IOT vrt s Raspberry Pi pogonom: 18 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Jedan od primarnih ciljeva ovog projekta bio je omogućiti održavanje dobrobiti vrta koristeći snagu Interneta stvari (IoT). Sa svestranošću sadašnjih alata i softvera, naša sadilica integrirana je sa senzorima koji prate stanje biljaka u stvarnom vremenu. Napravili smo aplikaciju za pametni telefon koja omogućuje pristup podacima i poduzimanje potrebnih radnji ako je potrebno.

Dizajn naše sadilice skalabilan je, jeftin i jednostavan za gradnju, što ga čini savršenom opcijom za dodavanje zelenila na terasu ili u dvorište. Pametni vrt pokazao se učinkovitijim u potrošnji vode te olakšava održavanje i nadzor.

Slijedite dalje kako biste saznali kako napraviti vlastitu bazu podataka i aplikaciju, stvaranjem vrta koji se može nadzirati pritiskom na gumb!

Korak 1: Pregled IOT sustava

Sustav Iot funkcionira kroz sljedeće procese. Raspberry Pi se koristi za prijenos korisnih informacija o vrtu, poput svjetline, vlažnosti i sadržaja vlage u tlu iz različitih senzora u bazu podataka oblaka. Kad se informacije nalaze u oblaku, mogu im se pristupiti s bilo kojeg mjesta pomoću aplikacije za pametni telefon koju smo izgradili. I ovaj je proces reverzibilan, korisnik može poslati upute, kao što je stanje pumpe za vodu, natrag u vrt koji će izvršiti potrebne naredbe.

Ovo su neke od ključnih značajki našeg vrta:

Povratne informacije o raznim senzorima u vrtu u stvarnom vremenu

Baza zdravstvenog stanja vrta

Globalni nadzorni i operativni kapaciteti

Sustav navodnjavanja kap po kap

Sustav vode kojim upravlja aplikacija

Automatski raspored zalijevanja

Odlučili smo koristiti Googleovu Firebase kao posrednika našeg IOT sustava, za stvaranje vlastite besplatne baze podataka u oblaku. Zatim smo upotrijebili MIT -ov App Inventor za izradu aplikacije za pametni telefon koja je kompatibilna s bazom podataka Firebase i Raspberry Pi. Također može komunicirati s bazom podataka uz pomoć besplatne knjižnice Python.

Korak 2: Potrebni materijali:

Materijali potrebni za izradu iot sadilice lako se mogu pronaći u lokalnim ili internetskim trgovinama. Sljedeći popis opisuje sve potrebne dijelove.

HARDVER:

1 "Daska od borovog drveta - dimenzije; 300cm x 10cm (budući da će drvo biti na otvorenom, preporučujemo obrađeno drvo)

1/4 "Šperploča - dimenzije; 120 x 80 cm

Cerada - dimenzije; 180 x 275 cm

PVC cijev - dimenzije; duljina 30 cm, promjer 2 cm

Kirurška cijev - dimenzije; 250 cm

Lakatni zglob x 2

Drveni vijak x 30

ELEKTRONIKA:

Rasberry Pi3 model B

Grove Pi + Štit senzora

Elektromagnetni ventil 12V

Senzor vlažnosti i temperature (dht11)

Senzor vlage

Senzor svjetlosti

Relejni modul

Napajanje 12V

Ukupni troškovi ovog projekta su otprilike 50 USD

Korak 3: 3D ispisani dijelovi

Uz pomoć 3D ispisa izrađene su različite komponente koje je trebalo prilagoditi za ovaj projekt. Sljedeći popis sadrži potpuni popis dijelova i specifikacije ispisa. Sve STL datoteke nalaze se u gore priloženoj mapi, što omogućuje da se po potrebi izvrše potrebne izmjene.

Spoj cijevi x 1, 30% ispuna

Adapter mlaznice x 3, 30% ispune

Utikač za cijev x 3, 10% ispune

Kuka x 2, 30% ispuna

Montaža senzora x 1, ispuna 20%

Adapter ventila x 1, ispuna 20%

Poklopac ožičenja x 1, ispuna 20%

Koristili smo naš Creality Ender 3 za ispis dijelova, što je trajalo oko 8 sati za 12 dijelova.

Korak 4: Planovi

Jedna nije ograničena na dimenzije koje smo odabrali za izradu našeg sadilice, ali gore su priloženi svi detalji potrebni za izradu projekta. U sljedećim koracima možete se uputiti na ove slike za rezanje drva.

Korak 5: Izgradnja strana

Za držanje biljaka odlučili smo napraviti strukturu za sadnju od drveta. Unutarnje dimenzije naše kutije su 70 x 50 cm, a visina 10 cm. Za izradu stranica koristili smo daske od borovog drveta.

Kružnom pilom izrezali smo četiri komada po duljini (gore navedene mjere). Izbušili smo probne rupe na označenim mjestima i probušili rupe tako da su glave vijaka bile u ravnini. Nakon što smo završili, zabili smo 8 vijaka za drvo, pazeći pritom da su stranice četvrtaste koje pričvršćuju okvir.

Korak 6: Montiranje donje ploče

Za izradu donje ploče izrezali smo pravokutni komad šperploče od 5 mm, koji smo zatim pričvrstili na bočni okvir. Provjerite jesu li rupe upuštene tako da su vijci u ravnini s podnožjem. Potrebne dimenzije mogu se pronaći u prilogu gore.

Korak 7: Rupe za cijev

Naša sadilica napravljena je za smještaj tri reda biljaka. Stoga za sustav navodnjavanja kapanjem jedna strana mora držati cijevi za dovod vode.

Počnite mjerenjem promjera konektora i izvucite ih na jednakoj udaljenosti na kraćoj strani okvira. Kako nismo imali šipku za ojačanje, izbušili smo rupu od 10 mm, a zatim je proširili ubodnom pilom. Za izglađivanje grubih rubova možete koristiti Dremel dok spojevi ne sjednu.

Korak 8: Spajanje vodovodnih cijevi

Za spajanje spojeva jednostavno izrežite dva komada PVC cijevi duljine 12 cm. Postavite uređaj na suho kako biste provjerili pristaje li sve dobro.

Zatim gurnite 3D ispisani spoj u središnju rupu i dva PVC koljenasta spoja na suprotnim krajevima dok se ne poravnaju. Pričvrstite ploču na okvir i zatvorite konektore iznutra pomoću 3D ispisanih adaptera. Svi spojevi su pričvršćeni trenjem i trebali bi biti vodonepropusni, ako ne, spojeve je moguće zabrtviti vrućim ljepilom ili teflonskom trakom

Korak 9: Elektromagnetni ventil

Za kontrolu protoka vode u sustav navodnjavanja kap po kap koristili smo elektromagnetni ventil. Ventil djeluje kao vratašca koja se otvaraju kada se pošalje električni signal što ga čini automatskim za upravljanje. Kako bismo ga ugradili, jedan smo kraj pričvrstili na izvor vode, a drugi na dovodnu cijev sadilice pomoću posredničkog adaptera. Važno je spojiti ventil u desnoj orijentaciji općenito označeno kao "IN" za ulaz vode (slavina) i "OUT" za izlaz vode (sadilica).

Korak 10: Ožičenje elektronike

Dolje je tablica s različitim modulima i senzorima s odgovarajućim priključcima na grovepi+ štitniku.

• Senzor temperature i vlažnosti ==> priključak D4
• Relejni modul ==> priključak D3
• Senzor vlage ==> priključak A1
• Senzor svjetla ==> priključak A0

Kao referencu upotrijebite gornji dijagram ožičenja.

Korak 11: Odsjek senzora

Izgradili smo kutiju odjeljka koja je držala svu elektroniku s preostalom šperpločom. Drvo smo rezali prema rasporedu elektronike i lijepili komade. Nakon što se ljepilo osušilo, postavili smo napajanje i Raspberry Pi u pretinac, provodeći žice senzora kroz utor. Za pokrivanje utora gurnuli smo tiskane korice kako bismo zapečatili sve praznine.

Nosač senzora ima rupe za pričvršćivanje klinova na koje možete montirati senzore. Pričvrstite osjetnik svjetline i vlažnosti na vrh i osjetnik vlage na podesivi utor. Kako bismo kutiju s pretincem lako uklonili, uvrnuli smo 3D tiskane kuke i držač senzora što je omogućilo da se kutija pričvrsti na glavnu konstrukciju. Na ovaj način, elektronička i iot sustavna jedinica mogu se jednostavno integrirati u bilo koju sadilicu.

Korak 12: Stvaranje baze podataka

Prvi korak je stvaranje baze podataka za sustav. Kliknite sljedeću vezu (Google firebase) koja će vas odvesti na web stranicu Firebase (morat ćete se prijaviti sa svojim Google računom). Kliknite gumb "Započni" koji će vas odvesti na firebase konzolu. Zatim stvorite novi projekt klikom na gumb "Dodaj projekt", ispunite uvjete (naziv, pojedinosti itd.) I dovršite klikom na gumb "Izradi projekt".

Potrebni su nam samo Firebase alati za baze podataka, pa odaberite "baza podataka" s izbornika s lijeve strane. Zatim kliknite gumb "Stvori bazu podataka", odaberite opciju "testni način" i kliknite "omogući". Zatim postavite bazu podataka na "bazu podataka u stvarnom vremenu" umjesto na "cloud firestore" klikom na padajući izbornik pri vrhu. Odaberite karticu "pravila" i promijenite dvije "lažne" u "točno", na kraju kliknite karticu "podaci" i kopirajte URL baze podataka, to će biti potrebno kasnije.

Posljednje što trebate učiniti je kliknuti na ikonu zupčanika pored pregleda projekta, zatim na "postavke projekta", zatim odabrati karticu "računi usluga", na kraju kliknuti na "Tajne baze podataka" i zabilježiti sigurnosni kod vaše baze podataka. Ovim korakom uspješno ste stvorili svoju bazu podataka u oblaku kojoj se može pristupiti sa vašeg pametnog telefona i s Raspberry Pi. (Koristite slike u prilogu gore u slučaju određenih sumnji ili jednostavno postavite pitanje ili komentar u odjeljak komentara)

Korak 13: Postavljanje aplikacije

Sljedeći dio IoT sustava je aplikacija za pametni telefon. Odlučili smo upotrijebiti MIT App Inventor za izradu vlastite prilagođene aplikacije. Da biste koristili aplikaciju koju smo prvo stvorili, otvorite sljedeću vezu (MIT App Inventor) koja će vas odvesti na njihovu web stranicu. Zatim kliknite na "izradi aplikacije" pri vrhu zaslona i prijavite se sa svojim Google računom.

Preuzmite.aia datoteku koja je dolje navedena. Otvorite karticu "projekti" i kliknite "Uvezi projekt (.aia) s mog računala", zatim odaberite datoteku koju ste upravo preuzeli i kliknite "u redu". U prozoru sa komponentama pomaknite se sve dolje dok ne vidite "FirebaseDB1", kliknite na njega i izmijenite "FirebaseToken", "FirebaseURL" na vrijednosti koje ste zabilježili u prethodnom koraku.

Kada dovršite ove korake, spremni ste za preuzimanje i instaliranje aplikacije. Aplikaciju možete preuzeti izravno na telefon klikom na karticu "Build" i klikom na "App (navedite QR kôd za.apk)", zatim skenirajte QR kôd svojim pametnim telefonom ili kliknite "App (spremite.apk na moje računalo")) "Prenijet ćete apk datoteku na svoje računalo koju morate prebaciti na pametni telefon da biste je zatim instalirali.

Korak 14: Programiranje Raspberry Pi

Raspberry Pi treba nadopuniti najnovijom verzijom Raspbian -a (Raspbian). U slučaju da namjeravate koristiti GrovePi+ štit kao i mi, umjesto toga zamijenite svoj Raspberry Pi najnovijom verzijom "Raspbian za robote" (Raspbian za robote). Nakon što ste ažurirali svoj Raspberry Pi, morat ćete instalirati dodatnu knjižnicu python. Otvorite terminal i zalijepite sljedeće naredbe:

1. sudo pip zahtjevi za instalaciju == 1.1.0
2. sudo pip instalirajte python-firebase

Nakon što to učinite, preuzmite dolje priloženu datoteku i spremite je u direktorij na vašem Raspberry Pi. Otvorite datoteku i pomaknite se dolje do retka 32. U ovom retku zamijenite dio koji kaže "zalijepite svoj URL ovdje" s URL -om vaše baze podataka koji ste ranije zabilježili, pazite da zalijepite URL između slova "'. S ovim ste završili, otvorite terminal i pokrenite python skriptu pomoću naredbe "python".

Korak 15: Korištenje aplikacije

Sučelje naše aplikacije sasvim je razumljivo. Četiri gornje kutije prikazuju vrijednosti svjetline, temperature, vlažnosti i vlažnosti tla u stvarnom vremenu u postocima. Te se vrijednosti mogu ažurirati klikom na gumb "dohvati vrijednosti" koji daje upute Raspberry Pi -u da ažurira bazu podataka u oblaku nakon čega slijedi gumb "osvježi" koji osvježava zaslon nakon ažuriranja baze podataka.

Donji dio ekrana služi za sustav navodnjavanja kap po kap. Gumb "uključeno" uključuje pumpu za vodu dok ga tipka "isključeno" isključuje. Gumb "auto" koristi različite vrijednosti senzora za izračunavanje točne količine vode koja je potrebna dnevno i zalijeva biljke dva puta dnevno u 8:00 i 16:00.

Korak 16: Podstava od cerade

Budući da bi vlaga u tlu s vremenom mogla istrunuti, izrezali smo list cerade prema veličini i obložili je po unutarnjoj površini sadilice. Povucite ga sa strana, a zatim ga konačno držite na mjestu s malo ljepila. Nakon što smo završili, napunili smo tlo koje smo dobili s lokalnog poljoprivrednog gospodarstva. Ravnomjerno rasporedite tlo do vrha, a zatim umetnite tri reda cijevi za navodnjavanje kap po kap.

Na uglu blizu vodovodnih cijevi postavite elektroničku kutiju i umetnite senzor vlage u tlo. To olakšava ožičenje jer je elektromagnetni ventil blizu elektronike i može se jednostavno spojiti.

Korak 17: Sustav navodnjavanja kapanjem

Izrežite tri komada kirurške cijevi koja se proteže duž duljine sadilice (oko 70 cm), što će djelovati kao glavna linija kapanja za biljke. Stoga planirajte potreban razmak između biljaka i izbušite rupu od 1 mm i razmake. Testirajte da li voda lako kapa i po potrebi povećajte rupe. Pomoću tri čepa zatvorite krajeve pazeći da voda ne izlazi samo iz otvora za kapanje.

Lagano ugradite cijevi u tlo i spremne ste za zalijevanje biljaka!

Korak 18: Rezultati sadnje

Gornje slike su rezultati rada iot bašte mjesec dana. Biljke su zdrave i uspjeli smo uzgojiti bilje poput mente i korijandera.

Eksperimentiranjem smo primijetili da auto-način štedi blizu 12% vode dnevno. Kako se biljke zalijevaju navodnjavanjem kap po kap, korijenje im raste ravno dajući više prostora za uzgoj više biljaka u sadilici. Jedini nedostatak koji smo uočili bio je da većim biljkama treba veća dubina tla. Rečeno je da se zbog modularne konstrukcije lako može dodati dublja osnova njihovim zahtjevima.

Zaključno, ovaj sustav ne samo da čini vaš vrt učinkovitijim, već osigurava i dobrobit vaših biljaka jer povratne informacije u stvarnom vremenu pružaju robusnu metodu za davanje prave količine vode i sunčeve svjetlosti. Nadamo se da je pouka bila korisna i da će vam pomoći da razvijete vlastiti mali vrt.

Sretno u izradi!

Prva nagrada u IoT Challengeu