„Raspberry Pi“varomas IOT sodas: 18 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Vienas iš pagrindinių šio projekto tikslų buvo sugebėti išlaikyti sodo gerovę naudojant daiktų interneto (IoT) galią. Naudodami esamus įrankius ir programinę įrangą, mūsų sodintuvas yra integruotas su jutikliais, kurie stebi augalų būklę realiuoju laiku. Mes sukūrėme išmaniųjų telefonų programą, kuri leis mums pasiekti duomenis ir prireikus imtis reikiamų veiksmų.

Mūsų sodinuko dizainas yra keičiamo dydžio, nebrangus ir lengvai pastatomas, todėl tai puikus pasirinkimas pridėti žalumos prie savo terasos ar kiemo. Išmanusis sodas pasirodė esąs efektyvesnis vandens suvartojimui ir palengvina priežiūrą bei stebėseną.

Toliau sužinokite, kaip sukurti savo duomenų bazę ir programą, sukuriant sodą, kurį galima stebėti vienu mygtuko paspaudimu!

1 žingsnis: IOT sistemos apžvalga

„Iot“sistema veikia šiais procesais. „Raspberry Pi“naudojamas perduoti naudingą sodo informaciją, pvz., Šviesumą, drėgmę ir drėgmės kiekį dirvožemyje iš įvairių jutiklių į debesų duomenų bazę. Kai informacija yra debesyje, ją galima pasiekti iš bet kurios vietos, naudojant mūsų sukurtą išmaniojo telefono programą. Šis procesas taip pat yra grįžtamas, vartotojas gali nusiųsti instrukcijas, pvz., Vandens siurblio būseną, atgal į sodą, kuris vykdys reikiamas komandas.

Štai keletas pagrindinių mūsų sodo bruožų:

Realaus laiko atsiliepimai apie įvairius sodo jutiklius

Sodo sveikatos būklės duomenų bazė

Visuotiniai stebėjimo ir veiklos pajėgumai

Lašelinė laistymo sistema

Programos valdoma vandens sistema

Automatinis laistymo grafikas

Mes nusprendėme naudoti „Google“„Firebase“kaip mūsų IOT sistemos tarpininką, kad sukurtume savo nemokamą debesų duomenų bazę. Tada mes panaudojome „MIT App Inventor“, kad sukurtume išmaniųjų telefonų programą, suderinamą su „Firebase“duomenų baze ir „Raspberry Pi“. Jis taip pat gali bendrauti su duomenų baze naudodamas nemokamą „Python“biblioteką.

2 žingsnis: Reikalingos medžiagos:

Medžiagas, reikalingas iot sodinukui gaminti, galima lengvai rasti vietinėse ar internetinėse parduotuvėse. Toliau pateiktame sąraše aprašomos visos reikalingos dalys.

Aparatūra:

1 "Pušies medžio lentos - matmenys; 300 cm x 10 cm (kadangi mediena bus lauke, rekomenduojame apdorotą medieną)

1/4 colio fanera - matmenys; 120 cm x 80 cm

Brezentas - matmenys; 180 cm x 275 cm

PVC vamzdis - matmenys; ilgis 30 cm, skersmuo 2 cm

Chirurginis vamzdelis - matmenys; 250 cm

Alkūnės sąnarys x 2

Medinis varžtas x 30

ELEKTRONIKA:

„Rasberry Pi3“modelis B

Grove Pi + jutiklio skydas

12V solenoidinis vožtuvas

Drėgmės ir temperatūros jutiklis (dht11)

Drėgmės jutiklis

Šviesumo jutiklis

Relės modulis

12V maitinimo šaltinis

Bendra šio projekto kaina yra apie 50 USD

3 žingsnis: 3D spausdintos dalys

Įvairūs komponentai, kuriuos reikėjo pritaikyti šiam projektui, buvo pagaminti naudojant 3D spausdinimą. Šiame sąraše yra visas dalių sąrašas ir jų spausdinimo specifikacijos. Visi STL failai pateikiami aukščiau esančiame aplanke, kad prireikus būtų galima atlikti reikiamus pakeitimus.

Vamzdžio jungtis x 1, užpildas 30%

Purkštukų adapteris x 3, užpildas 30%

Vamzdžio kištukas x 3, 10% užpildymas

Kablys x 2, užpildas 30%

Jutiklio laikiklis x 1, užpildymas 20%

Vožtuvo adapteris x 1, užpildymas 20%

Laidų gaubtas x 1, užpildas 20%

Dalims spausdinti naudojome „Creality Ender 3“, o 12 dalių užtruko apie 8 valandas.

4 žingsnis: planai

Viena jų neapsiriboja matmenimis, kuriuos pasirinkome savo sodinukui gaminti, tačiau aukščiau yra visa informacija, reikalinga projektui įgyvendinti. Tolesniuose žingsniuose galite atlikti šiuos vaizdus, norėdami pjauti medieną.

5 žingsnis: statykite šonus

Norėdami laikyti augalus, mes nusprendėme iš medžio padaryti sodinamąją konstrukciją. Mūsų dėžutės vidiniai matmenys yra 70 cm x 50 cm, o aukštis - 10 cm. Šonams statyti naudojome pušies medienos lentas.

Naudodami diskinį pjūklą, mes supjaustome keturias dalis pagal ilgį (matmenys pridedami aukščiau). Pažymėtose vietose gręžėme bandomąsias skyles ir panardinome skylutes taip, kad varžtų galvutės būtų lygios. Kai tai padarėme, įsukome 8 medinius varžtus ir įsitikinome, kad šonai yra kvadratiniai, o tai tvirtina rėmą.

6 žingsnis: apatinio skydo montavimas

Norėdami pagaminti apatinę plokštę, mes supjaustėme stačiakampį 5 mm faneros gabalą, kurį tada prisukome prie šoninio rėmo. Įsitikinkite, kad skylės yra įdubusios, kad varžtai būtų lygiaverčiai pagrindui. Reikiamus matmenis rasite aukščiau.

7 žingsnis: skylės vamzdžiui

Mūsų sodinukas pritaikytas trims augalų eilėms. Todėl lašelinės laistymo sistemos vienoje pusėje reikia laikyti vandens įleidimo vamzdžius.

Pradėkite matuodami jungčių skersmenis ir ištraukite juos vienodu atstumu trumpesnėje rėmo pusėje. Kadangi neturėjome forstnerio antgalio, išgręžėme 10 mm skylę, o po to ją išplėtėme dėlionės pagalba. Norėdami išlyginti šiurkščius kraštus, galite naudoti „Dremel“, kol jungtys sutaps.

8 žingsnis: vandens vamzdžių prijungimas

Norėdami sujungti jungtis, tiesiog nupjaukite du 12 cm ilgio PVC vamzdžio gabalus. Sausai pritvirtinkite įrenginį, kad patikrintumėte, ar viskas gerai priglunda.

Tada įstumkite 3D spausdintą jungtį centrinėje skylėje ir dvi PVC alkūnines jungtis priešinguose galuose, kol jos bus lygios. Pritvirtinkite skydelį prie rėmo ir uždenkite jungtis iš vidaus 3D spausdintais adapteriais. Visos jungtys yra tinkamos trinčiai ir turėtų būti nelaidžios vandeniui, jei ne, jungtis galima užsandarinti karštais klijais arba teflonine juostele

9 žingsnis: solenoidinis vožtuvas

Norėdami valdyti vandens srautą į lašelinę laistymo sistemą, naudojome solenoidinį vožtuvą. Vožtuvas veikia kaip vartai, kurie atsidaro siunčiant elektrinį signalą, todėl jį galima valdyti automatiškai. Norėdami jį įtraukti, vieną galą pritvirtinome prie vandens šaltinio, o kitą - prie sėjamosios vandens įleidimo vamzdžio, naudodami tarpinį adapterį. Svarbu prijungti vožtuvą tinkamos krypties, paprastai pažymėtą kaip „IN“vandens įleidimui (čiaupas) ir „OUT“vandens išleidimui (sėjamoji).

10 žingsnis: Elektronikos prijungimas

Žemiau yra lentelė su įvairiais moduliais ir jutikliais su atitinkamais „Grovepi+“skydo prievadais.

• Temperatūros ir drėgmės jutiklis ==> prievadas D4
• Relės modulis ==> prievadas D3
• Drėgmės jutiklis ==> prievadas A1
• Šviesos jutiklis ==> prievadas A0

Kaip nuorodą naudokite aukščiau pateiktą prijungimo schemą.

11 žingsnis: jutiklio skyrius

Mes sukūrėme skyrių dėžę, kurioje buvo visa elektronika su faneros likučiais. Mes pjaustėme medieną pagal elektronikos išdėstymą ir klijavome gabalus. Kai klijai išdžiūvo, mes įdėjome maitinimo šaltinį ir „Raspberry Pi“į skyriaus dėžutę, maitindami jutiklių laidus per angą. Norėdami uždengti lizdus, įstumdavome spausdintus viršelius, kad uždarytume visas spragas.

Jutiklio laikiklyje yra skylių kaiščiams pritvirtinti, ant kurių galite montuoti jutiklius. Pritvirtinkite šviesumo ir drėgmės jutiklį viršuje ir drėgmės jutiklį ant reguliuojamo lizdo. Norėdami, kad skyriaus dėžutė būtų lengvai nuimama, mes prisukome 3D spausdintus kabliukus ir jutiklio laikiklį, kuris leido dėžę pritvirtinti prie pagrindinės konstrukcijos. Tokiu būdu elektroninį ir „iot“sistemos bloką galima lengvai integruoti į bet kurį sėjamąjį.

12 veiksmas: duomenų bazės kūrimas

Pirmasis žingsnis yra sukurti sistemos duomenų bazę. Spustelėkite šią nuorodą („Google firebase“), kuri pateks į „Firebase“svetainę (turėsite prisijungti naudodami „Google“paskyrą). Spustelėkite mygtuką „Pradėti“, kuris nukreips jus į „Firebase“konsolę. Tada sukurkite naują projektą spustelėdami mygtuką „Pridėti projektą“, užpildykite reikalavimus (pavadinimą, išsamią informaciją ir tt) ir užbaigite spustelėdami mygtuką „Sukurti projektą“.

Mums tiesiog reikia „Firebase“duomenų bazės įrankių, todėl kairėje esančiame meniu pasirinkite „duomenų bazė“. Tada spustelėkite mygtuką „Sukurti duomenų bazę“, pasirinkite parinktį „bandymo režimas“ir spustelėkite „įgalinti“. Tada nustatykite duomenų bazę į „realaus laiko duomenų bazę“, o ne „debesies židinį“, spustelėdami viršuje esantį išskleidžiamąjį meniu. Pasirinkite skirtuką „taisyklės“ir du „klaidingus“pakeiskite į „tiesa“, galiausiai spustelėkite skirtuką „duomenys“ir nukopijuokite duomenų bazės URL, to reikės vėliau.

Paskutinis dalykas, kurį turėsite padaryti, yra spustelėti krumpliaračio piktogramą šalia projekto apžvalgos, tada „projekto nustatymai“, tada pasirinkite skirtuką „paslaugų paskyros“, galiausiai spustelėkite „Duomenų bazės paslaptys“ir užsirašykite saugos kodą jūsų duomenų bazės. Baigę šį veiksmą, sėkmingai sukūrėte savo debesų duomenų bazę, kurią galite pasiekti iš savo išmaniojo telefono ir iš „Raspberry Pi“. (Jei kyla abejonių, naudokite aukščiau pridėtas nuotraukas arba tiesiog įmeskite klausimą ar komentarą komentarų skiltyje)

13 veiksmas: nustatykite programą

Kita „IoT“sistemos dalis yra išmaniųjų telefonų programa. Mes nusprendėme naudoti „MIT App Inventor“, kad sukurtume savo pritaikytą programą. Norėdami naudoti mūsų sukurtą programą, pirmiausia atidarykite šią nuorodą („MIT App Inventor“), kuri nuves jus į jų tinklalapį. Tada ekrano viršuje spustelėkite „sukurti programas“ir prisijunkite naudodami „Google“paskyrą.

Atsisiųskite toliau nurodytą.aia failą. Atidarykite skirtuką „projektai“ir spustelėkite „Importuoti projektą (.aia) iš mano kompiuterio“, tada pasirinkite ką tik atsisiųstą failą ir spustelėkite „Gerai“. Komponentų lange slinkite žemyn, kol pamatysite „FirebaseDB1“, spustelėkite jį ir pakeiskite „FirebaseToken“, „FirebaseURL“į reikšmes, kurias išsaugojote ankstesniame veiksme.

Kai šie veiksmai bus baigti, būsite pasiruošę atsisiųsti ir įdiegti programą. Programėlę galite atsisiųsti tiesiai į savo telefoną spustelėję skirtuką „Sukurti“ir spustelėję „Programėlė (pateikite QR kodą.apk)“, tada išmaniuoju telefonu nuskenavę QR kodą arba spustelėję „Programėlė (išsaugoti.apk mano kompiuteryje)) atsisiųsite apk failą į savo kompiuterį, kurį turite perkelti į savo išmanųjį telefoną, kad galėtumėte įdiegti.

14 žingsnis: Raspberry Pi programavimas

„Raspberry Pi“reikia atnaujinti naudojant naujausią „Raspbian“(„Raspbian“) versiją. Jei planuojate naudoti „GrovePi+“skydą, kaip ir mes, paleiskite „Raspberry Pi“naudodami naujausią „Raspbian for Robots“versiją („Raspbian for Robots“). Blykstelėję „Raspberry Pi“turėsite įdiegti papildomą „python“biblioteką. Atidarykite terminalą ir įklijuokite šias komandas:

1. sudo pip diegimo užklausos == 1.1.0
2. sudo pip įdiegti python-firebase

Kai tai bus padaryta, atsisiųskite žemiau esantį failą ir išsaugokite jį savo „Raspberry Pi“kataloge. Atidarykite failą ir slinkite žemyn iki 32 eilutės. Šioje eilutėje dalį, kurioje sakoma „įklijuokite savo URL čia“, pakeiskite anksčiau pažymėtu duomenų bazės URL, būtinai įklijuokite URL tarp „“. Tai atlikę, atidarykite terminalą ir paleiskite „python“scenarijų naudodami komandą „python“.

15 veiksmas: programos naudojimas

Mūsų programos sąsaja yra gana savaime suprantama. Viršutiniuose keturiuose langeliuose realiuoju laiku rodomos šviesumo, temperatūros, drėgmės ir dirvožemio drėgmės vertės procentais. Šias vertes galima atnaujinti spustelėjus mygtuką „gauti reikšmes“, kuris nurodo „Raspberry Pi“atnaujinti debesų duomenų bazę, o po to - mygtuką „atnaujinti“, kuris atnaujina ekraną, kai duomenų bazė atnaujinama.

Apatinė ekrano dalis skirta lašelinei laistymo sistemai. Mygtukas „įjungti“įjungia vandens siurblį, o „išjungimo“mygtukas jį išjungia. Mygtukas „auto“naudoja įvairias jutiklių reikšmes, kad apskaičiuotų tikslų kasdien reikalingą vandenį, ir laistys augalus du kartus per dieną 8 ir 16 val.

16 žingsnis: brezento pamušalas

Kadangi dirvožemio drėgmė laikui bėgant gali supuvti medieną, mes nukirpėme tento lapą pagal dydį ir padėjome jį ant vidinio sodinamojo paviršiaus. Būtinai patraukite jį per šonus ir galiausiai laikykite vietoje klijais. Baigę užpildėme dirvožemį, kurį gavome iš vietinio ūkio. Tolygiai paskleiskite dirvą iki viršaus, tada įterpkite tris lašelinio laistymo vamzdelio eiles.

Ant kampo šalia vandens vamzdžių pritvirtinkite elektroninę dėžę ir įterpkite drėgmės jutiklį į dirvą. Tai palengvina elektros instaliacijos darbą, nes solenoidinis vožtuvas yra netoli elektronikos ir gali būti lengvai prijungtas.

17 žingsnis: lašelinė drėkinimo sistema

Iškirpkite tris chirurginio vamzdelio dalis, ištemptas išilgai sėjos (apie 70 cm), tai bus pagrindinė augalų lašėjimo linija. Todėl suplanuokite reikiamą atstumą tarp augalų ir išgręžkite 1 mm skylę bei intervalus. Patikrinkite, ar vanduo lengvai laša, ir prireikus padidinkite skyles. Trimis kištukais uždarykite galus ir įsitikinkite, kad vanduo tik iš lašinamųjų angų neišteka.

Šiek tiek įdėkite mėgintuvėlius į dirvą ir būsite pasiruošę laistyti augalus!

18 žingsnis: sodinimo rezultatai

Aukščiau pateiktos nuotraukos yra mėnesio darbo iot sodo rezultatai. Augalai yra sveiki ir mums pavyko užauginti žolelių, tokių kaip mėtos ir kalendros.

Eksperimentuodami pastebėjome, kad automatinis režimas per dieną sutaupo beveik 12% vandens. Kai augalai laistomi lašeliniu laistymu, jų šaknys auga tiesiai, suteikiant daugiau erdvės auginti daugiau augalų. Vienintelis pastebėtas trūkumas buvo tas, kad didesniems augalams reikia daugiau dirvožemio. Tai reiškia, kad dėl modulinės konstrukcijos galima lengvai pridėti gilesnę bazę jų reikalavimams.

Apibendrinant, ši sistema ne tik daro jūsų sodą efektyvesnį, bet ir užtikrina jūsų augalų gerovę, nes realaus laiko duomenų grįžtamasis ryšys suteikia tvirtą metodą, kaip suteikti reikiamą vandens ir saulės spindulių kiekį. Tikimės, kad instrukcija buvo naudinga ir kad ji padės jums auginti savo sodą.

Laimingas kūrimas!

Pirmasis prizas daiktų interneto iššūkyje