

Web stranica služi za prikaz svih podataka koje prikupljate i za provjeru zdravstvenog stanja vaših biljaka. Sada možete pregledati sve statističke podatke sa svih svojih senzora, i što je najvažnije, uključite LED diode za jedinstveno malo noćno svjetlo, strašno!

Također možete spremiti stranicu na početni zaslon u sustavu iOS ili Android kako bi se ponašala kao aplikacija. Samo pazite da budete na istoj WiFi mreži kao i vaš ESP8266 kada kliknete na nju.

To je to za ovaj projekt, ako imate bilo kakvih komentara ili upita, ostavite ih u komentarima. Hvala na čitanju i sretno u izradi!