Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Et av hovedmålene med dette prosjektet var å kunne opprettholde en hages trivsel ved hjelp av tingenes internett (IoT). Med allsidigheten til de nåværende verktøyene og programvaren, er vår planter integrert med sensorer som overvåker anleggets sanntidsstatus. Vi bygde en smarttelefon -app som lar oss få tilgang til dataene og gjøre nødvendige tiltak om nødvendig.

Utformingen av vår planter er skalerbar, rimelig og enkel å bygge, noe som gjør den til det perfekte alternativet for å legge grønt til terrassen eller bakgården. Den smarte hagen har vist seg å være mer effektiv i vannforbruk og letter vedlikehold og overvåking.

Følg med for å lære hvordan du lager din egen database og app, ved å lage en hage som kan overvåkes med et klikk på en knapp!

Trinn 1: Oversikt over IOT -systemet

Iot -systemet fungerer gjennom følgende prosesser. En Raspberry Pi brukes til å formidle nyttig informasjon om hagen, for eksempel lysstyrke, fuktighet og fuktighetsinnhold i jorda fra forskjellige sensorer til en skydatabase. Når informasjonen er i skyen, kan den nås fra hvor som helst ved hjelp av en smarttelefon -app som vi bygde. Denne prosessen er også reversibel, brukeren kan sende instruksjoner, for eksempel tilstanden til vannpumpen, tilbake til hagen som vil utføre de nødvendige kommandoene.

Følgende er noen av hovedtrekkene i hagen vår:

Sanntids tilbakemelding på hagenes forskjellige sensorer

Database over hagenes helsetilstand

Global overvåking og driftskapasitet

Dryppvanningssystem

App -kontrollert vannsystem

Automatiske vanningsplaner

Vi bestemte oss for å bruke Googles Firebase som mellommann for vårt IOT -system, for å lage vår egen gratis skydatabase. Vi brukte deretter MITs App Inventor til å lage en smarttelefonapplikasjon som er kompatibel med Firebase -databasen og Raspberry Pi. Den kan også kommunisere med databasen ved hjelp av et gratis Python -bibliotek.

Trinn 2: Nødvendige materialer:

Materialene som trengs for å lage iot -planter kan enkelt finnes i lokale eller nettbutikker. Følgende liste er en beskrivelse av alle delene som trengs.

MASKIN:

1 "furutreplank - dimensjoner; 300cm x 10cm (ettersom treet vil være utendørs, vil vi anbefale behandlet tre)

1/4 "kryssfiner - dimensjoner; 120 cm x 80 cm

Presenningsark - dimensjoner; 180 cm x 275 cm

PVC -rør - dimensjoner; lengde 30 cm, diameter 2 cm

Kirurgisk rør - dimensjoner; 250 cm

Albue ledd x 2

Treskrue x 30

ELEKTRONIKK:

Rasberry Pi3 modell B

Grove Pi + sensorskjerm

12V magnetventil

Fuktighets- og temperatursensor (dht11)

Fuktighetssensor

Lysstyrkesensor

Relémodul

12V strømforsyning

Den totale kostnaden for dette prosjektet er omtrent 50 dollar

Trinn 3: 3D -trykte deler

Ulike komponenter som måtte tilpasses for dette prosjektet ble laget ved hjelp av 3d -utskrift. Følgende liste inneholder den komplette listen over deler og deres utskriftsspesifikasjoner. Alle STL -filene finnes i en mappe vedlagt ovenfor, slik at en kan gjøre de nødvendige endringene om nødvendig.

Rørledd x 1, 30% utfylling

Dyseadapter x 3, 30% utfylling

Rørplugg x 3, 10% fylling

Krok x 2, 30% fylling

Sensorfeste x 1, 20% utfylling

Ventiladapter x 1, 20% utfylling

Kabeldeksel x 1, 20% utfylling

Vi brukte Creality Ender 3 til å skrive ut delene, som tok rundt 8 timer for de 12 delene.

Trinn 4: Planene

Den ene er ikke begrenset til dimensjonene vi valgte å lage vår planter, men vedlagt ovenfor er alle detaljene som kreves for å lage prosjektet. I de følgende trinnene kan du se disse bildene for å kutte treet.

Trinn 5: Bygg sidene

For å holde plantene bestemte vi oss for å lage en planterstruktur av tre. De indre dimensjonene til boksen vår er 70 cm x 50 cm med en høyde på 10 cm. Vi brukte furutreplanker for å bygge sidene.

Ved hjelp av en sirkelsag kuttet vi de fire delene i lengde (dimensjoner festet ovenfor). Vi boret pilothull på de merkede stedene og forsinket hullene slik at skruehodene satt i flukt. Når det var gjort, kjørte vi i 8 treskruer mens vi sørget for at sidene var firkantede som sikret rammen.

Trinn 6: Montering av bunnpanelet

For å lage bunnpanelet kutter vi et rektangulært stykke 5 mm kryssfiner, som vi deretter skrudde på plass til sidekarmen. Sørg for at hullene er nedsenket slik at skruene er i flukt med basen. De nødvendige dimensjonene finner du vedlagt ovenfor.

Trinn 7: Hull for røret

Plantemaskinen vår er laget for tre rader med planter. Derfor for dryppvanningssystemet må den ene siden holde rørene for vanninntaket.

Start med å måle diameteren på kontaktene og trekk dem ut like langt på kortsiden av rammen. Siden vi ikke hadde en forstnerbit, boret vi et 10 mm hull og utvidet det deretter med et stikksag. For å glatte ut de grove kantene kan man bruke en Dremel til kontaktene passer.

Trinn 8: Koble til vannrørene

For å koble sammen skjøtene, kutt bare to stykker PVC -rør 12 cm langt. Tørrmonter settet for å sjekke om alt passer godt.

Skyv deretter inn den 3d -trykte skjøten i det sentrale hullet og de to PVC -albuekontaktene på de motsatte endene til de er i flukt. Fest panelet tilbake til rammen og lokk kontaktene fra innsiden med 3d -trykte adaptere. Alle tilkoblinger er friksjonspassede og bør være vanntette, hvis ikke, kan man forsegle skjøtene med varmt lim eller teflonbånd

Trinn 9: Magnetventil

For å kontrollere vannstrømmen til dryppvanningssystemet brukte vi en magnetventil. Ventilen fungerer som en port som åpnes når et elektrisk signal sendes, noe som gjør den kontrollerbar automatisk. For å innlemme det, festet vi den ene enden til vannkilden og den andre til planterens vanninnløpsrør ved hjelp av en mellomliggende adapter. Det er viktig å koble ventilen i riktig retning som vanligvis er merket som "IN" for vanninntaket (en kran) og "OUT" for vannytelsen (plantemaskinen).

Trinn 10: Koble til elektronikken

Nedenfor er en tabell med de forskjellige modulene og sensorene med sine respektive porter på grovepi+ skjoldet.

• Temperatur- og fuktighetssensor ==> port D4
• Relemodul ==> port D3
• Fuktighetssensor ==> port A1
• Lyssensor ==> port A0

Bruk koblingsskjemaet som er vedlagt ovenfor som referanse.

Trinn 11: Sensorrom

Vi bygde en kammerboks som inneholdt all elektronikken med kryssfiner. Vi kuttet treverket i henhold til utformingen av elektronikken og limte bitene sammen. Når limet hadde tørket, monterte vi strømforsyningen og Raspberry Pi i kammeret og førte ledningene til sensorene gjennom et spor. For å dekke sporene presset vi inn trykte omslag for å tette eventuelle hull.

Sensorfeste har hull for å feste pinner som du kan montere sensorene på. Fest lysstyrke- og fuktighetssensoren på toppen og fuktighetssensoren på det justerbare sporet. For å gjøre kassen lett å fjerne, skrudde vi 3D -trykte kroker og sensorfeste som gjorde at boksen kunne festes på hovedstrukturen. På denne måten kan den elektroniske og iot -systemenheten enkelt integreres i alle planter.

Trinn 12: Opprette databasen

Det første trinnet er å lage en database for systemet. Klikk på følgende lenke (Google firebase), som leder deg til Firebase -nettstedet (du må logge deg på med Google -kontoen din). Klikk på "Kom i gang" -knappen som tar deg til brannbase -konsollen. Lag deretter et nytt prosjekt ved å klikke på "Legg til prosjekt" -knappen, fyll ut kravene (navn, detaljer osv.) Og fullfør ved å klikke på "Opprett prosjekt" -knappen.

Vi trenger bare Firebases databaseverktøy, så velg "database" fra menyen til venstre. Klikk deretter på "Opprett database" -knappen, velg alternativet "testmodus" og klikk på "aktiver". Sett deretter databasen til en "sanntidsdatabase" i stedet for "skyfirestore" ved å klikke på rullegardinmenyen øverst. Velg kategorien "regler" og endre de to "usanne" til "sanne", klikk til slutt på "data" -fanen og kopier databasens URL. Dette vil bli påkrevd senere.

Det siste du må gjøre er å klikke på tannhjulikonet ved siden av prosjektoversikten, deretter på "prosjektinnstillinger", deretter velge "tjenestekontoer" -fanen, til slutt klikke på "Database Secrets" og notere sikkerhetskoden av databasen din. Når dette trinnet er fullført, har du opprettet din skydatabase som du kan få tilgang til fra smarttelefonen og fra Raspberry Pi. (Bruk bildene vedlagt ovenfor ved tvil, eller bare legg igjen et spørsmål eller en kommentar i kommentarfeltet)

Trinn 13: Konfigurere appen

Den neste delen av IoT -systemet er smarttelefonprogrammet. Vi bestemte oss for å bruke MIT App Inventor til å lage vår egen tilpassede app. For å bruke appen vi opprettet, åpner du først følgende lenke (MIT App Inventor), som leder deg til nettsiden deres. Klikk deretter på "opprett apper" øverst på skjermen og logg på med Google -kontoen din.

Last ned.aia -filen som er koblet nedenfor. Åpne kategorien "prosjekter" og klikk på "Importer prosjekt (.aia) fra datamaskinen min". Velg deretter filen du nettopp lastet ned, og klikk "ok". I komponentvinduet blar du helt ned til du ser "FirebaseDB1", klikker på den og endrer "FirebaseToken", "FirebaseURL" til verdiene du hadde notert i forrige trinn.

Når disse trinnene er fullført, er du klar til å laste ned og installere appen. Du kan laste ned appen direkte til telefonen din ved å klikke på "Bygg" -fanen og klikke på "App (oppgi QR -kode for.apk)" og deretter skanne QR -koden med smarttelefonen eller klikke på "App (lagre. Apk til min datamaskin) "vil du laste ned apk -filen til datamaskinen din, som du må flytte til smarttelefonen for å installere den.

Trinn 14: Programmering av Raspberry Pi

Raspberry Pi må blinker med den nyeste versjonen av Raspbian (Raspbian). Hvis du planlegger å bruke GrovePi+ -skjoldet som vi gjorde, blinker du Raspberry Pi med den siste versjonen av "Raspbian for Robots" i stedet (Raspbian for Robots). Når du har blinket Raspberry Pi, må du installere et ekstra python -bibliotek. Åpne terminalen og lim inn følgende kommandoer:

1. sudo pip installasjonsforespørsler == 1.1.0
2. sudo pip installer python-firebase

Når det er gjort, last ned filen vedlagt nedenfor og lagre den i en katalog på Raspberry Pi. Åpne filen og bla ned til linje 32. På denne linjen erstatter du delen som sier "lim inn URL -en din her" med databasens URL -adresse som du hadde notert tidligere. Sørg for å lime inn URL -en mellom "s'ene. Med dette er du ferdig, åpner terminalen og kjører python -skriptet ved hjelp av "python" -kommandoen.

Trinn 15: Bruke appen

Grensesnittet til appen vår er ganske selvforklarende. De fire øverste boksene viser sanntidsverdier for lysstyrke, temperatur, fuktighet og jordens fuktighetsinnhold i prosent. Disse verdiene kan oppdateres ved å klikke på "få verdier" -knappen som instruerer Raspberry Pi i å oppdatere skydatabasen etterfulgt av "oppdater" -knappen som oppdaterer skjermen når databasen er oppdatert.

Den nedre delen av skjermen er for dryppvanningssystemet. "På" -knappen slår på vannpumpen mens "av" -knappen slår den av. "Auto" -knappen bruker de forskjellige sensorverdiene til å beregne det nøyaktige vannet som trengs daglig og vanner plantene to ganger daglig klokken 8.00 og 16.00.

Trinn 16: Presenningsliner

Ettersom jordens fuktighet kan rote veden over tid, kuttet vi ned et presenningsark i størrelse og foret det på innsiden av plantemaskinen. Sørg for å trekke den over sidene og deretter til slutt holde den på plass med litt lim. Når det var gjort, fylte vi inn jord som vi fikk fra en lokal gård. Spred jorda jevnt til toppen og legg deretter inn de tre radene i dryppvanningsrøret.

På hjørnet nær vannrørene passer elektronikkboksen og legger fuktighetssensoren ned i jorden. Disse gjør ledningsjobben enklere ettersom magnetventilen er i nærheten av elektronikken og lett kan kobles til.

Trinn 17: Drypp vanningssystem

Skjær tre biter av det kirurgiske røret som strekker seg langs plantens lengde (ca. 70 cm). Dette vil fungere som den viktigste drypplinjen for plantene. Planlegg derfor den nødvendige avstanden mellom plantene og bor et 1 mm hull og intervallene. Test om vannet drypper lett og forstør hullene om nødvendig. Bruk de tre pluggene til å lukke endene, og pass på at vannet bare kommer ut av drypphullene.

Legg rørene litt inn i jorden og du er klar til å vanne plantene dine!

Trinn 18: Plantingsresultater

Bildene ovenfor er resultatene av iot -hagen som jobbet i en måned. Plantene er sunne og vi klarte å dyrke urter som mynte og koriander.

Gjennom eksperimentering har vi lagt merke til at auto-modus sparer nær 12% vann per dag. Når plantene vannes gjennom dryppvanning, vokser røttene rett og gir mer plass til å dyrke flere planter i plantemaskinen. Den eneste ulempen vi observerte var at de større plantene trenger mer jorddybde. Når det er sagt på grunn av den modulære konstruksjonen, kan man enkelt legge til en dypere base til deres krav.

For å konkludere, gjør dette systemet ikke bare hagen din mer effektiv, men sikrer også plantens velvære, ettersom tilbakemeldinger i sanntid gir en robust metode for å gi riktig mengde vann og sollys. Vi håper at det instruerbare var nyttig, og at det vil hjelpe deg med å vokse din egen iot -hage.

Glad i å lage!

Førstepremie i IoT Challenge