IoT-Terrarium: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Kjæresten min er besatt av husplanter, og for en liten stund siden nevnte hun at hun ville bygge et terrarium. Hun var villig til å gjøre den beste jobben og googlet hvordan og hvordan vi lager og tar vare på en av disse. Det viser seg at det er en million blogginnlegg og ingen klare svar, og alt ser ut til å se ut på hvordan individuelle terrarier vokser. Siden jeg er en vitenskapsmann og jeg liker data for å vite om noe faktisk fungerer, ønsket jeg å bruke min kunnskap om IoT og elektronikk til god bruk og lage en IoT Terrarium -skjerm.

Planen var å bygge et sensorbasert system som kunne overvåke temperatur, fuktighet og jordfuktighet fra en enkel, men elegant webside. Dette ville tillate oss å overvåke terrariumets helse, slik at vi alltid visste at det var i beste stand. Siden jeg også elsker LED -er (jeg mener hvem som ikke gjør det), ønsket jeg også å legge til en neopiksel som ville gjøre terrariet til det perfekte humøret eller nattlyset også!

Etter å ha planlagt bygget visste jeg at jeg ønsket å dele dette slik at andre kunne lage sitt eget. Så for at alle skal kunne reprodusere dette prosjektet, har jeg bare brukt materialer som er enkle å få tak i og som kan kjøpes i de fleste teglbutikker eller enkelt via nettsteder som Adafruit og Amazon. Så hvis du er interessert i å bygge ditt eget Iot-Terrarium på en søndag ettermiddag, les videre!

Rekvisita

For det meste bør du kunne kjøpe lignende varer som meg selv. Men jeg oppfordrer deg til å diversifisere og gå større og bedre, så noen av elementene som er oppført nedenfor, kan være lurt å tilpasse til din spesifikke konstruksjon. Jeg vil også liste opp noen alternative materialer og metoder i hele dette ugjennomsiktige for de som ikke har tilgang til alt. Så for å starte er det noen få verktøy du trenger for å følge med, disse er;

• Drill & Bits - Brukes til å bore gjennom lokket på terrariumbeholderen for å montere sensorer, lys og kontroller.
• Hot Glue Gun - Brukes til å lime sensorene på lokket på terrariet. Du kan velge å bruke en annen monteringsmetode som superlim eller muttere og bolter.
• Loddejern (valgfritt) - Jeg bestemte meg for å lage en dedikert PCB for dette prosjektet slik at tilkoblingene ble best mulig. Du kan også bruke et brødbrett og hoppetråder og oppnå det samme resultatet.
• Cirka 4 timer - Dette prosjektet fra start til slutt i bygningen tok meg omtrent 4 timer å fullføre. Dette vil avhenge av hvordan du bestemmer deg for å bygge din versjon

Nedenfor er en liste over materialer for elektronikken for sensing og kontroll av terrariet. Du trenger ikke å bruke alle sensorene, og du må heller ikke bruke de samme sensorene for terrariet ditt, men for den medfølgende koden vil disse materialene fungere ut av esken. Litt på hodet, jeg bruker amazon -tilknyttede lenker til dette, så takk for støtten hvis du bestemmer deg for å kjøpe noe fra disse koblingene.

• En ESP8266 - Brukes til å kontrollere neopikslen, lese dataene fra sensorene og vise deg websiden. Du kan også velge å bruke Adafruit HUZZAH
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (eller fra Adafruit) - Dette er fantastiske små neopiksler i en flott formfaktor. De har også alle de andre nødvendige passive komponentene for enkel kontroll.
• DHT11 temperaturfuktighetssensor (eller fra Adafruit) - En grunnleggende temperatur- og fuktighetssensor. Du kan også bruke DHT22 eller DHT21 til dette.
• Jordfuktighetssensor (eller fra Adafruit) - Disse kommer i to smaker. Jeg brukte en resistiv type, men jeg anbefaler den kapasitive typen som den fra Adafruit. Mer om disse senere.
• En 5V (1A) strømforsyning- Du trenger en 5V strømforsyning for dette prosjektet. Dette må ha minst 1A strøm, så du kan også bruke en standard USB -veggkontakt.
• En prototype PCB- Brukes til å koble alt sammen i en robust herregård. Kan også bruke et brødbrett og noen hoppetråder også.
• Noen festebolter - Brukes til å montere kretskortet på lokket på glasset. Du kan også bruke varmt lim.
• PCB Headers- For å montere NodeMCU på PCB.
• Wire - Alle typer ledninger for å koble PCB og sensorer sammen.

For ditt faktiske terrarium er det ubegrensede alternativer du har. Jeg anbefaler på det sterkeste å gå til ditt nærmeste hagesenter for alle forsyninger og råd. Der kan du også be om hjelp til den beste kombinasjonen av materialer for å bygge et Terrarium for plantene du bruker. For meg selv hadde mitt lokale hagesenter alle nødvendige materialer i praktiske små poser. Disse var;

• En glassburk - Vanligvis funnet i hjemmebutikken din. Dette kan være av hvilken som helst form eller størrelse du ønsker, men bør ha et lokk som lar deg bore gjennom og feste elektronikk.
• Planter - Den viktigste delen. Velg klokt og sørg for å matche alle materialene i bygget som passer til anlegget ditt. Jeg brukte litt hjelp herfra.
• Jord, sand, småstein, trekull og mos - Dette er de grunnleggende byggesteinene i et terrarium og er vanligvis lett å finne i en jernvarehandel med en hagearbeid eller din lokale barnehage

Sjekk også ut et stort antall terrarium -bygg her på Instructables også!

Trinn 1: Lag ditt terrarium

For å starte må vi faktisk bygge et terrarium før vi kan koble det til internett! Det er ingen riktig eller feil måte å kompilere et terrarium på, men det er imidlertid beste fremgangsmåter som jeg vil prøve å skissere.

Det første og viktigste er at du har som mål å etterligne omgivelsene som plantene du har valgt å trives i. Vanligvis bruker et terrarium mer tropiske fuktighetselskende planter, men mange bruker fortsatt ting som sukkulenter i en åpen toppet beholder. Jeg valgte en mer tropisk plante for denne bygningen, slik at jeg kunne ha et forseglet lokk som jeg skal bruke til å montere elektronikken på.

Den neste beste praksisen er rekkefølgen på hvordan ingrediensene i et terrarium settes sammen. For de beste resultatene må du legge dem riktig slik at vann kan renne ut og filtrere gjennom systemet og sykle tilbake gjennom. Se opp for å komme over ivrig med planter og materialer. Omfang krukke, planter og materialer før du legger dem helt, ellers passer ikke alt.

Følgende med bildene for dette trinnet, er instruksjonene nedenfor hvordan du kan lagre terrariet ditt for det beste resultatet;

1. Legg noen småstein i bunnen av glasset. Dette er for drenering og etterlater et sted for vann å samle.
2. Legg deretter et lag med mose, dette er et filter for å stoppe jord fra å falle gjennom sprekkene i småsteinene og til slutt ødelegge effekten av småsteinene gir. Dette kan også oppnås med et trådnett
3. Legg deretter kullet ditt på toppen. Dette kullet fungerer som et vannfilter
4. På toppen av kullet kan du nå legge til jord. På dette stadiet vil du sjekke hvor full glasset ditt blir da du kan tømme alt og begynne på nytt her lettere enn senere
5. (Valgfritt) Du kan også legge til andre materialer som sand for en lagdelingseffekt. Jeg la til et veldig fint sandlag for en estetisk effekt, og lagde deretter resten av jorden min.
6. Deretter lager du et hull i midten og deretter potter plantene dine og plasserer dem delikat i midten.
7. Hvis du kan nå, klapp du jorden rundt plantene dine for å legge dem godt inn i jorden.
8. Avslutt med å legge noen dekorative småstein på toppen og litt mer mose som kommer til liv med litt fuktighet.

Nå var det superenkelt å sette opp et terrarium eller to på en søndag ettermiddag! Men ikke ta mitt ord for evangelium, sørg for å se på hvordan andre har bygd opp sitt.

Trinn 2: Gjør det smart

På tide å få terrariet ditt til å skille seg ut fra andre. På tide å gjøre det smart. For å gjøre dette må vi vite hva vi vil måle og hvorfor. Jeg er ingen ekspert på hagearbeid, så dette er en første gang for meg, men jeg forstår sensor- og mikrokontrollere veldig godt, så det å bruke kunnskapen min i den ene vil forhåpentligvis bygge bro over den andre.

Etter litt googling for å finne ut hvilke beregninger som ville være best, gikk jeg på shopping for å finne egnede sensorer å jobbe med. Det endte med at jeg valgte 3 ting å måle. Dette var temperatur, fuktighet og jordfuktighet. Disse tre beregningene vil gi en generisk oversikt over helsen til terrariet vårt og hjelpe oss med å fortelle oss om det er sunt eller krever omsorg.

For å måle temperatur og fuktighet valgte jeg DHT11. Disse er lett tilgjengelige fra mange kilder, for eksempel Adafruit og andre elektronikkbutikker. De støttes også fullt ut i Arduino -miljøet sammen med andre sensorer fra samme familie som DHT22 og DHT21. Koden på slutten av denne instruksjonsboken støtter hvilken som helst versjon, så du kan velge hvilken som helst versjon som passer ditt budsjett og tilgjengelighet.

Jordfuktighetssensorer kommer i to smaker; resistiv og kapasitiv. For dette prosjektet endte jeg opp med en resistiv sensor, da det var det som var tilgjengelig for meg den gangen, men en kapasitiv sensor ville gi det samme resultatet.

De resistive sensorene fungerer ved å bruke en spenning på to pinner i jorda og måle spenningsfallet. Hvis jorda er fuktig, vil det være mindre spenningsfall og derfor en større verdi som leses av ADC til mikrokontrolleren. Det fine med disse er enkelheten og kostnaden, og det er derfor jeg endte opp med å bruke denne versjonen.

Kapasitive sensorer fungerer ved å sende et signal til en av to pinner på jord som den resistive versjonen, forskjellen er at den ser etter en forsinkelse når spenningen kommer til neste pinne. Dette skjer veldig raskt, men alle de smarte blir vanligvis tatt vare på ombord på sensoren. Utgangen som de resistive versjonene er vanligvis også analog, slik at den kan kobles til den analoge pinnen til mikrokontrolleren.

Nå er tanken bak disse sensorene ikke å gi en absolutt verdi på alt ettersom måleteknikker og fysiske egenskaper er avhengig av for mange variabler i terrariet ditt. Måten å se på dataene fra disse sensorene, spesielt jordfuktigheten, er relativ siden de egentlig ikke er kalibrert. Så for å hjelpe deg med å gjette spillet når du skal vanne eller ta vare på hagen din, må du se litt på hvordan terrariet ditt går og matche det mentalt med sensordataene dine.

Trinn 3: Lag PCB

For dette prosjektet bestemte jeg meg for å lage min egen PCB av prototypekort. Jeg valgte dette slik at alt skulle kobles sammen mer robust enn et brødbrett eller gjennom topptekster. Når det er sagt, hvis du kjøper riktig formfaktor for sensorer og kontrollere, kan du tross alt bygge dette på et brødbrett hvis du ikke har tilgang til et loddejern.

Nå vil terrariet ditt mest sannsynlig bruke en annen krukke enn min, og vil derfor ikke bruke den nøyaktige PCB -en jeg har laget, så jeg vil ikke gå i detalj om den nøyaktige metoden jeg brukte til å lage den. I stedet nedenfor er en rekke veiledende trinn du kan ta for å sikre at du oppnår det samme resultatet. Til slutt er alt du trenger å gjøre for at prosjektet skal fungere, å følge kretsdiagrammet på bildene.

1. Start med å legge PCB -en på toppen av lokket for å se hvordan alt vil passe. Merk deretter eventuelle kuttelinjer og monteringshull på kretskortet. i dette trinnet bør du også markere hvor hullet i lokket for ledninger skal være.
2. Kutt deretter ned brettet ditt hvis du bruker prototypebrett. Du kan gjøre dette ved hjelp av en kniv og rett kant ved å score langs hullene og snappe det.
3. Deretter bruker du en drill, og danner monteringshullene for skruene som skal gå gjennom i lokket. Denne hulldiameteren bør være større enn skruene dine. Jeg brukte et 4 mm hull for M3 skruer. Du kan også bruke varmt lim for å montere kretskortet på lokket.
4. På dette stadiet er det en god idé å også lage monteringshullene i lokket ditt, mens det ikke er noen komponenter på kretskortet. Så legg PCB -en på toppen av lokket, merk hullene og bor dem med en mindre diameter enn festeboltene. Dette gjør at boltene kan bite i lokket.
5. Bor hullet for at ledningene skal gå gjennom hele veien. Jeg laget et 5 mm hull for mitt som var akkurat passe stor. På dette stadiet er det også en god idé å merke og bore det samme hullet i lokket.
6. Nå kan du legge ut komponenter på PCB og begynne lodding. Start med topptekstene til ESP8266.
7. Med ESP8266 -hodene på plass vet du nå hvor pinnene står opp, så du kan nå kutte noen ledninger for å koble sensorene dine. Når du gjør dette, må du kontrollere at de er lengre enn du trenger, siden du kan trimme dem ned senere. Disse ledningene bør være for all din kraft + og -, samt datalinjene. Jeg har også fargekodet disse, så jeg visste hva som var hva.
8. Lodd deretter alle ledningene du trenger for brettet i henhold til kretsdiagrammet, og skyv dem gjennom hullet på kretskortet som er klar for montering på lokket og tilkobling til sensorene dine.
9. Sist må du koble til strømforsyningen. Jeg la til en liten kontakt (ikke på bilder) for dette. Men du kan også lodde den direkte.

Det er det for PCB -forsamlingen! Det er for det meste mekaniske forslag, da det vil være opp til deg å legge ut kretskortet som passer til lokket ditt. På dette stadiet må du ikke montere kretskortet på lokket, da vi må montere sensoren på undersiden i neste trinn.

Trinn 4: Lag lokket

På tide å montere sensorene og lysene på lokket! Hvis du fulgte det siste trinnet, bør du ha et lokk med alle PCB -monteringshullene og et stort hull for sensortråden å gå gjennom. Hvis du gjør det, kan du nå sette opp lys og sensorer slik du vil ha det. På samme måte som det siste trinnet, vil metoden du bruker sannsynligvis være litt annerledes, men her er en liste over trinn for å hjelpe deg med å legge lokket ditt

Forsiktig: Datalinjene til neopikslene har en retning. Vær oppmerksom på input og output for hvert lys ved å lete etter pilene på PCB. Sørg for at data alltid går fra output til input.

1. Start med å plassere lysene og temperatursensoren på lokket for å se hvor du vil passe dem. Jeg foreslår at du holder temperatursensoren borte fra lysene, da de vil avgi litt varme. Men bortsett fra det er oppsettet helt opp til deg.
2. Med alt lagt ut, kan du kutte litt ledning for å koble lysene sammen. Jeg gjorde dette ved å kutte en prøvebit og bruke den som en guide for å kutte resten.
3. Deretter brukte jeg noen blå-tak for å holde nede lysene og loddet ledningene til dem ved hjelp av putene på sidene av florabrettene. Vær oppmerksom på dataene til lysene.
4. Jeg fjernet deretter blå-taket fra lysene og brukte varmt lim for å feste dem til lokket sammen med temperatursensoren på stedet jeg var fornøyd med.
5. Ta deg nå kretskortet og fest det til lokket der du boret og banket på hull tidligere. Skyv ledningene gjennom det store hullet, klar til å kobles til sensorene.
6. Deretter loddes hver av ledningene til de riktige sensorene etter kretsdiagrammet som ble gitt i forrige trinn.
7. Siden jordsensoren ikke er montert på lokket, må du sørge for at ledningene er lenge nok til at den kan plantes i jorda. Når den er kuttet ned, loddes på jordsensoren din.

Gratulerer, du bør nå ha et ferdig montert sensorbasert lokk komplett med temperatur-, fuktighets- og jordfuktighetssensorer. I senere trinn vil du se jeg har lagt til en 3D -trykt lue av treharpiks som også dekker ESP8266. Jeg har ikke beskrevet hvordan du lager dette fordi den endelige formen og størrelsen på terrariet ditt sannsynligvis vil variere og ikke alle har tilgang til en 3D -skriver. Men jeg vil påpeke det, så det fungerer som en ide om hvordan du kanskje vil fullføre prosjektet ditt!

Trinn 5: Koding av ESP8266 med Arduino

Med det sensor-fiedede lokket ditt klart til å gå, er det på tide å sette smarts inn i det. For å gjøre dette trenger du Arduino -miljøet med ESP8266 -kortene installert. Dette er fint og enkelt å komme i gang takket være det flotte fellesskapet bak.

For dette trinnet foreslår jeg at du ikke har ESP8266 koblet til PCB, slik at du kan feilsøke eventuelle problemer med opplasting og kjøring av den først. Når ESP8266 fungerer og er koblet til WiFi for første gang, foreslår jeg at du kobler den til PCB.

Sett opp Arduino -miljøet:

Først trenger du Arduino -miljøet som kan lastes ned herfra for de fleste operativsystemer. Følg installasjonsinstruksjonene og vent til den er ferdig. Etter at det er gjort, åpner du det, og vi kan legge til ESP8266 -kortene ved å følge de store trinnene på det offisielle GitHub -depotet her.

Når det er lagt til, må du velge brettetype og blitsstørrelse for at dette prosjektet skal fungere. I menyen "verktøy"-> "brett" må du velge "NodeMCU 1.0" -modulen, og i alternativene for Flash-størrelse må du velge "4M (1M SPIFFS)".

Legge til bibliotekene

Det er her de fleste blir rastløse når de prøver å replikere noens prosjekt. Biblioteker er vanskelige, og de fleste prosjekter er avhengige av at en bestemt versjon skal installeres for å fungere. Selv om Arduino -miljøet delvis tar opp dette problemet, er det vanligvis kilden til kompileringstidsproblemer funnet av nye nybegynnere. Dette problemet løses ved at andre språk og miljøer bruker noe som kalles "emballasje", men Arduino -miljøet støtter ikke dette … teknisk.

For personer med en helt ny installasjon av Arduino -miljøet, kan du hoppe over dette, men for andre som vil vite hvordan de skal sørge for at ethvert prosjekt de lager med Arduino -miljøet, vil fungere (forutsatt at det ikke er i boksen til å begynne med) Du får til dette. Arbeidet rundt er avhengig av at du oppretter en ny mappe hvor du vil og dirigerer "Skissebok" -posisjonen din i "fil"-> "preferanser" -menyen. Rett øverst der det står skissebokplassering, klikker du Bla gjennom og navigerer til den nye mappen.

Etter at du har gjort dette, har du ingen biblioteker installert her, som lar deg legge til noen du vil ha uten de du hadde installert før. Dette betyr at for et bestemt prosjekt som dette, kan du legge til bibliotekene som følger med GitHub -depotet mitt og ikke ha sammenstøt med andre du kanskje har installert. Perfekt! Hvis du ønsker å gå tilbake til de gamle bibliotekene, er det bare å endre plassering av skissebok til den opprinnelige, så enkelt er det.

For å legge til bibliotekene for dette prosjektet må du laste ned zip -filen fra GitHub -depotet og installere alle bibliotekene i den inkluderte "biblioteker" -mappen. Disse er alle lagret som.zip -filer og kan installeres ved å følge trinnene som er foreslått på Arduino offisielle nettside for dette.

Endre de nødvendige variablene

Etter at du har lastet ned og installert alt, er det på tide å begynne å kompilere og laste opp koden til brettet. Så med det nedlastede depotet, bør det også være en mappe som heter "IoT-Terrarium" med en haug med.ino-filer i. Åpne hovedfilen kalt "IoT-Terrarium.ino" og rull ned til hovedvariablene i skissen nær toppen.

Her må du endre et par viktige variabler for å matche det du har bygd. De første tingene du må legge til, er WiFi -legitimasjonen din til skissen, slik at ESP8266 logger på WiFi så du får tilgang til den. Disse er store og små bokstaver, så vær forsiktig.

String SSID = "";

String Password = "";

Den neste er tidssonen du er i. Dette kan være et positivt eller negativt tall. For eksempel er Sydney +10;

#define UTC_OFFSET +10

Etter det er prøveperioden og mengden data enheten skal lagre. Antall prøver som samles inn må være lite nok til at mikrokontrolleren kan håndtere. Jeg har funnet ut at alt under 1024 er greit, noe større er ustabilt. Innsamlingsperioden er tiden mellom prøver i millisekunder.

Å multiplisere disse sammen gir deg hvor lenge dataene vil gå tilbake, standardene på henholdsvis 288 og 150000 (2,5 minutter) gir en tidsperiode på 12 timer. Endre disse for å passe til hvor langt tilbake du vil se.

#define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

I de foregående trinnene koblet jeg lysdiodene til pin D1 (pin 5) på ESP8266. Hvis du har endret dette eller har lagt til flere eller færre lysdioder, kan du endre dette på de to linjene;

#define NUM_LEDS 3 // Antall lysdioder du har koblet til

#define DATA_PIN 5 // Pinnen som LED -datalinjen er på

Det siste du må endre er DHT11 -innstillingene. Bare endre pinnen den er koblet til og typen hvis du ikke har brukt DHT11;

#define DHT_PIN 4 // Datapinnen du har koblet DHT -sensoren til

#define DHTTYPE DHT11 // Uncomment this when using the DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Uncomment this when using the DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Uncomment this when using the DHT21

Kompiler og last opp

Etter å ha endret alt du trenger, kan du fortsette og kompilere skissen. Hvis alt er bra, bør det kompilere og gi ingen feil nederst på skjermen. Hvis du blir sittende fast kan du kommentere nedenfor, så burde jeg være i stand til å hjelpe. Fortsett og koble ESP8266 med en USB -kabel til datamaskinen og trykk på Last opp. Når det er gjort, skal det starte og koble til WiFi. Det er også noen meldinger i den serielle skjermen for å fortelle deg hva den gjør. Android -brukere bør ta hensyn til IP -adressen den oppgir, da du må kjenne den.

Det er det! Du har lastet opp koden. Nå for å stikke lokket på terrariet og se hva sensorene har å si.

Trinn 6: Det endelige produktet

Når alt er satt sammen, stikk jordsensoren inn i jorden slik at de to tappene dekkes. Deretter er det bare å lukke lokket, koble til strømforsyningen og slå på! Du kan nå navigere til websiden til EPS8266 hvis du er på samme WiFi -nettverk som det. Dette kan gjøres ved å gå til IP -adressen, eller ved å bruke mDNS på; https://IoT-Terrarium.local/ (Foreløpig notat støttet av Android, sukk)

Nettstedet er der for å vise deg alle dataene du samler inn og for å sjekke helsetilstanden til plantene dine. Du kan nå se all statistikk fra alle sensorene dine, og viktigst av alt slå på LED -lampene for et unikt lite nattlys, fantastisk!

Du kan også lagre siden på startskjermen på enten iOS eller Android, slik at den fungerer som en app. Bare sørg for å være på samme WiFi -nettverk som ESP8266 når du klikker på det.

Det er det for dette prosjektet, hvis du har kommentarer eller spørsmål, legg dem i kommentarene. Takk for at du leser og liker å lage!