IoT APIS V2 - מערכת השקיית צמחים אוטומטית המאפשרת IoT: 17 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

פרויקט זה הוא אבולוציה של ההוראה הקודמת שלי: APIS - מערכת השקיה צמחים אוטומטית

אני משתמש ב- APIS כבר כמעט שנה ורציתי לשפר את העיצוב הקודם:

1. יכולת מעקב מרחוק אחר הצמח. כך הפך הפרויקט הזה לאפשר IoT.
2. בדיקת לחות קרקע קלה להחלפה. עברתי שלושה עיצובים שונים של בדיקת הלחות, ולא משנה באיזה חומר השתמשתי, הוא נשחק במוקדם או במאוחר. כך שהעיצוב החדש היה אמור להימשך זמן רב ככל האפשר ולהיות מוחלף במהירות ובקלות.
3. מפלס המים בדלי. רציתי להיות מסוגל לדעת כמה מים עדיין זמינים בדלי ולהפסיק להשקות כשהדלי ריק.
4. מראה טוב יותר. קופסת פרוייקטים אפורה הייתה התחלה טובה, אבל רציתי ליצור משהו שנראה קצת יותר טוב. אתה תהיה השופט אם הצלחתי להשיג את המטרה הזו …
5. אוטונומיה. רציתי שהמערכת החדשה תהיה אוטונומית מבחינת כוח ו/או זמינות האינטרנט.

הפרויקט שהתקבל אינו ניתן להגדרה פחות מקודמו, ויש לו תכונות שימושיות נוספות.

רציתי גם להשתמש במדפסת התלת-ממד החדשה שלי, כך שחלק מהחלקים יצטרכו להדפיס.

שלב 1: חומרה

תזדקק לרכיבים הבאים לבניית IoT APIS v2:

1. לוח פיתוח NodeMcu Lua ESP8266 ESP -12E WIFI - ב- Banggood.com
2. SODIAL (R) מודול מדידת מרחק חיישן קולי 3 פינים, מתמר כפול, שלושה פינים על הלוח-ב- amazon.com
3. משאבת מים צוללת קטנה 3V -6V 5V קטנה אקווריום משאבת מיכל דגים - ב- ebay.com
4. שלושה צבעים LED - באתר amazon.com
5. לוח ורו - באתר amazon.com
6. טרנזיסטור PN2222 - באתר amazon.com
7. ברגים, ברגים ואומים מפלסטיק
8. ציוד והצטיידות הלחמה
9. חוטים, נגדים, כותרות ורכיבים אלקטרוניים אחרים
10. צנצנת Tropicana OJ 2.78 QT ריקה
11. 2 מסמרים מגולוונים

שלב 2: עיצוב כולל

העיצוב הכולל מורכב מהרכיבים הבאים: 1. בדיקת לחות קרקע ומתחם השקיית צמחים (משולב - מודפס בתלת מימד) 2. צינורות וחיווט 3. חיישן דליפת מים במגש (מודפס בתלת מימד) 4. מודול בקרה המותקן על גבי צנצנת ה- OJ (מונח ומצורף במארז המודפס בתלת -ממד) 5. משאבת מים שקועה 6. NodeMCU סקיצה 7. תצורת IoT 8. ספק כוח: USB באמצעות שקע חשמל -או- פאנל סולארי (מצב אוטונומי) בואו נדון בכל רכיב בנפרד

שלב 3: משאבת מים שקועה

משאבת מים שקועה ממוקמת מתחת לידית צנצנת ה- OJ (כדי למנוע הפרעה למדידת מפלס המים). המשאבה ממוקמת בצורה כזו שהיא "מרחפת" בערך 2-3 מ"מ מעל תחתית הצנצנת כדי לאפשר זרימת מים חופשית לקליטה.

מכיוון שהמשאבה צריכה להיות שקועה לחלוטין לפעולה רגילה, מפלס המים המינימלי בצנצנת צריך להיות סביב 3 ס מ (כ -1 אינץ ').

שלב 4: מודול בקרה המותקן על גבי צנצנת ה- OJ

בחרתי בצנצנת סטנדרטית גדולה של Tropicana להיות מיכל מים. אלה זמינים וסטנדרטיים.

מודול הבקרה מונח על גבי הצנצנת לאחר הסרת הברז המקורי.

הפלטפורמה שעליה ממוקם מודול הבקרה מודפסת תלת מימד. קובץ STL מסופק בחלקים של קבצים ושרטוטים של מדריך זה.

המשאבה, הצינורות והחיווט מועברים דרך הידית של צנצנת טרופיקנה כדי לפנות מקום למדידת מפלס המים.

מפלס המים נמדד על ידי חיישן המרחק הקולי המשולב בפלטפורמת מודול הבקרה. מפלס המים נקבע כהבדל במדידת מרחק של צנצנת ריקה, וצנצנת מלאה במים עד לרמה מסוימת.

מודול הבקרה וחיישן אמריקאי מכוסים ב"כיפה "המודפסת בתלת מימד. קובץ STL של הכיפה מסופק בחלק הקבצים והסקיצות של מדריך זה.

שלב 5: מודול בקרה - סכמות

סכמות עבור מודול הבקרה (כולל רשימת הרכיבים) וקבצי עיצוב לוח לחם מסופקים בחלק הקבצים והסקיצות של מדריך זה.

הערה: עבודה עם NodeMCU התגלתה כמשימה מאתגרת מבחינת סיכות GPIO זמינות. כמעט כל מכשירי ה- GPIO משרתים מספר פונקציות, מה שהופך אותם לא זמינים לשימוש או בלתי אפשרי לשימוש במצב שינה עמוקה (בשל פונקציות מיוחדות שהם משחקים במהלך תהליך האתחול). בסופו של דבר הצלחתי למצוא איזון בין השימוש ב- GPIO לבין הדרישות שלי, אבל זה לקח כמה חזרות מתסכלות.

למשל, מספר GPIO נשארים "חמים" במהלך שינה עמוקה. חיבור LED לאלה שהביס את מטרת הפחתת צריכת החשמל במהלך שינה עמוקה.

שלב 6: חיישן דליפת מים במגש

אם בעציץ שלך יש חור הצפה בתחתית, אז קיים סיכון של הצפת מים על המגש התחתון ונשפכים על הרצפה (מדף או מה שהוא המפעל שלך ממוקם עליו).

שמתי לב שמדידת לחות הקרקע מושפעת מאוד ממיקום החללית, צפיפות הקרקע, המרחק משקע ההשקיה וכו '. במילים אחרות, מעבר לחות הקרקע יכול להזיק לביתך רק אם המים ישטפו את המגש התחתון ונשפכים.

חיישן ההצפה הוא מרווח בין הסיר למגש התחתון, עם שני חוטים עטופים סביב הסורגים. כאשר מים ממלאים את המגש, שני החוטים מתחברים, ובכך מסמנים למיקרו -בקר כי יש מים במגש התחתון.

בסופו של דבר, המים מתאדים, והחוטים מתנתקים.

המגש התחתון מודפס בתלת מימד. קובץ STL זמין מקטע הקבצים והשרטוטים במדריך זה.

שלב 7: בדיקת לחות קרקע ומעטפת השקיה

תכננתי מארז מודפס בתלת מימד בתלת מימד שיהיה בדיקה משולבת של לחות קרקע ומעטפת השקייה.

קובץ הדפסה תלת מימדית (STL) זמין בחלק הקבצים והסקיצות של מדריך זה.

המארז מורכב משני חלקים, אותם יש להדביק זה לזה. התאמה דוקרנית שונה מודבקת בצד המארז כדי להצמיד צינורות.

שני חורים בגודל 4.5 מ מ ניתנים להנחת הציפורניים המגולוונות, ומשמשות כבדיקות לחות בקרקע. הקישוריות למיקרו -בקר מושגת באמצעות מרווחי מתכת שנבחרו במיוחד להתאמת הציפורניים.

עיצוב תלת מימד נעשה באמצעות www.tinkercad.com שהוא כלי לעיצוב תלת מימד נהדר וקל לשימוש אך רב עוצמה.

הערה: ייתכן שתרצה לשאול מדוע לא השתמשתי באחת מבדיקות הקרקע המיוצרות מראש? התשובה היא: נייר הכסף על אלה מתמוסס תוך שבועות. למעשה, אפילו בזמן מוגבל הציפורניים במתח, הן עדיין נשחקות וצריך להחליף אותן לפחות פעם בשנה. העיצוב לעיל מאפשר החלפת הציפורניים תוך שניות.

שלב 8: צינורות וחיווט

מים מועברים לתכנית באמצעות צינורות חצי-שקופים מגומי לטקס סופר-רכים (עם קוטר פנימי בגודל 1/4 אינץ 'וקוטר חיצוני בגודל 5/16 אינץ').

יציאת המשאבה דורשת צינורות גדולים יותר ומתאם: התאמת תיל פוליפרופילן עמידה בפני כימיקלים, הפחתת ישר ל 1/4 "x 1/8" מזהה צינור.

לבסוף, התאמת תיל פוליפרופילן עמידה לכימיה, ישר למזהה צינור בגודל 1/8 אינץ 'משמשת כמחבר למארז ההשקיה.

שלב 9: NodeMCU סקיצה

סקיצת NodeMCU מיישמת מספר תכונות של IoT APIS v2:

1. מתחבר לרשת ה- WiFi הקיימת -או- פועל כנקודת גישה WiFi (בהתאם לתצורה)
2. פנה לשרתי NTP כדי להשיג זמן מקומי
3. מיישם שרת אינטרנט לניטור מפעלים והתאמת פרמטרי השקיה ורשת
4. מודד את לחות הקרקע, דליפות מים במגש התחתון, מפלס המים בצנצנת ומספק אינדיקציה ויזואלית באמצעות 3 צבעים LED
5. מיישם אופני אונליין וחוסכים בחשמל
6. שומר מידע על כל אחת מהריצות ההשקיה באופן מקומי בזיכרון הפלאש הפנימי

שלב 10: NodeMCU Sketch - WiFi

כברירת מחדל IoT APIS v2 תיצור נקודת גישה מקומית ל- WiFi בשם "Plant_XXXXXX", כאשר XXXXXX הוא המספר הסידורי של שבב ESP8266 על סיפון NodeMCU.

תוכל לגשת לשרת אינטרנט מובנה באמצעות כתובת URL: https://plant.io שרת DNS פנימי יחבר את המכשיר שלך לדף הסטטוס של APIS.

מדף הסטטוס אתה יכול לנווט לדף פרמטרי ההשקיה ולדף פרמטרי הרשת, שם תוכל לגרום ל- IoT APIS v2 להתחבר לרשת ה- WiFi שלך ולהתחיל לדווח על סטטוס לענן.

IoT APIS תומך במצבי פעולה מקוונים וחסכון בחשמל:

1. במצב מקוון IoT APIS שומר על חיבור ה- WiFi כל הזמן, כך שתוכל לבדוק את מצב הצמח שלך בכל עת
2. במצב חיסכון בחשמל, IoT APIS בודק את לחות הקרקע ומפלס המים מעת לעת, ומכניס את המכשיר למצב "שינה עמוקה" בין לבין, ובכך מפחית באופן דרמטי את צריכת החשמל שלו. עם זאת, המכשיר אינו זמין באופן מקוון כל הזמן, וניתן לשנות פרמטרים רק בזמן שהמכשיר מופעל (כרגע כל 30 דקות, בהתאמה לשעון בזמן אמת/שעה וחצי). המכשיר יישאר מקוון למשך דקה אחת בכל 30 דקות כדי לאפשר שינויים בתצורה, ולאחר מכן ייכנס למצב שינה עמוק. אם המשתמש מתחבר למכשיר, זמן ה"עולה "הוארך ל -3 דקות לכל חיבור.

כאשר המכשיר מחובר לרשת WiFi מקומית, כתובת ה- IP שלו מדווחת לשרת הענן של IoT, וגלויה בהתקן הניטור הנייד.

שלב 11: NodeMCU Sketch - NTP

IoT APIS v2 משתמש בפרוטוקול NTP כדי להשיג זמן מקומי משרתי זמן NIST. משתמשים בזמן הנכון כדי לקבוע אם המכשיר צריך להיכנס למצב "לילה", כלומר להימנע מהפעלת המשאבה או מהבהב נורית.

ניתן להגדיר את שעות הלילה בנפרד לימי עבודה ולסופי שבוע בבוקר.

שלב 12: NodeMCU Sketch - שרת אינטרנט מקומי

IoT APIS v2 מיישם שרת אינטרנט מקומי לדיווח סטטוס ושינויי תצורה. דף הבית מספק מידע על לחות ומפלס מים נוכחיים, נוכחות של מימי הצפה במגש התחתון ונתונים סטטיסטיים של ריצת ההשקיה העדכנית ביותר. דף תצורה של רשת (נגיש באמצעות כפתור הגדרת הרשת) מספק יכולת להתחבר לרשת WiFi מקומית ולשנות בין מצבים מקוונים וחיסכון בחשמל. (שינויים בתצורת הרשת יגרמו לאיפוס המכשיר) דף תצורת השקיה (נגיש באמצעות כפתור הגדרת מים) מספק אפשרות לשנות פרמטרי השקיה (לחות הקרקע להתחלת/הפסקת השקיה, משך ריצת ההשקיה והשהיית הרוויה בין הריצות, מספר ריצות), וכו ') קבצי HTML של שרת האינטרנט ממוקמים בתיקיית הנתונים של סקיצת IoT APIS Arduino IDE. יש להעלות אותם לזיכרון פלאש NodeMCU כמערכת קבצים SPIFF באמצעות כלי "העלאת נתוני סקיצה ESP8266" הממוקם כאן.

שלב 13: NodeMCU Sketch - יומן השקיה מקומי וגישה למערכת קבצים פנימית

במידה וקישוריות רשת אינה זמינה מערכת IoT APIS v2 מתעדת את כל פעילויות ההשקיה באופן מקומי.

כדי לגשת ליומן, התחבר למכשיר ונווט לדף '/ערוך' ולאחר מכן הורד את קובץ watering.log. קובץ זה מכיל את ההיסטוריה של כל ריצות ההשקיה מאז שהתחיל הכניסה.

לשלב זה מצורפת דוגמה לקובץ יומן כזה (בתבנית המופרדת בכרטיסייה).

הערה: דף ההורדות אינו זמין כאשר IoT APIS v2 פועל הוא במצב נקודת גישה (בשל תלות בספריית Java Script המקוונת).

שלב 14: שרטוט NodeMCU - לחות קרקע, דליפת מים במגש התחתון, מפלס מים, 3 צבעים LED

מדידת לחות הקרקע מבוססת על אותו עיקרון כמו ה- APIS המקורי. אנא עיין במדריך זה לפרטים.

דליפות מגש מים מזוהות על ידי הרצת מתח לרגע על החוטים הנמצאים מתחת לסיר באמצעות נגדי PULLUP פנימיים. אם מצב ה- PIN המתקבל הוא LOW, אז יש מים במגש. מצב ה- PIN של HIGH מציין שהמעגל "שבור", ולכן אין מים במגש התחתון.

מפלס המים נקבע על ידי מדידת המרחק מהחלק העליון של הצנצנת אל פני המים והשוואתו למרחק לתחתית הצנצנת הריקה. שימו לב לשימוש בחיישן 3 פינים! אלה יקרים יותר מחיישני ארבע פינים של HC-SR04. לרוע המזל נגמרו לי GPIO ב- NodeMCU ונאלצתי לחתוך כל חוט שיכול לגרום לתכנון לעבוד רק על NodeMCU אחד ללא מעגלים נוספים.

3 צבעי LED משמשים לציון חזותי של מצב APIS:

1. מהבהב בינוני ירוק - מתחבר לרשת WiFi
2. מהבהב במהירות ירוק - שואל NTP
3. ירוק מוצק קצר - מחובר ל- WiFi והשיג את הזמן הנוכחי מ- NTP בהצלחה
4. מוצק לבן לבן - אתחול הרשת הסתיים
5. מהבהב במהירות WHITE - הפעלת מצב נקודת גישה
6. מהבהב במהירות כחול - השקיה
7. מהבהב בינוני כחול - רווי
8. בקצרה ענבר מוצק ואחריו אדום מוצק לזמן קצר - לא מצליח לקבל זמן מ- NTP
9. WHITE מוצק בקצרה במהלך גישה לשרת אינטרנט פנימי

LED אינו פועל במצב "לילה". ניתן היה לקבוע באופן מהימן את מצב הלילה רק אם המכשיר הצליח להשיג זמן מקומי משרתי NTP לפחות פעם אחת (ישתמש בשעון זמן מקומי עד לחיבור הבא ל- NTP).

דוגמה לפונקציית LED זמינה ב- YouTube כאן.

שלב 15: כוח סולארי, בנק חשמל ותפעול אוטונומי

אחד הרעיונות מאחורי IoT APIS v2 היה היכולת לפעול באופן אוטונומי.

העיצוב הנוכחי משתמש בלוח חשמל סולארי ובנק כוח זמני של 3600 מיליאמפר לשעה זאת.

1. פאנל סולארי זמין באתר amazon.com
2. Power Bank זמין גם באתר amazon.com

פאנל סולארי בנוי גם סוללה של 2600 מיליאמפר / שעה, אך היא לא הצליחה להמשיך לפעול 24 שעות APIS אפילו במצב חיסכון בחשמל (אני חושד שהסוללה לא מתמודדת היטב עם טעינה ופריקה בו זמנית). נראה ששילוב של שתי סוללות מספק כוח מספק ומאפשר טעינה מחדש של שתי הסוללות במהלך היום. פאנל סולארי טוען בנק חשמל, ואילו בנק חשמל מפעיל את מכשיר ה- APIS.

שימו לב:

רכיבים אלה הינם אופציונאליים. אתה יכול פשוט להפעיל את המכשיר באמצעות כל מתאם USB המספק זרם 1A.

שלב 16: שילוב IoT - Blynk

אחת המטרות לעיצוב החדש הייתה היכולת לעקוב מרחוק אחר לחות הקרקע, מפלס המים ופרמטרים אחרים.

בחרתי ב- Blynk (www.blynk.io) כפלטפורמת IoT בשל קלות השימוש והעיצוב החזותי המושך שלה.

מכיוון שהשרטוט שלי מבוסס על ספריית ריבוי המשימות השיתופיות TaskScheduler, לא רציתי להשתמש בספריות מכשירי Blynk (הן אינן מופעלות עבור TaskScheduler). במקום זאת, השתמשתי ב- Blynk HTTP RESTful API (זמין כאן).

הגדרת האפליקציה היא אינטואיטיבית ככל שהיא יכולה להיות. אנא עקוב אחר צילומי המסך המצורפים.

שלב 17: סקיצות וקבצים

סקיצה של IoT APIS v2 נמצאת כאן ב github: סקיצה

כמה ספריות המשמשות את המערכון נמצאות כאן:

1. TaskScheduler - ספריית ריבוי משימות שיתופית עבור Arduino ו- esp8266
2. AvgFilter - יישום שלם של מסנן ממוצע להחלקת נתוני חיישנים
3. RTCLib - יישום שעון בזמן אמת של החומרה והתוכנה (שונה על ידי)
4. זמן - שינויים עבור ספריית הזמן
5. אזור זמן - ספרייה התומכת בחישובי אזור זמן

הערה:

גליונות נתונים, תיעוד סיכות וקבצי תלת ממד ממוקמים בתיקיית המשנה "קבצים" של המערכון הראשי.

יש להעלות קבצי HTML לשרת האינטרנט המובנה לזיכרון הבזק NODE MCU באמצעות תוסף arduino-esp8266fs-plugin (היוצר קובץ מערכת קבצים מתיקיית המשנה "נתונים" של תיקיית הסקיצה הראשית ומעלה אותו לזיכרון פלאש)

סגנית בתחרות הגינון הפנימי 2016