Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Одна из основных целей этого проекта заключалась в том, чтобы поддерживать благополучие сада, используя возможности Интернета вещей (IoT). Благодаря универсальности имеющихся инструментов и программного обеспечения наша сеялка интегрирована с датчиками, которые контролируют состояние растений в режиме реального времени. Мы создали приложение для смартфона, которое позволяет получить доступ к данным и при необходимости предпринять необходимые действия.

Дизайн нашей плантатора масштабируемый, недорогой и простой в сборке, что делает его идеальным вариантом для добавления зелени на террасу или задний двор. Умный сад оказался более эффективным в потреблении воды и облегчает обслуживание и мониторинг.

Следуйте дальше, чтобы узнать, как создать свою собственную базу данных и приложение, создав сад, за которым можно будет следить одним нажатием кнопки!

Шаг 1. Обзор системы IOT

Система Iot функционирует посредством следующих процессов. Raspberry Pi используется для передачи полезной информации о саду, такой как яркость, влажность и содержание влаги в почве, от различных датчиков в облачную базу данных. Когда информация находится в облаке, к ней можно получить доступ из любого места с помощью созданного нами приложения для смартфонов. Этот процесс также обратим, пользователь может отправлять инструкции, такие как состояние водяного насоса, обратно в сад, который будет выполнять необходимые команды.

Ниже приведены некоторые из ключевых особенностей нашего сада:

Обратная связь в режиме реального времени с различных датчиков в саду

База данных о состоянии сада

Глобальный мониторинг и операционные возможности

Система капельного орошения

Система водоснабжения, управляемая приложением

График автоматического полива

Мы решили использовать Google Firebase в качестве посредника для нашей системы IOT, чтобы создать нашу собственную бесплатную облачную базу данных. Затем мы использовали App Inventor MIT для создания приложения для смартфона, совместимого с базой данных Firebase и Raspberry Pi. Он также может связываться с базой данных с помощью бесплатной библиотеки Python.

Шаг 2: Необходимые материалы:

Материалы, необходимые для изготовления сеялки iot, можно легко найти в местных или интернет-магазинах. В следующем списке представлены все необходимые детали.

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Доска из соснового дерева 1 дюйм - размеры; 300 см x 10 см (поскольку древесина будет использоваться для наружного освещения, мы рекомендуем обработанную древесину)

Фанера 1/4 "- размеры: 120 см на 80 см

Брезент - размеры; 180 см x 275 см

Труба ПВХ - размеры; длина 30 см, диаметр 2 см

Хирургическая трубка - размеры; 250см

Локтевой сустав x 2

Шуруп для дерева x 30

ЭЛЕКТРОНИКА:

Rasberry Pi3 Модель B

Grove Pi + сенсорный экран

Электромагнитный клапан 12 В

Датчик влажности и температуры (dht11)

Датчик влажности

Датчик освещенности

Модуль реле

Блок питания 12 В

Общая стоимость этого проекта составляет около 50 долларов США.

Шаг 3: детали, напечатанные на 3D-принтере

Различные компоненты, которые необходимо было настроить для этого проекта, были изготовлены с помощью 3D-печати. В следующем списке содержится полный список деталей и их печатные характеристики. Все файлы STL находятся в папке, прикрепленной выше, что позволяет при необходимости вносить необходимые изменения.

Соединение труб x 1, заполнение 30%

Адаптер форсунки x 3, заполнение 30%

Пробка x 3, заполнение 10%

Крючок x 2, заполнение 30%

Крепление датчика x 1, заполнение 20%

Переходник клапана x 1, заполнение 20%

Крышка проводки x 1, заполнение 20%

Мы использовали наш Creality Ender 3 для печати деталей, что заняло около 8 часов для 12 частей.

Шаг 4: планы

Один из них не ограничен размерами, которые мы выбрали для изготовления нашей сеялки, но выше прилагаются все детали, необходимые для создания проекта. В следующих шагах можно использовать эти изображения для резки дерева.

Шаг 5: создание сторон

Чтобы подержать растения, мы решили сделать конструкцию вазоны из дерева. Внутренние размеры нашей коробки 70 см на 50 см при высоте 10 см. Для изготовления стенок мы использовали доски из сосновой древесины.

С помощью циркулярной пилы мы разрезаем четыре части по длине (размеры указаны выше). Мы просверлили пилотные отверстия в отмеченных местах и утопили их так, чтобы головки винтов находились заподлицо. После этого мы вкрутили 8 шурупов для дерева, убедившись, что стороны квадратной формы фиксируют раму.

Шаг 6: Установка нижней панели

Чтобы сделать нижнюю панель, мы вырезаем прямоугольный кусок фанеры толщиной 5 мм, который затем прикручиваем к боковой рамке. Убедитесь, что отверстия утоплены, чтобы винты были на одном уровне с основанием. Необходимые размеры указаны выше.

Шаг 7: отверстия для трубы

Наша сеялка рассчитана на три ряда растений. Поэтому для системы капельного орошения необходимо одной стороной придерживать трубы для ввода воды.

Начните с измерения диаметров разъемов и вытяните их на равном расстоянии с более короткой стороны рамы. Поскольку у нас не было долота Форстнера, мы просверлили отверстие диаметром 10 мм, а затем расширили его лобзиком. Чтобы сгладить неровности, можно использовать дремель до тех пор, пока разъемы не встанут на место.

Шаг 8: Подключение водопроводных труб

Для соединения стыков просто отрежьте два куска трубы ПВХ длиной 12 см. Насухо установите комплект, чтобы проверить, все ли плотно прилегает к нему.

Затем вставьте распечатанное на 3D-принтере соединение в центральное отверстие и два угловых соединителя из ПВХ на противоположных концах, пока они не будут на одном уровне. Прикрепите панель к раме и закройте разъемы изнутри адаптерами, напечатанными на 3D-принтере. Все соединения имеют фрикционную посадку и должны быть водонепроницаемыми, в противном случае их можно заклеить горячим клеем или тефлоновой лентой.

Шаг 9: Электромагнитный клапан

Для управления подачей воды в систему капельного орошения мы использовали электромагнитный клапан. Клапан действует как заслонка, которая открывается при подаче электрического сигнала, что делает его управляемым автоматически. Чтобы установить его, мы прикрепили один конец к источнику воды, а другой - к водозаборной трубе сеялки с помощью промежуточного адаптера. Важно подключить клапан в правильной ориентации, обычно помеченный как «IN» для входа воды (кран) и «OUT» для выхода воды (сеялка).

Шаг 10: Подключение электроники

Ниже представлена таблица с различными модулями и датчиками с соответствующими портами на плате grovepi +.

• Датчик температуры и влажности ==> порт D4
• Модуль реле ==> порт D3
• Датчик влажности ==> порт A1
• Датчик освещенности ==> порт A0

Используйте приведенную выше схему подключения в качестве справочной.

Шаг 11: отсек датчика

Из оставшейся фанеры мы построили отсек, в котором хранилась вся электроника. Мы распилили дерево в соответствии с расположением электроники и склеили части. После высыхания клея мы установили блок питания и Raspberry Pi в отсек, пропустив провода датчиков через прорезь. Чтобы закрыть щели, мы вставили крышки с печатным рисунком, чтобы закрыть любые зазоры.

Крепление датчика имеет отверстия для крепления штифтов, на которые вы можете установить датчики. Прикрепите датчик освещенности и влажности вверху, а датчик влажности - к регулируемому пазу. Чтобы сделать коробку отсека легко снимаемой, мы прикрутили крючки, напечатанные на 3D-принтере, и крепление датчика, которое позволяло закрепить коробку на основной конструкции. Таким образом, электронный блок и системный блок iot можно легко интегрировать в любую сеялку.

Шаг 12: Создание базы данных

Первый шаг - создать базу данных для системы. Щелкните следующую ссылку (Google firebase), которая приведет вас на веб-сайт Firebase (вам нужно будет войти в свою учетную запись Google). Нажмите кнопку «Начать», чтобы перейти к консоли firebase. Затем создайте новый проект, нажав кнопку «Добавить проект», заполните требования (имя, детали и т. Д.) И завершите, нажав кнопку «Создать проект».

Нам просто нужны инструменты базы данных Firebase, поэтому выберите «база данных» в меню слева. Затем нажмите кнопку «Создать базу данных», выберите вариант «тестовый режим» и нажмите «Включить». Затем установите базу данных в «базу данных реального времени» вместо «облачного хранилища», щелкнув раскрывающееся меню вверху. Выберите вкладку «правила» и измените два «ложных» на «истину», наконец, щелкните вкладку «данные» и скопируйте URL-адрес базы данных, это потребуется позже.

Последнее, что вам нужно сделать, это нажать на значок шестеренки рядом с обзором проекта, затем на «настройки проекта», затем выбрать вкладку «служебные учетные записи», наконец, нажать на «Секреты базы данных» и записать код безопасности. вашей базы данных. Выполнив этот шаг, вы успешно создали свою облачную базу данных, к которой можно получить доступ со своего смартфона и с Raspberry Pi. (Используйте изображения, прикрепленные выше, в случае определенных сомнений, или просто оставьте вопрос или комментарий в разделе комментариев)

Шаг 13: Настройка приложения

Следующая часть системы IoT - приложение для смартфона. Мы решили использовать MIT App Inventor, чтобы создать собственное приложение. Чтобы использовать созданное нами приложение, сначала откройте следующую ссылку (MIT App Inventor), которая приведет вас на их веб-страницу. Затем нажмите «создать приложения» в верхней части экрана и войдите в свою учетную запись Google.

Загрузите файл.aia, ссылка на который приведена ниже. Откройте вкладку «проекты» и нажмите «Импортировать проект (.aia) с моего компьютера», затем выберите файл, который вы только что загрузили, и нажмите «ОК». В окне компонентов прокрутите все вниз, пока не увидите «FirebaseDB1», щелкните по нему и измените «FirebaseToken», «FirebaseURL» на значения, которые вы запомнили на предыдущем шаге.

После выполнения этих шагов вы будете готовы загрузить и установить приложение. Вы можете загрузить приложение прямо на свой телефон, щелкнув вкладку «Сборка» и нажав «Приложение (предоставить QR-код для.apk)», затем отсканировав QR-код своим смартфоном или нажав «Приложение (сохранить.apk на моем компьютере)) вы скачаете apk-файл на свой компьютер, который вам нужно перенести на свой смартфон, чтобы затем установить.

Шаг 14: Программирование Raspberry Pi

На Raspberry Pi необходимо установить последнюю версию Raspbian (Raspbian). Если вы планируете использовать щит GrovePi +, как мы, прошейте Raspberry Pi последней версией «Raspbian для роботов» (Raspbian для роботов). После того, как вы перепрограммируете Raspberry Pi, вам нужно будет установить дополнительную библиотеку Python. Откройте терминал и вставьте следующие команды:

1. запросы на установку sudo pip == 1.1.0
2. sudo pip установить python-firebase

Как только это будет сделано, загрузите прикрепленный ниже файл и сохраните его в каталоге на Raspberry Pi. Откройте файл и прокрутите вниз до строки 32. В этой строке замените часть, которая гласит «вставьте сюда свой URL», на URL-адрес вашей базы данных, который вы указали ранее, обязательно вставьте URL-адрес между ''. На этом все готово, откройте терминал и запустите скрипт python с помощью команды «python».

Шаг 15: Использование приложения

Интерфейс нашего приложения не требует пояснений. В четырех верхних полях отображаются значения яркости, температуры, влажности и влажности почвы в процентах в реальном времени. Эти значения можно обновить, нажав кнопку «получить значения», которая инструктирует Raspberry Pi обновить облачную базу данных, а затем нажать кнопку «обновить», которая обновит экран после обновления базы данных.

Нижняя часть экрана предназначена для системы капельного орошения. Кнопка «вкл» включает водяной насос, а кнопка «выкл» - выключает. Кнопка «Авто» использует различные значения датчиков для расчета точного количества воды, необходимой на ежедневной основе, и поливает растения два раза в день в 8:00 и 16:00.

Шаг 16: брезентовая подкладка

Поскольку влага почвы со временем может сгнить древесину, мы отрезали кусок брезента до нужного размера и положили его на внутреннюю поверхность сеялки. Обязательно натяните его по бокам, а затем, наконец, удерживайте на месте с помощью клея. После этого мы засыпали землю, полученную с местной фермы. Равномерно распределите почву до верха, а затем заделайте три ряда трубок для капельного орошения.

На углу возле водопроводных труб поместите электронный блок и воткните датчик влажности в почву. Это упрощает электромонтаж, поскольку электромагнитный клапан находится рядом с электроникой и может быть легко подключен.

Шаг 17: Система капельного орошения

Отрежьте три части хирургической трубки, протянув ее по длине сеялки (около 70 см), они будут служить основной капельной линией для растений. Поэтому спланируйте необходимое расстояние между растениями и просверлите отверстие диаметром 1 мм и промежутки. Проверьте, легко ли капает вода, и при необходимости увеличьте отверстия. Закройте концы тремя заглушками, убедившись, что вода не может выходить только из капельных отверстий.

Слегка погрузите трубки в почву, и вы готовы поливать растения!

Шаг 18: Результаты посадки

На фотографиях выше представлены результаты работы iot-сада за месяц. Растения здоровые, и нам удалось вырастить такие травы, как мята и кориандр.

Экспериментируя, мы заметили, что автоматический режим экономит около 12% воды в день. По мере того, как растения поливают капельным орошением, их корни растут прямо, давая больше места для выращивания большего количества растений в сеялке. Единственный замеченный нами недостаток заключался в том, что для более крупных растений требуется большая глубина почвы. Тем не менее, благодаря модульной конструкции можно легко добавить более глубокую основу к их требованиям.

В заключение, эта система не только делает ваш сад более эффективным, но и обеспечивает благополучие ваших растений, поскольку обратная связь с данными в реальном времени обеспечивает надежный метод обеспечения нужного количества воды и солнечного света. Мы надеемся, что это руководство было полезным и поможет вам вырастить свой собственный сад.

Удачи!

Первый приз в конкурсе IoT Challenge