Raspberry Pi Powered Garden IOT: 18 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

אחת המטרות העיקריות של פרויקט זה הייתה היכולת לשמור על רווחתו של גינה באמצעות כוח האינטרנט של הדברים (IoT). עם הרבגוניות של הכלים והתוכנות הקיימים, העציץ שלנו משולב עם חיישנים המנטרים את מצב הצמחים בזמן אמת. בנינו אפליקציית סמארטפון שמאפשרת לגשת לנתונים ולנקוט בפעולות הדרושות במידת הצורך.

עיצוב העציץ שלנו הוא מדרגי, בעלות נמוכה וקל לבנייה, מה שהופך אותו לאפשרות המושלמת להוסיף ירק למרפסת או לחצר האחורית. הגן החכם הוכיח את עצמו כיעיל יותר בצריכת מים ומאפשר תחזוקה ומעקב.

המשך ללמוד כדי ליצור מסד נתונים ואפליקציה משלך, על ידי יצירת גינה הניתנת לפיקוח בלחיצת כפתור אחת!

שלב 1: סקירה כללית של מערכת IOT

מערכת Iot פועלת באמצעות התהליכים הבאים. פטל פטל משמש להעברת מידע שימושי של הגן, כגון זוהר, לחות ותכולת הלחות בקרקע מחיישנים שונים למאגר עננים. ברגע שהמידע נמצא בענן, ניתן לגשת אליו מכל מקום באמצעות אפליקציית סמארטפון שבנינו. גם תהליך זה הפיך, המשתמש יכול לשלוח הוראות, כגון מצב משאבת המים, בחזרה לגינה שתבצע את הפקודות הנדרשות.

להלן כמה מהתכונות העיקריות של הגינה שלנו:

משוב בזמן אמת של החיישנים השונים של הגן

מאגר מצב הבריאות של הגן

יכולות ניטור והפעלה גלובליות

מערכת השקיה בטפטוף

מערכת מים מבוקרת באפליקציות

לוחות זמנים להשקיה אוטומטית

החלטנו להשתמש ב- Firebase של גוגל כמתווך של מערכת ה- IOT שלנו, כדי ליצור מאגר עננים חינמי משלנו. לאחר מכן השתמשנו בממציא האפליקציות של MIT ליצירת יישום סמארטפון התואם למסד הנתונים של Firebase ול- Raspberry Pi. זה יכול גם לתקשר עם מסד הנתונים בעזרת ספריית פייתון בחינם.

שלב 2: חומרים הדרושים:

את החומרים הדרושים לייצור עציץ iot ניתן למצוא בקלות בחנויות מקומיות או מקוונות. הרשימה הבאה היא תיאור של כל החלקים הדרושים.

חומרה:

1 "עץ עץ אורן - מידות; 300 ס"מ על 10 ס"מ (מכיוון שהעץ יהיה חיצוני, אנו ממליצים על עץ מטופל)

דיקט 1/4 אינץ ' - מידות; 120 ס"מ על 80 ס"מ

גיליון ברזנט - מידות; 180 ס"מ על 275 ס"מ

צינור PVC - מידות; אורך 30 ס"מ, כ 2 ס"מ

צינור כירורגי - ממדים; 250 ס מ

מפרק מרפק x 2

בורג עץ x 30

מכשירי חשמל:

Rasberry Pi3 דגם B

Grove Pi + מגן חיישן

שסתום סולנואיד 12V

חיישן לחות וטמפרטורה (dht11)

חיישן לחות

חיישן בהירות

מודול ממסר

ספק כוח 12V

העלות הכוללת של הפרויקט היא בערך 50 דולר

שלב 3: חלקים מודפסים בתלת מימד

רכיבים שונים שצריך להתאים אישית לפרויקט זה נעשו בעזרת הדפסה תלת מימדית. הרשימה הבאה מכילה את רשימת החלקים המלאה ומפרטי ההדפסה שלהם. כל קבצי STL מסופקים בתיקייה המצורפת למעלה, ומאפשרת לבצע את השינויים הנדרשים במידת הצורך.

ציר המפרק x 1, 30% מילוי

מתאם זרבובית x 3, 30% מילוי

תקע צינור x 3, 10% מילוי

וו x 2, מילוי של 30%

חיישן הר x 1, 20% מילוי

מתאם שסתום x 1, מילוי של 20%

כיסוי חיווט x 1, מילוי של 20%

השתמשנו ב- Creality Ender 3 שלנו להדפסת החלקים, שלקח בערך 8 שעות עבור 12 החלקים.

שלב 4: התוכניות

האחד אינו מוגבל למידות שבחרנו לייצר את העציץ שלנו, אך מצורפות למעלה כל הפרטים הדרושים לביצוע הפרויקט. בשלבים הבאים ניתן להפנות לעשות תמונות אלה לחיתוך העץ.

שלב 5: בניית הצדדים

כדי להחזיק את הצמחים החלטנו ליצור מבנה אדנית מעץ. המידות הפנימיות של הקופסה שלנו הן 70 ס"מ על 50 ס"מ עם גובה של 10 ס"מ. לבניית הצדדים השתמשנו בקרשים מעץ אורן.

בעזרת מסור עגול חתכנו את ארבעת החלקים לאורך (המידות המצורפות למעלה). קידחנו חורי טייס בנקודות המסומנות וכיוונו את החורים כך שראשי הבורג ישבו. לאחר שסיימנו, נסענו ב 8 ברגי עץ תוך כדי וודא שהצדדים מרובעים שהבטיחו את המסגרת.

שלב 6: התאמת הלוח התחתון

להכנת הלוח התחתון חתכנו חתיכה מלבנית של דיקט 5 מ מ, שאותה הברגנו במקומה למסגרת הצדדית. וודא שהחורים שקועים כך שהברגים יישרדו עם הבסיס. ניתן למצוא את הממדים הנדרשים למעלה.

שלב 7: חורים לצינור

האדנית שלנו מיועדת להכיל שלוש שורות של צמחים. לכן עבור מערכת ההשקיה בטפטוף צד אחד צריך להחזיק את הצינורות עבור כניסת המים.

התחל על ידי מדידת קוטר המחברים והוצא אותם החוצה בצורה קצרה בצד הקצר של המסגרת. מכיוון שלא היה לנו מעט forstner, קידחנו חור בגודל 10 מ מ ואז הרחבנו אותו עם פאזל. כדי להחליק את הקצוות הגסים אפשר להשתמש ב- Dremel עד שהמחברים יתאימו.

שלב 8: חיבור צינורות המים

כדי לחבר את המפרקים פשוט חותכים שתי חתיכות של צינור PVC באורך 12 ס מ. התקן את המכשיר היבש כדי לבדוק אם הכל מתאים.

לאחר מכן דחף פנימה את המפרק המודפס בתלת -ממד בחור המרכזי ושני מחברי המרפק PVC בקצוות הנגדים עד שהם סומקים. חבר את הלוח חזרה למסגרת וסגור את המחברים מבפנים בעזרת המתאמים המודפסים בתלת -ממד. כל החיבורים מתאימים לחיכוך וצריכים להיות אטומים למים, אם לא, אפשר לאטום את המפרקים בעזרת דבק חם או סרט טפלון.

שלב 9: שסתום סולנואיד

כדי לשלוט על זרימת המים למערכת השקיה בטפטוף השתמשנו בשסתום סולנואיד. השסתום פועל כשער שנפתח כאשר נשלח אות חשמלי מה שהופך אותו לשליטה אוטומטית. כדי לשלב אותו, חיברנו קצה אחד למקור המים והשני לצינור כניסת המים של האדנית באמצעות מתאם מתווך. חשוב לחבר את השסתום בכיוון הנכון המתויג בדרך כלל "IN" עבור כניסת המים (ברז) ו- "OUT" עבור תפוקת המים (האדנית).

שלב 10: חיווט האלקטרוניקה

להלן טבלה עם המודולים והחיישנים השונים עם היציאות שלהם בהתאמה על המגן grovepi+.

• חיישן טמפרטורה ולחות ==> יציאה D4
• מודול ממסר ==> יציאה D3
• חיישן לחות ==> יציאה A1
• חיישן אור ==> יציאה A0

השתמש בתרשים החיווט המצורף למעלה כהפניה.

שלב 11: תא חיישן

בנינו קופסת תאים שהכילה את כל האלקטרוניקה עם הדיקט שנותר. חתכנו את העץ לפי פריסת האלקטרוניקה והדבקנו את החלקים זה לזה. לאחר שהדבק התייבש הרכבנו את ספק הכוח ואת ה- Raspberry Pi לתוך קופסת התא, והזננו את חוטי החיישנים דרך חריץ. כדי לכסות את החריצים דחפנו לכריכות מודפסות כדי לאטום פערים.

לחיישן הר יש חורים לחיבור יתדות שעליהן ניתן להרכיב את החיישנים. חבר את חיישן הבהירות והלחות בחלקו העליון ואת חיישן הלחות בחריץ המתכוונן. כדי להפוך את קופסת התא להסרה בקלות דפקנו ווים מודפסים בתלת -ממד ואת תושבת החיישן שאפשרה לקופסה להידבק למבנה הראשי. בדרך זו ניתן לשלב בקלות את יחידת המערכת האלקטרונית והמערכת iot לכל אדנית.

שלב 12: יצירת מסד הנתונים

השלב הראשון הוא יצירת מסד נתונים עבור המערכת. לחץ על הקישור הבא (Google firebase), שיוביל אותך לאתר Firebase (יהיה עליך להיכנס באמצעות חשבון Google שלך). לחץ על כפתור "התחל" שיעביר אותך לקונסולת בסיס האש. לאחר מכן צור פרוייקט חדש על ידי לחיצה על כפתור "הוסף פרויקט", מלא את הדרישות (שם, פרטים וכו ') והשלם על ידי לחיצה על כפתור "צור פרויקט".

אנחנו רק דורשים את כלי הנתונים של Firebase, לכן בחר "מסד נתונים" מהתפריט בצד שמאל. לאחר מכן לחץ על כפתור "צור מסד נתונים", בחר באפשרות "מצב בדיקה" ולחץ על "הפעל". לאחר מכן הגדר את מסד הנתונים ל"מאגר מידע בזמן אמת "במקום" חנות אש בענן "על ידי לחיצה על התפריט הנפתח למעלה. בחר בכרטיסייה "כללים" ושנה את שני "השקר" ל"אמת ", לבסוף לחץ על הכרטיסייה" נתונים "והעתק את כתובת אתר מסד הנתונים, הדבר יידרש בהמשך.

הדבר האחרון שתצטרך לעשות הוא ללחוץ על סמל גלגל השיניים שלצד סקירת הפרויקט, ואז על "הגדרות פרויקט", ולאחר מכן בחר בכרטיסייה "חשבונות שירות", לבסוף לחץ על "סודות מסד הנתונים" ורשום את קוד האבטחה. של מסד הנתונים שלך. עם השלמת שלב זה, יצרת בהצלחה את מסד הנתונים בענן שלך שניתן לגשת אליו מהסמארטפון שלך ומה- Raspberry Pi. (השתמש בתמונות המצורפות למעלה במקרה של ספקות מסוימים, או פשוט השאיר שאלה או הערה בקטע ההערות)

שלב 13: הגדרת האפליקציה

החלק הבא של מערכת IoT הוא יישום הסמארטפון. החלטנו להשתמש בממציא האפליקציות של MIT כדי ליצור אפליקציה מותאמת אישית משלנו. כדי להשתמש באפליקציה שיצרנו פתח תחילה את הקישור הבא (MIT App Inventor), שיוביל אותך לדף האינטרנט שלהם. לאחר מכן לחץ על "צור אפליקציות" למעלה החלק העליון של המסך והיכנס באמצעות חשבון Google שלך.

הורד את קובץ.aia המקושר למטה. פתח את הכרטיסייה "פרויקטים" ולחץ על "ייבוא פרוייקט (.aia) מהמחשב שלי" ולאחר מכן בחר את הקובץ שהורדת זה עתה ולחץ על "אישור". בחלון הרכיבים, גלול למטה עד שתראה "FirebaseDB1", לחץ עליו ושנה את "FirebaseToken", "FirebaseURL" לערכים ששמרת עליהם בשלב הקודם.

לאחר השלמת השלבים האלה אתה מוכן להוריד ולהתקין את האפליקציה. אתה יכול להוריד את האפליקציה ישירות לטלפון שלך על ידי לחיצה על הכרטיסייה "Build" ולחיצה על "App (ספק קוד QR עבור.apk)" ולאחר מכן סריקת קוד ה- QR באמצעות הסמארטפון שלך או לחיצה על "App (שמור.apk במחשב שלי) "תוריד את קובץ ה- apk למחשב שלך שעליך להעביר לטלפון החכם שלך כדי להתקין אותו.

שלב 14: תכנות ה- Raspberry Pi

יש להבהב את ה- Raspberry Pi עם הגרסה העדכנית ביותר של Raspbian (Raspbian). במקרה שאתה מתכוון להשתמש במגן GrovePi+ כפי שעשינו, הפוך את ה- Raspberry Pi שלך עם הגרסה העדכנית ביותר של "Raspbian for Robots" במקום זאת (Raspbian for Robots). לאחר שהבזקת את ה- Raspberry Pi תצטרך להתקין ספריית פייתון נוספת. פתח את הטרמינל והדבק את הפקודות הבאות:

1. בקשות להתקנת sudo pip == 1.1.0
2. sudo pip התקן python-firebase

לאחר שתעשה זאת, הורד את הקובץ המצורף למטה ושמור אותו בספרייה ב- Raspberry Pi שלך. פתח את הקובץ וגלול מטה לשורה 32. בשורה זו החלף את החלק שאומר "הדבק את כתובת האתר שלך כאן" בכתובת האתר של מסד הנתונים שציינת קודם לכן, הקפד להדביק את כתובת ה- URL בין הערכים. עם זה, סיימת, פתח את הטרמינל והפעל את סקריפט הפיתון באמצעות הפקודה "פייתון".

שלב 15: שימוש באפליקציה

הממשק של האפליקציה שלנו די מסביר את עצמו. ארבע התיבות העליונות מציגות ערכים בזמן אמת של בהירות, טמפרטורה, לחות ותכולת הלחות בקרקע באחוזים. ניתן לעדכן ערכים אלה על ידי לחיצה על כפתור "קבל ערכים" המורה ל- Raspberry Pi לעדכן את מסד הנתונים בענן ואחריו כפתור "רענון" המרענן את המסך לאחר עדכון מסד הנתונים.

החלק התחתון של המסך מיועד למערכת השקיה בטפטוף. כפתור "הפעלה" מפעיל את משאבת המים בעוד כפתור "כיבוי" מכבה אותה. כפתור ה"אוטומטי "משתמש בערכי החיישנים השונים כדי לחשב את המים המדויקים על בסיס יומי ומשקה את הצמחים פעמיים ביום בשעה 8:00 ו -16: 00.

שלב 16: אניה ברזנט

מכיוון שלחות הקרקע עלולה להירקב את העץ לאורך זמן, קיצצנו יריעה של ברזנט לגודל ודרכנו אותו על המשטח הפנימי של האדנית. הקפד למשוך אותו על הצדדים ולאחר מכן החזק אותו במקום עם קצת דבק. כשסיימנו מילאנו אדמה שקיבלנו מחווה מקומית. מורחים את האדמה באופן שווה עד החלק העליון ולאחר מכן הטביעו את שלוש השורות של צינור ההשקיה בטפטוף.

בפינה ליד צינורות המים התאימו את התיבה האלקטרונית והטביעו את חיישן הלחות באדמה. אלה מקלים על עבודת החיווט מכיוון ששסתום הסולנואיד קרוב לאלקטרוניקה וניתן לחבר אותו בקלות.

שלב 17: מערכת השקיה בטפטוף

חותכים שלוש חתיכות מהצינור הניתוחי הנמתח לאורך האדנית (בסביבות 70 ס"מ) זה ישמש כקו הטפטוף העיקרי לצמחים. לכן תכננו את המרווח הדרוש בין הצמחים וקדחו חור באורך 1 מ"מ ואת המרווחים. בדוק אם המים מטפטפים בקלות והגדיל את החורים במידת הצורך. השתמש בשלושת הפקקים כדי לסגור את הקצוות וודא שהמים מוגבלים לצאת רק מחורי הטפטוף.

הטביע מעט את הצינורות באדמה ואתה מוכן להשקות את הצמחים שלך!

שלב 18: תוצאות השתילה

התמונות למעלה הן התוצאות של גינת iot העובדת במשך חודש. הצמחים בריאים והצלחנו לגדל עשבי תיבול כמו נענע וכוסברה.

באמצעות ניסויים, שמנו לב שהמצב האוטומטי חוסך קרוב ל -12% מים ביום. כאשר הצמחים מושקים באמצעות השקיה בטפטוף, שורשיהם צומחים ישרים ונותנים יותר מקום לגדל יותר צמחים באדנית. החיסרון היחיד שראינו היה שהצמחים הגדולים יותר זקוקים לעומק הקרקע יותר. עם זאת, בשל הבנייה המודולרית ניתן להוסיף בסיס עמוק יותר לדרישותיהם.

לסיכום, מערכת זו לא רק הופכת את הגינה שלך ליעילה יותר, אלא גם מבטיחה את רווחת הצמחים שלך שכן משוב הנתונים בזמן אמת מספק שיטה חזקה לתת את הכמות הנכונה של מים ואור שמש. אנו מקווים שההנחיה הייתה שימושית ושהיא תעזור לך לגדל גינת יוט משלך.

עשייה שמחה!

פרס ראשון באתגר IoT