Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Այս նախագծի առաջնային նպատակներից մեկն այն էր, որ կարողանայի պահպանել այգու բարեկեցությունը ՝ օգտագործելով բաների ինտերնետի (IoT) հզորությունը: Ներկայիս գործիքների և ծրագրակազմի բազմակողմանիությամբ մեր տնկիչը ինտեգրված է սենսորներով, որոնք վերահսկում են բույսերի իրական ժամանակի վիճակը: Մենք կառուցեցինք սմարթֆոնների ծրագիր, որը թույլ է տալիս մուտք գործել տվյալներ և անհրաժեշտության դեպքում ձեռնարկել անհրաժեշտ գործողությունները:

Մեր տնկիչի դիզայնը մասշտաբային է, էժան և հեշտ է կառուցվել, ինչը դարձնում է կատարյալ տարբերակ `կանաչապատում ձեր տեռասին կամ բակում: Խելացի այգին ապացուցել է, որ ավելի արդյունավետ է ջրի սպառման մեջ և հեշտացնում է սպասարկումն ու մոնիտորինգը:

Հետևեք ՝ սովորելու համար, թե ինչպես ստեղծել ձեր սեփական տվյալների բազան և ծրագիրը ՝ ստեղծելով այգի, որը կարող է վերահսկվել կոճակի կտտոցով:

Քայլ 1: IOT համակարգի ակնարկ

Iot համակարգը գործում է հետևյալ գործընթացների միջոցով. Ազնվամորու Pi- ն օգտագործվում է այգու օգտակար տեղեկությունները փոխանցելու համար, ինչպիսիք են լուսավորությունը, խոնավությունը և խոնավության պարունակությունը հողի մեջ տարբեր սենսորներից ամպի տվյալների բազայում: Երբ տեղեկատվությունը ամպի մեջ է, այն կարող է հասանելի լինել ցանկացած վայրից ՝ օգտագործելով մեր ստեղծած սմարթֆոնի ծրագիրը: Այս գործընթացը նույնպես շրջելի է, օգտվողը կարող է հրահանգներ ուղարկել, ինչպիսիք են ջրի պոմպի վիճակը, վերադառնալ այգի, որը կկատարի անհրաժեշտ հրամանները:

Ստորև բերված են մեր պարտեզի որոշ հիմնական հատկանիշներ.

Այգու տարբեր սենսորների իրական ժամանակի հետադարձ կապ

Այգու առողջական վիճակի տվյալների շտեմարան

Գլոբալ մոնիտորինգի և գործառնական կարողություններ

Կաթիլային ոռոգման համակարգ

Appրագրով վերահսկվող ջրի համակարգ

Waterրելու ավտոմատ ժամանակացույցեր

Մենք որոշեցինք օգտագործել Google- ի Firebase- ը ՝ որպես մեր IOT համակարգի միջնորդ, մեր սեփական անվճար ամպային տվյալների բազա ստեղծելու համար: Այնուհետեւ մենք օգտագործեցինք MIT- ի App Inventor- ը `սմարթֆոնների ծրագիր ստեղծելու համար, որը համատեղելի է Firebase տվյալների բազայի և Raspberry Pi- ի հետ: Այն կարող է նաև տվյալների բազայի հետ հաղորդակցվել անվճար Python գրադարանի օգնությամբ:

Քայլ 2: Անհրաժեշտ նյութեր

Iot տնկարան պատրաստելու համար անհրաժեշտ նյութերը կարելի է հեշտությամբ գտնել տեղական կամ առցանց խանութներում: Հետևյալ ցուցակը բոլոր անհրաժեշտ մասերի նկարագրությունն է:

HARDWARE:

1 "Pine Wood տախտակ - չափսեր. 300 սմ x 10 սմ (քանի որ փայտը լինելու է բացօթյա, խորհուրդ կտանք մշակված փայտ)

1/4 "Նրբատախտակ` չափսեր; 120 սմ 80 սմ

Բրեզենտե թերթ - չափսեր; 180 x 275 սմ

PVC խողովակ - չափսեր; երկարությունը 30 սմ, դի 2 սմ

Վիրաբուժական խողովակ - չափեր; 250 սմ

Անկյունի համատեղ x 2

Փայտե պտուտակ x 30

ELECTRONICS:

Rasberry Pi3 մոդել B

Grove Pi + ցուցիչ վահան

12 Վ էլեկտրամագնիսական փական

Խոնավության և ջերմաստիճանի տվիչ (dht11)

Խոնավության ցուցիչ

Լուսավորության սենսոր

Ռելեի մոդուլ

12 Վ էլեկտրամատակարարում

Այս ծրագրի ընդհանուր արժեքը մոտավորապես 50 ԱՄՆ դոլար է

Քայլ 3: 3D տպագիր մասեր

Տարբեր բաղադրիչներ, որոնք պետք է հարմարեցվեին այս նախագծին, պատրաստվեցին 3D տպագրության միջոցով: Հետևյալ ցուցակը պարունակում է մասերի ամբողջական ցուցակը և դրանց տպագրության բնութագրերը: Բոլոր STL ֆայլերը տրամադրվում են վերը կցված թղթապանակում, որը թույլ է տալիս անհրաժեշտության դեպքում կատարել անհրաժեշտ փոփոխությունները:

Խողովակների միացում x 1, 30% լցնում

Nozzle Adapter x 3, 30% լցնում

Tube Plug x 3, 10% լցնում

Կեռիկ x 2, 30% լցնում

Սենսորային լեռ x 1, 20% լցնում

Փականի ադապտեր x 1, 20% լցնում

Հաղորդալարերի ծածկը x 1, 20% լցնում

Մասերը տպելու համար մենք օգտագործեցինք մեր Creality Ender 3 -ը, որը 12 մասի համար տևեց մոտ 8 ժամ:

Քայլ 4: sրագրեր

Մեկը չի սահմանափակվում այն չափսերով, որոնք մենք ընտրել ենք մեր տնկարկը պատրաստելու համար, բայց վերևում կցված են նախագիծը պատրաստելու համար անհրաժեշտ բոլոր մանրամասները: Հետևյալ քայլերում կարելի է անդրադառնալ այս պատկերներին `փայտը կտրելու համար:

Քայլ 5: Կողմերի կառուցում

Բույսերը պահելու համար մենք որոշեցինք փայտից պատրաստել տնկարանային կառույց: Մեր տուփի ներքին չափսերն են 70 սմ 50 սմ և 10 սմ բարձրություն: Կողքերը կառուցելու համար մենք օգտագործում էինք սոճու փայտից պատրաստված տախտակներ:

Շրջանաձև սղոցի օգնությամբ մենք չորս կտորները կտրեցինք երկարությամբ (չափերը կցված են վերևում): Նշված վայրերում մենք փորձնական անցքեր ենք հորատում և հակափոսերը բացում ենք այնպես, որ պտուտակների գլուխները նստած լինեն: Ավարտելուց հետո մենք 8 փայտե պտուտակներով քշեցինք, միևնույն ժամանակ համոզվելով, որ կողմերը քառակուսի էին, որոնք ամրացնում էին շրջանակը:

Քայլ 6: Ներքեւի վահանակի տեղադրում

Ներքևի վահանակը պատրաստելու համար մենք կտրեցինք 5 մմ նրբատախտակի ուղղանկյուն կտոր, որը այնուհետև տեղում ամրացրեցինք կողային շրջանակին: Համոզվեք, որ անցքերը հակահարված են այնպես, որ պտուտակները հարթ լինեն հիմքի հետ: Անհրաժեշտ չափերը կարելի է գտնել վերևում:

Քայլ 7: Խողովակների անցքեր

Մեր տնկիչը պատրաստված է երեք շարքով բույսեր տեղավորելու համար: Հետևաբար, կաթիլային ոռոգման համակարգի համար մի կողմը պետք է անցկացնի ջրի մուտքի խողովակները:

Սկսեք չափելով միակցիչների տրամագիծը և դրանք հավասարաչափ հեռացրեք շրջանակի ավելի կարճ կողմում: Քանի որ մենք չունեինք ավելի փոքր կտոր, մենք 10 մմ անցք բացեցինք, այնուհետև այն լայնացրեցինք ոլորահատ սղոցով: Կոշտ եզրերը հարթելու համար կարելի է օգտագործել Dremel- ը մինչև միակցիչները տեղավորվեն:

Քայլ 8: Pրատար խողովակների միացում

Հոդերը միացնելու համար պարզապես կտրեք 12 սմ երկարությամբ PVC խողովակի երկու կտոր: Չորացրեք տեղավորումը `ստուգելու համար, թե արդյոք ամեն ինչ սազում է:

Այնուհետև ներս մղեք կենտրոնական անցքի 3 -րդ տպված հանգույցը և երկու PVC արմունկային միակցիչները հակառակ ծայրերում մինչև դրանք հարթվեն: Տեղադրեք վահանակը շրջանակին և ներսից միացրեք միակցիչները ՝ 3d տպված ադապտերներով: Բոլոր կապերը շփման մեջ տեղավորվում են և պետք է լինեն անջրանցիկ, եթե ոչ, կարելի է հոդերը կնքել տաք սոսինձով կամ տեֆլոնային ժապավենով

Քայլ 9: Էլեկտրամագնիսական փական

Կաթիլային ոռոգման համակարգ ջրի հոսքը վերահսկելու համար մենք օգտագործեցինք էլեկտրամագնիսական փական: Փականը գործում է որպես դարպաս, որը բացվում է, երբ էլեկտրական ազդանշան է ուղարկվում ՝ այն ինքնաբերաբար վերահսկելի դարձնելով: Այն ներառելու համար մենք մի ծայրը ամրացրեցինք ջրի աղբյուրին, իսկ մյուսը `տնկիչի ջրատար խողովակին` օգտագործելով միջնորդի ադապտեր: Կարևոր է միացնել փականը ճիշտ կողմնորոշման մեջ, որը ընդհանուր առմամբ պիտակավորված է որպես «IN» ջրի մուտքի համար (ծորակ) և «OUT» ՝ ջրի ելքի համար (տնկիչ):

Քայլ 10: Էլեկտրոնիկայի միացում

Ստորև բերված է սեղան ՝ տարբեր մոդուլներով և տվիչներով ՝ իրենց համապատասխան նավահանգիստներով ՝ grovepi+ վահանի վրա:

• Peratերմաստիճանի եւ խոնավության տվիչ ==> նավահանգիստ D4
• Ռելեի մոդուլ ==> նավահանգիստ D3
• Խոնավության ցուցիչ ==> նավահանգիստ A1
• Լույսի ցուցիչ ==> նավահանգիստ A0

Որպես հղում օգտագործեք վերևում ամրացված էլեկտրագծերի դիագրամը:

Քայլ 11: Սենսորների խցիկ

Մենք կառուցեցինք կուպե տուփ, որը պահում էր ամբողջ էլեկտրոնիկան ՝ մնացած նրբատախտակով: Մենք փայտը կտրեցինք ըստ էլեկտրոնիկայի դասավորության և կտորները սոսնձեցինք: Երբ սոսինձը չորացավ, մենք էլեկտրամատակարարումը և Raspberry Pi- ն տեղադրեցինք խցիկի տուփի մեջ ՝ սենսորների լարերը սնուցելով անցքի միջոցով: Theածկոցները ծածկելու համար մենք հրում էինք տպագիր շապիկների մեջ `ցանկացած բացը փակելու համար:

Sensor Mount- ն ունի անցքեր, որոնք ամրացնում են մեխերը, որոնց վրա կարող եք տեղադրել սենսորները: Կցեք լուսավորության և խոնավության տվիչը վերևում, իսկ խոնավության տվիչը ՝ կարգավորվող անցքի վրա: Խցիկի տուփը հեշտությամբ շարժական դարձնելու համար մենք պտուտակեցինք 3D տպված կեռիկներ և սենսորների ամրացում, ինչը թույլ տվեց տուփը սեղմել հիմնական կառուցվածքի վրա: Այս կերպ, էլեկտրոնային և iot համակարգի միավորը կարող է հեշտությամբ ինտեգրվել ցանկացած տնկարկին:

Քայլ 12: Տվյալների բազայի ստեղծում

Առաջին քայլը համակարգի համար տվյալների բազայի ստեղծումն է: Կտտացրեք հետևյալ հղմանը (Google firebase), որը ձեզ կտանի դեպի Firebase կայք (դուք պետք է մուտք գործեք ձեր Google հաշիվ): Կտտացրեք «Սկսել» կոճակին, որը ձեզ կտանի դեպի firebase վահանակ: Այնուհետև ստեղծեք նոր նախագիծ ՝ կտտացնելով «Ավելացնել նախագիծ» կոճակին, լրացրեք պահանջները (անուն, մանրամասներ և այլն) և ավարտեք ՝ կտտացնելով «Ստեղծել նախագիծ» կոճակը:

Մենք պարզապես պահանջում ենք Firebase- ի տվյալների բազայի գործիքներ, ուստի ձախ կողմի ընտրացանկից ընտրեք «տվյալների բազա»: Հաջորդը կտտացրեք «Ստեղծել տվյալների բազա» կոճակին, ընտրեք «փորձարկման ռեժիմ» տարբերակը և կտտացրեք «միացնել»: Հաջորդը տվյալների բազան դարձրեք «իրական ժամանակի տվյալների շտեմարան» ՝ «ամպի կրակի պահեստի» փոխարեն ՝ սեղմելով վերևի բացվող ընտրացանկի վրա: Ընտրեք «կանոններ» ներդիրը և երկու «կեղծ» -ը փոխեք «ճշմարիտ» -ի, վերջապես կտտացրեք «տվյալներ» ներդիրին և պատճենեք տվյալների բազայի հասցեն, դա հետագայում կպահանջվի:

Վերջին բանը, որ դուք պետք է անեք, սեղմել ծրագրի ակնարկին կից հանդերձանքի պատկերակին, այնուհետև «ծրագրի կարգավորումներ», այնուհետև ընտրել «ծառայության հաշիվներ» ներդիրը, վերջապես ՝ «Տվյալների բազայի գաղտնիքները» և նշել անվտանգության կոդը ձեր տվյալների բազայից: Այս քայլն ավարտելով ՝ դուք հաջողությամբ ստեղծեցիք ձեր ամպային տվյալների բազան, որը հասանելի կլինի ձեր սմարթֆոնից և Raspberry Pi- ից: (Որոշ կասկածների դեպքում օգտագործեք վերը կցված նկարները, կամ պարզապես մեկնաբանություն բաժնում թողեք հարց կամ մեկնաբանություն)

Քայլ 13: Հավելվածի կարգավորում

IoT համակարգի հաջորդ մասը սմարթֆոնների հավելվածն է: Մենք որոշեցինք օգտագործել MIT հավելվածի գյուտարարը `մեր սեփական հարմարեցված ծրագիրը պատրաստելու համար: Մեր ստեղծած հավելվածից օգտվելու համար նախ բացեք հետևյալ հղումը (MIT App Inventor), որը ձեզ կտանի դեպի իրենց վեբ էջ: Հաջորդը կտտացրեք «ստեղծել ծրագրեր» ՝ էկրանի վերևում և մուտք գործեք ձեր Google հաշիվ:

Ներբեռնեք.aia ֆայլը, որը ստորև հղված է: Բացեք «նախագծեր» ներդիրը և կտտացրեք «Իմ համակարգչից նախագիծ ներմուծել (.aia)», այնուհետև ընտրեք այն ֆայլը, որը դուք պարզապես ներբեռնել եք և կտտացրեք «լավ»: Բաղադրիչների պատուհանում ոլորեք բոլորը ներքև, մինչև տեսնեք «FirebaseDB1», կտտացրեք դրա վրա և փոփոխեք «FirebaseToken», «FirebaseURL» այն արժեքները, որոնց մասին նախորդ քայլին նշում էիք պահել:

Այս քայլերն ավարտվելուց հետո պատրաստ եք ներբեռնել և տեղադրել ծրագիրը: Կարող եք ծրագիրը ներբեռնել անմիջապես ձեր հեռախոսի վրա ՝ կտտացնելով «Կառուցել» ներդիրին և կտտացնելով «Հավելված (տրամադրեք QR կոդ.apk- ի համար)», այնուհետև սմարթֆոնով սկանավորել QR կոդը կամ սեղմել «Հավելված (պահպանել.apk իմ համակարգչում)) Դուք ներբեռնելու եք apk ֆայլը ձեր համակարգչի վրա, որը տեղադրելու համար անհրաժեշտ է տեղափոխել սմարթֆոն:

Քայլ 14. pրագրավորում Raspberry Pi- ն

Raspberry Pi- ին անհրաժեշտ է շաղ տալ Raspbian- ի (Raspbian) վերջին տարբերակով: Եթե դուք պլանավորում եք օգտագործել GrovePi+ վահանը, ինչպես և մենք, ապա ձեր Raspberry Pi- ի փոխարեն նշեք «Raspbian for Robots» - ի վերջին տարբերակը (Raspbian for Robots): Ձեր Raspberry Pi- ի առկայծումից հետո ձեզ հարկավոր կլինի տեղադրել լրացուցիչ պիթոնների գրադարան: Բացեք տերմինալը և տեղադրեք հետևյալ հրամանները.

1. sudo pip տեղադրման հարցումներ == 1.1.0
2. sudo pip տեղադրել python-firebase

Երբ դա արվի, ներբեռնեք ստորև կցված ֆայլը և պահեք այն Raspberry Pi- ի գրացուցակում: Բացեք ֆայլը և ոլորեք ներքև ՝ դեպի տող 32: Այս տողում փոխարինեք այն հատվածը, որն ասում է «Տեղադրեք ձեր URL- ն այստեղ» ձեր տվյալների բազայի URL- ով, որը դուք նշել եք ավելի վաղ, համոզվեք, որ URL- ն տեղադրեք «» -ների միջև: Սրանով դուք ավարտված եք, բացեք տերմինալը և գործարկեք պիթոնի սցենարը ՝ օգտագործելով «պիթոն» հրամանը:

Քայլ 15: Օգտագործելով ծրագիրը

Մեր ծրագրի ինտերֆեյսը բավականին ինքնուրույն բացատրելի է: Առաջին չորս տուփերը ցուցադրում են իրական ժամանակում լուսավորության, ջերմաստիճանի, խոնավության և հողերի խոնավության պարունակությունը տոկոսներով: Այս արժեքները կարող են թարմացվել `կտտացնելով« ստանալ արժեքներ »կոճակին, որը հրահանգում է Raspberry Pi- ին թարմացնել ամպային տվյալների բազան, որին հաջորդում է« թարմացման »կոճակը, որը թարմացնում է էկրանը տվյալների բազայի թարմացումից հետո:

Էկրանի ստորին հատվածը կաթիլային ոռոգման համակարգի համար է: «Միացնել» կոճակը միացնում է ջրի պոմպը, մինչդեռ «անջատված» կոճակը այն անջատում է: «Ավտոմատ» կոճակը օգտագործում է սենսորների տարբեր արժեքներ ՝ օրական անհրաժեշտ ճշգրիտ ջուրը հաշվարկելու համար և բույսերը ջրում է օրական երկու անգամ առավոտյան 8 -ին և 16 -ին:

Քայլ 16. բրեզենտային ներդիր

Քանի որ հողի խոնավությունը կարող է ժամանակի ընթացքում փտել փայտը, մենք կտրեցինք բրեզենտե թերթիկը և չափեցինք այն տնկիչի ներքին մակերեսին: Համոզվեք, որ այն քաշեք կողքերից, իսկ հետո վերջապես մի փոքր սոսինձով պահեք այն տեղում: Ավարտելուց հետո մենք լցրեցինք հողը, որը ստացել էինք տեղական ֆերմայից: Հողը հավասարաչափ տարածեք մինչև գագաթը, այնուհետև տեղադրեք կաթիլային ոռոգման խողովակի երեք շարքերը:

Pipesրի խողովակների մոտ գտնվող անկյունում տեղադրվում է էլեկտրոնային տուփը և խոնավության տվիչը տեղադրվում է հողի մեջ: Դրանք հեշտացնում են էլեկտրագծերի աշխատանքը, քանի որ էլեկտրամագնիսական փականը մոտ է էլեկտրոնիկային և կարող է հեշտությամբ միացվել:

Քայլ 17: Կաթիլային ոռոգման համակարգ

Կտրեք երեք կտոր վիրաբուժական խողովակից, որը ձգվում է տնկիչի երկարությամբ (մոտ 70 սմ), որը գործելու է որպես բույսերի հիմնական կաթիլային գիծ: Հետևաբար, պլանավորեք բույսերի միջև անհրաժեշտ տարածությունը և 1 մմ անցք և ընդմիջումներ կատարեք: Փորձարկեք, թե արդյոք ջուրը հեշտությամբ կաթում է, և անհրաժեշտության դեպքում մեծացրեք անցքերը: Օգտագործեք երեք խրոցակներ ՝ ծայրերը փակելու համար, համոզվեք, որ ջուրը սահմանափակ է միայն կաթիլային անցքերից դուրս գալով:

Մի փոքր տեղադրեք խողովակները հողի մեջ և պատրաստ եղեք ջրելու ձեր բույսերը:

Քայլ 18. lantառատունկ արդյունքներ

Վերոնշյալ նկարները iot garden- ի մեկ ամսվա աշխատանքի արդյունքներն են: Բույսերը առողջ են, և մեզ հաջողվեց աճեցնել այնպիսի խոտաբույսեր, ինչպիսիք են անանուխը և համեմը:

Փորձերի արդյունքում մենք նկատեցինք, որ ավտոմատ ռեժիմը խնայում է ջրի մոտ 12% -ը օրական: Քանի որ բույսերը ջրվում են կաթիլային ոռոգման միջոցով, նրանց արմատները աճում են ուղիղ ՝ ավելի շատ տարածք տալով տնկարկի մեջ ավելի շատ բույսեր աճեցնելու համար: Միակ թերությունը, որը մենք նկատեցինք, այն էր, որ ավելի մեծ բույսերին անհրաժեշտ է ավելի շատ հողի խորություն: Ասել է թե `մոդուլային կառուցվածքի շնորհիվ կարելի է հեշտությամբ ավելի խորը հիմք ավելացնել նրանց պահանջներին:

Եզրափակելով ՝ այս համակարգը ոչ միայն ձեր այգին ավելի արդյունավետ է դարձնում, այլև ապահովում է ձեր բույսերի բարեկեցությունը, քանի որ իրական ժամանակի տվյալների հետադարձ կապը ապահովում է ջրի և արևի ճիշտ քանակություն ապահովելու հզոր մեթոդ: Հուսով ենք, որ ուսանելիը օգտակար էր և կօգնի ձեզ աճեցնել ձեր սեփական այգին:

Երջանիկ պատրաստում:

Առաջին մրցանակ IoT մարտահրավերում