Умный сад «СмартХорта»: 9 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-13 06:58

Привет, ребята! Это руководство представит студенческий проект интеллектуального огорода, который обеспечивает автоматический полив растений и может управляться с помощью мобильного приложения. Цель этого проекта - обслуживать клиентов, которые хотят сажать дома, но не имеют времени на ежедневный уход и полив в подходящее время. Мы называем «SmartHorta», потому что horta в переводе с португальского означает огород.

Разработка этого проекта проводилась для утверждения по дисциплине «Интеграционный проект» в Федеральном технологическом университете Параны (UTFPR). Целью было объединить несколько областей мехатроники, таких как механика, электроника и техника управления.

Моя личная благодарность профессорам UTFPR Серхио Стебелю и Гилсону Сато. А также четырем моим одноклассникам (Аугусто, Фелипе, Микаэль и Ребека), которые помогли построить этот проект.

Продукт имеет защиту от непогоды, предлагая защиту от вредителей, ветра и проливного дождя. Его нужно подавать из резервуара для воды через шланг. Предлагаемый дизайн является прототипом для трех растений, но его можно расширить до большего количества ваз.

В нем использовались три технологии изготовления: лазерная резка, фрезерование с ЧПУ и 3D-печать. В части автоматизации в качестве контроллера использовалась Arduino. Для связи использовался модуль Bluetooth, а приложение для Android было создано с помощью MIT App Inventor.

Все мы сдали оценку примерно на 9.0 и очень довольны своей работой. Что очень забавно, так это то, что все думают о том, чтобы посадить травку на этом устройстве, я не знаю почему.

Шаг 1. Концептуальный дизайн и моделирование компонентов

Перед сборкой все компоненты были спроектированы и смоделированы в САПР с использованием SolidWorks, чтобы все было идеально подогнано. Также была поставлена цель уместить весь проект в багажник автомобиля. Поэтому его размеры были определены как 500 мм при макс. При изготовлении этих компонентов использовались технологии лазерной резки, фрезерования с ЧПУ и 3D-печати. Некоторые детали из дерева и труб были вырезаны пилой.

Шаг 2: лазерная резка

Лазерная резка была сделана на гальванизированном стальном листе AISI 1020 толщиной 1 мм, 600 мм x 600 мм, а затем сложена на выступы по 100 мм. Основание предназначено для размещения сосудов и гидравлической части. Их отверстия используются для пропуска опорных труб, кабелей датчиков и соленоидов, а также для крепления дверных петель. Также с помощью лазера была вырезана L-образная пластина, которая служит для вставки труб в крышу.

Шаг 3: фрезерный станок с ЧПУ

Крепление серводвигателя было изготовлено на фрезерном станке с ЧПУ. Два куска дерева были обработаны, затем склеены и покрыты шпатлевкой. Также была обработана небольшая алюминиевая пластина, чтобы установить двигатель в деревянную опору. Была выбрана прочная конструкция, способная выдержать крутящий момент сервопривода. Вот почему дерево такое толстое.

Шаг 4: 3D-печать

Чтобы правильно поливать растения и лучше контролировать влажность почвы, была разработана конструкция, позволяющая направлять воду из подающей трубы на основании к опрыскивателю. При его использовании опрыскиватель всегда был обращен к почве (под углом 20º вниз), а не к листьям растений. Он был напечатан на двух частях на полупрозрачном желтом PLA, а затем собран с помощью гаек и болтов.

Шаг 5: ножовка

Деревянная конструкция крыши, двери и трубы из ПВХ были разрезаны вручную на ножовке. Деревянная конструкция крыши была вырублена, отшлифована, просверлена, а затем собрана саморезами по дереву.

Крыша представляет собой полупрозрачный лист этернита из стекловолокна, который был разрезан специальной гильотиной для резки волокна, затем просверлен и вставлен в дерево с помощью шурупов.

Деревянные двери вырубали, шлифовали, просверливали, собирали саморезами, покрывали древесной массой, а затем устанавливали москитную сетку со степлером, чтобы не повредить растения сильным дождем или насекомыми.

Трубы из ПВХ просто разрезали на ножовку.

Шаг 6: Гидравлические и механические компоненты и сборка

После изготовления крыши, основания, головы и дверей приступаем к сборке конструктивной части.

Сначала мы устанавливаем зажимы для кабелепровода на основание и пластину L с помощью гайки и болта, после этого просто вставляем четыре трубы из ПВХ в зажимы. После необходимо прикрутить крышу к листам L. Затем просто прикрутите двери и ручки гайками и болтами. Наконец, вы должны собрать гидравлическую часть.

Но обратите внимание, мы должны позаботиться о герметизации гидравлической части, чтобы не было утечки воды. Все соединения должны быть герметично заделаны резьбовым герметиком или клеем ПВХ.

Приобретено несколько механических и гидравлических компонентов. Ниже перечислены компоненты:

- Набор для орошения

- 2 ручки

- петли 8x

- 2 колена из ПВХ 1/2 дюйма

- зажимы для кабелепровода 16x 1/2"

- 3 колена 90º 15 мм

- шланг 1м

- 1x 1/2 синий сварной рукав

- 1 синее сварное колено 1/2 дюйма

- 1x ниппель с резьбой

- 3 судна

- 20 шурупов по дереву 3,5x40 мм

- болт и гайка 40x 5/32"

- москитная сетка длиной 1 м

- труба пвх 1/2"

Шаг 7: электрические и электронные компоненты и сборка

При сборке электрических и электронных деталей мы должны позаботиться о правильном соединении проводов. Если произойдет неправильное соединение или короткое замыкание, можно потерять дорогостоящие детали, на замену которых потребуется время.

Чтобы упростить установку и доступ к Arduino, мы должны изготовить щит с универсальной платой, чтобы было легче удалить и загрузить новый код на Arduino Uno, а также избежать разброса большого количества проводов.

Для электромагнитного клапана необходимо сделать пластину с оптоизолированной защитой для релейного привода, чтобы избежать опасности возгорания входов / выходов Arduino и других компонентов. Следует соблюдать осторожность при приведении в действие электромагнитного клапана: его нельзя включать при отсутствии давления воды (иначе он может загореться).

Три датчика влажности необходимы, но вы можете добавить больше для избыточности сигнала.

Было закуплено несколько электрических и электронных компонентов. Ниже перечислены компоненты:

- 1x Arduino Uno

- 6 датчиков влажности почвы

- 1x 1/2 электромагнитный клапан 127 В

- 1x серводвигатель 15кг.см

- 1x источник 5В 3А

- 1x источник 5В 1А

- 1x модуль bluetooth hc-06

- 1x часы реального времени RTC DS1307

- 1x реле 5в 127в

- 1x 4n25 оптрон с наклоном

-1x тиристор BC547

- 1x диод n4007

- 1x сопротивление 470 Ом

- 1x сопротивление 10 кОм

- 2x универсальная тарелка

- 1x удлинитель с 3 розетками

- 2 шт. Розетки

- 1x штекер p4

- 2-проводной кабель длиной 10 м

- интернет-кабель длиной 2 м

Шаг 8: Программирование на C с помощью Arduino

Программирование Arduino в основном предназначено для контроля влажности почвы «n» ваз. Для этого он должен соответствовать требованиям срабатывания электромагнитного клапана, а также позиционированию серводвигателя и считыванию переменных процесса.

Вы можете изменить количество сосудов

#define QUANTIDADE 3 // Quantidade de plantas

Вы можете изменить время открытия клапана.

#define TEMPO_V 2000 // Tempo que a válvula ficará aberta

Вы можете изменить время ожидания увлажнения почвы.

#define TEMPO 5000 // Tempo de esperar para o solo umidecer.

Вы можете изменить задержку слуги.

#define TEMPO_S 30 // Задержка сервопривода.

Для каждого датчика влажности почвы существует свой диапазон напряжения для сухой и полностью влажной почвы, поэтому вам следует проверить это значение здесь.

umidade [0] = map (umidade [0], 0, 1023, 100, 0);

Шаг 9. Мобильное приложение

Приложение было разработано на веб-сайте MIT App Inventor для выполнения функций контроля и настройки проекта. После подключения мобильного телефона к контроллеру приложение показывает в реальном времени влажность (от 0 до 100%) в каждой из трех ваз и операцию, которая выполняется в данный момент: либо в режиме ожидания, либо перевод серводвигателя в положение правильное положение или полив одной из ваз. Конфигурация типа растения в каждой вазе также выполняется в приложении, и теперь конфигурации готовы для девяти видов растений (салат, мята, базилик, чеснок, розмарин, брокколи, шпинат, кресс-салат, клубника). Кроме того, вы можете вручную ввести параметры полива для растений, которых нет в списке. Растения из списка были выбраны потому, что их легко выращивать в небольших горшках, как в нашем прототипе.

Чтобы загрузить приложение, вы должны сначала загрузить приложение MIT App Inventor на свой мобильный телефон, включить Wi-Fi. Затем на своем компьютере вы должны войти на сайт MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/, чтобы войти, импортировать проект SmartHorta2.aia, а затем подключить свой мобильный телефон с помощью QR-кода.

Чтобы подключить Arduino к смартфону, вы должны включить Bluetooth на своем телефоне, включить Arduino и затем выполнить сопряжение устройства. Вот и все, вы уже подключены к SmartHorta!