Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:18

ამ პროექტის ერთ-ერთი მთავარი მიზანი იყო ბაღის კეთილდღეობის შენარჩუნება ნივთების ინტერნეტის (IoT) ძალის გამოყენებით. წინამდებარე ინსტრუმენტებისა და პროგრამული უზრუნველყოფის მრავალფეროვნებით, ჩვენი პლანტატორი ინტეგრირებულია სენსორებთან, რომლებიც აკვირდებიან მცენარეების რეალურ დროში მდგომარეობას. ჩვენ შევქმენით სმარტფონის აპლიკაცია, რომლის საშუალებითაც ჩვენ შევძლებთ მონაცემებზე წვდომას და საჭიროების შემთხვევაში გავაკეთოთ საჭირო ქმედებები.

ჩვენი პლანტატორის დიზაინი არის მასშტაბური, იაფი და ადვილად ასაშენებელი, რაც იდეალურ ვარიანტს გახდის გამწვანების დამატებას ტერასაზე ან ეზოში. ჭკვიანი ბაღი უფრო ეფექტური აღმოჩნდა წყლის მოხმარებაში და აადვილებს მოვლასა და მონიტორინგს.

მიყევით იმის გასაგებად, თუ როგორ უნდა შექმნათ თქვენი საკუთარი მონაცემთა ბაზა და აპლიკაცია, ბაღის შექმნით, რომლის მონიტორინგიც შესაძლებელია ღილაკის დაჭერით!

ნაბიჯი 1: IOT სისტემის მიმოხილვა

Iot სისტემა ფუნქციონირებს შემდეგი პროცესების საშუალებით. ჟოლო Pi გამოიყენება ბაღის სასარგებლო ინფორმაციის გადასაცემად, როგორიცაა სიკაშკაშე, ტენიანობა და ტენიანობა ნიადაგში სხვადასხვა სენსორებიდან ღრუბლის მონაცემთა ბაზაში. მას შემდეგ რაც ინფორმაცია ღრუბელშია, მასზე წვდომა შესაძლებელია ნებისმიერი ადგილიდან სმარტფონის პროგრამის გამოყენებით, რომელიც ჩვენ შევქმენით. ეს პროცესი ასევე შექცევადია, მომხმარებელს შეუძლია გაგზავნოს ინსტრუქციები, როგორიცაა წყლის ტუმბოს მდგომარეობა, ბაღში, რომელიც შეასრულებს საჭირო ბრძანებებს.

ქვემოთ მოცემულია ჩვენი ბაღის ძირითადი მახასიათებლები:

ბაღის სხვადასხვა სენსორების რეალურ დროში გამოხმაურება

ბაღის ჯანმრთელობის მდგომარეობის მონაცემთა ბაზა

გლობალური მონიტორინგისა და მოქმედების შესაძლებლობები

წვეთოვანი სარწყავი სისტემა

აპლიკაციით კონტროლირებადი წყლის სისტემა

ავტომატური მორწყვის გრაფიკი

ჩვენ გადავწყვიტეთ გამოვიყენოთ Google Firebase, როგორც ჩვენი IOT სისტემის შუამავალი, შევქმნათ ჩვენი უფასო ღრუბლოვანი მონაცემთა ბაზა. შემდეგ ჩვენ გამოვიყენეთ MIT– ის აპლიკაციის გამომგონებელი სმარტფონის პროგრამის შესაქმნელად, რომელიც თავსებადია Firebase მონაცემთა ბაზასთან და Raspberry Pi– სთან. მას ასევე შეუძლია მონაცემთა ბაზასთან ურთიერთობა პითონის უფასო ბიბლიოთეკის დახმარებით.

ნაბიჯი 2: საჭირო მასალები:

Iot planter– ის დასამზადებლად საჭირო მასალები ადვილად მოიძებნება ადგილობრივ ან ონლაინ მაღაზიებში. ქვემოთ ჩამოთვლილია ყველა საჭირო ნაწილის აღწერა.

HARDWARE:

1 "ფიჭვის ფიცარი - ზომები; 300 სმ x 10 სმ (რადგან ხე იქნება გარედან, ჩვენ გირჩევთ დამუშავებულ ხეს)

პლაივუდი 1/4 " - ზომები; 120 სმ 80 სმ

ბრეზენტის ფურცელი - ზომები; 180 სმ x 275 სმ

PVC მილები - ზომები; სიგრძე 30 სმ, დია 2 სმ

ქირურგიული მილი - ზომები; 250 სმ

იდაყვის სახსარი x 2

ხის ხრახნი x 30

ელექტრონიკა:

ჟოლოს Pi3 მოდელი B

Grove Pi + სენსორული ფარი

12 ვოლენტიანი სარქველი

ტენიანობის და ტემპერატურის სენსორი (dht11)

ტენიანობის სენსორი

სიკაშკაშის სენსორი

სარელეო მოდული

12V კვების ბლოკი

ამ პროექტის საერთო ღირებულება დაახლოებით 50 აშშ დოლარია

ნაბიჯი 3: 3D ნაბეჭდი ნაწილები

სხვადასხვა კომპონენტები, რომლებიც საჭიროებდა ამ პროექტის მორგებას, დამზადდა 3D ბეჭდვის დახმარებით. შემდეგი სია შეიცავს ნაწილების სრულ ჩამონათვალს და მათი ბეჭდვის სპეციფიკაციებს. ყველა STL ფაილი მოცემულია ზემოთ მოცემულ საქაღალდეში, რაც საჭიროების შემთხვევაში საშუალებას აძლევს მათ განახორციელონ საჭირო ცვლილებები.

მილის სახსარი x 1, 30% შევსება

Nozzle Adapter x 3, 30% შევსება

მილის დანამატი x 3, 10% შევსება

კაკალი x 2, 30% შევსება

სენსორის მთა x 1, 20% შევსება

სარქვლის ადაპტერი x 1, 20% შევსება

გაყვანილობის საფარი x 1, 20% შევსება

ჩვენ გამოვიყენეთ ჩვენი Creality Ender 3 ნაწილების დასაბეჭდად, რასაც 12 ნაწილისთვის დაახლოებით 8 საათი დასჭირდა.

ნაბიჯი 4: გეგმები

ერთი არ შემოიფარგლება მხოლოდ იმ განზომილებებით, რომლებიც ჩვენ შევარჩიეთ ჩვენი გამწვანების გასაკეთებლად, მაგრამ ზემოთ არის მიმაგრებული ყველა დეტალი, რომელიც საჭიროა პროექტის შესაქმნელად. შემდეგ ნაბიჯებში შეგიძლიათ მიმართოთ ამ სურათებს ხის მოჭრისთვის.

ნაბიჯი 5: შექმენით მხარეები

მცენარეების შესანახად ჩვენ გადავწყვიტეთ ხისგან გამწვანების სტრუქტურის გაკეთება. ჩვენი ყუთის შიდა ზომებია 70 სმ 50 სმ სიმაღლე 10 სმ. ჩვენ გამოვიყენეთ ფიჭვის ხის ფიცრები გვერდების ასაშენებლად.

წრიული ხერხის გამოყენებით ჩვენ ოთხ ნაწილად ვჭრით სიგრძეს (ზომები მიმაგრებულია ზემოთ). ჩვენ გაბურღული გავხადეთ საპილოტე ხვრელები აღნიშნულ ადგილებზე და დავბრუნდით ხვრელებს ისე, რომ ხრახნიანი თავები თანაბრად იჯდეს. ამის დასრულების შემდეგ, ჩვენ ხის 8 ხრახნი შევიარეთ, ხოლო დარწმუნებული ვიყავით, რომ გვერდები იყო კვადრატი, რომელიც უზრუნველყოფდა ჩარჩოს.

ნაბიჯი 6: ქვედა პანელის დაყენება

ქვედა პანელის გასაკეთებლად ჩვენ ვჭრით მართკუთხა ნაჭერს 5 მმ პლაივუდისგან, რომელიც ჩვენ შემდეგ ჩავყარეთ გვერდით ჩარჩოზე. დარწმუნდით, რომ ხვრელები უკაცრიელია ისე, რომ ხრახნები თანაბარ დონეზე იყოს. საჭირო ზომები შეგიძლიათ იხილოთ ზემოთ.

ნაბიჯი 7: ხვრელები მილებისთვის

ჩვენი პლანტატორი დამზადებულია სამი რიგის მცენარეებისთვის. ამიტომ წვეთოვანი სარწყავი სისტემისთვის ერთ მხარეს სჭირდება წყლის შეყვანის მილები.

დაიწყეთ კონექტორების დიამეტრის გაზომვით და თანაბრად დახაზეთ ისინი ჩარჩოს მოკლე მხარეს. ვინაიდან ჩვენ არ გვქონდა ცოტაოდენი ნაჭერი, ჩვენ გავხსენით 10 მმ -იანი ხვრელი და შემდეგ გავაფართოვეთ იგი ხერხით. უხეში კიდეების გასასუფთავებლად შეგიძლიათ გამოიყენოთ დრემელი კონექტორების მორგებამდე.

ნაბიჯი 8: წყლის მილების შეერთება

სახსრების დასაკავშირებლად უბრალოდ გაჭერით ორი ცალი PVC მილი 12 სმ სიგრძის. მშრალი მორგება დაყენებული, რათა შეამოწმოთ ყველაფერი კარგად ჯდება თუ არა.

შემდეგ ჩააბარეთ ცენტრალურ ხვრელში 3D ნაბეჭდი სახსარი და ორი PVC იდაყვის კონექტორი მოპირდაპირე ბოლოებზე, სანამ არ გაწითლდება. მიამაგრეთ პანელი ჩარჩოში და დახურეთ კონექტორები შიგნიდან 3D დაბეჭდილი გადამყვანებით. ყველა კავშირი არის ხახუნის მორგებული და უნდა იყოს წყალგაუმტარი, თუ არა, შეიძლება სახსრების დალუქვა ცხელი წებოთი ან ტეფლონის ლენტით

ნაბიჯი 9: სოლენოიდის სარქველი

წყლის ნაკადის გასაკონტროლებლად წვეთოვანი სარწყავი სისტემა ჩვენ გამოვიყენეთ სოლენოიდის სარქველი. სარქველი მოქმედებს როგორც კარიბჭე, რომელიც იხსნება ელექტრული სიგნალის გაგზავნისას, რაც მას ავტომატურად აკონტროლებს. მისი ჩართვისთვის, ჩვენ ერთი ბოლო დავამაგრეთ წყლის წყაროსთან, მეორე კი გამწვანების წყლის შესასვლელ მილსადენზე შუამავალი ადაპტერის გამოყენებით. მნიშვნელოვანია სარქველის დაკავშირება სწორი ორიენტაციით, რომელსაც აქვს წარწერა "IN" წყლის შეყვანისთვის (ონკანი) და "OUT" წყლის გამოსაყენებლად (პლანტატორი).

ნაბიჯი 10: ელექტრონიკის გაყვანილობა

ქვემოთ მოცემულია ცხრილი სხვადასხვა მოდულებითა და სენსორებით მათი შესაბამისი პორტებით გროვეპი+ ფარზე.

• ტემპერატურისა და ტენიანობის სენსორი ==> პორტი D4
• სარელეო მოდული ==> პორტი D3
• ტენიანობის სენსორი ==> პორტი A1
• სინათლის სენსორი ==> პორტი A0

გამოიყენეთ მითითების ზემოთ მიმაგრებული გაყვანილობის დიაგრამა.

ნაბიჯი 11: სენსორების განყოფილება

ჩვენ ავაშენეთ კუპე ყუთი, რომელიც ინახავდა ყველა ელექტრონიკას პლაივუდის ნარჩენებით. ჩვენ დავჭრათ ხე ელექტრონიკის განლაგების მიხედვით და ცალი ნაწილები ერთმანეთთან დავაწებეთ. მას შემდეგ, რაც წებო გაშრა, ჩვენ დავამონტაჟეთ კვების ბლოკი და ჟოლოს პი კუპე ყუთში და სენსორების მავთულს ვათავსებდით ჭრილში. სლოტების დასაფარად ჩვენ დაბეჭდილ ყდაში ჩავაგდეთ, რათა დავრთოთ ნებისმიერი ხარვეზი.

სენსორის მთაზე არის ხვრელები, რომლითაც შეგიძლიათ მიამაგროთ საყრდენი, რომელზედაც შეგიძლიათ დააყენოთ სენსორები. მიამაგრეთ სიკაშკაშის და ტენიანობის სენსორი თავზე და ტენიანობის სენსორი რეგულირებად ჭრილში. იმისათვის, რომ კუპე ადვილად ამოსაღები იყოს, ჩვენ ვიბრახეთ 3D დაბეჭდილი კაკვები და სენსორის სამაგრი, რამაც საშუალება მისცა ყუთს დაეჭირა მთავარ სტრუქტურაზე. ამ გზით, ელექტრონული და iot სისტემის ერთეული შეიძლება ადვილად ინტეგრირებული ნებისმიერ planter.

ნაბიჯი 12: მონაცემთა ბაზის შექმნა

პირველი ნაბიჯი არის სისტემის მონაცემთა ბაზის შექმნა. დააწკაპუნეთ შემდეგ ბმულზე (Google firebase), რომელიც მიგიყვანთ Firebase ვებსაიტზე (თქვენ უნდა შეხვიდეთ თქვენი Google ანგარიშით). დააწკაპუნეთ ღილაკზე "დაწყება", რომელიც მიგიყვანთ ცეცხლის ბაზის კონსოლზე. შემდეგ შექმენით ახალი პროექტი ღილაკზე "პროექტის დამატება", შეავსეთ მოთხოვნები (სახელი, დეტალები და სხვა) და დაასრულეთ ღილაკზე "პროექტის შექმნა".

ჩვენ უბრალოდ ვითხოვთ Firebase- ის მონაცემთა ბაზის ინსტრუმენტებს, ასე რომ მარცხენა მხარეს მენიუდან აირჩიეთ "მონაცემთა ბაზა". შემდეგ დააჭირეთ ღილაკს "შექმენით მონაცემთა ბაზა", შეარჩიეთ "ტესტის რეჟიმი" და დააჭირეთ "ჩართვას". შემდეგ დააყენეთ მონაცემთა ბაზა "რეალურ დროში მონაცემთა ბაზაზე" ნაცვლად "ღრუბლოვანი ცეცხლის მაღაზიის" ზედა ნაწილში ჩამოსაშლელ მენიუზე დაჭერით. შეარჩიეთ "წესების" ჩანართი და შეცვალეთ ორი "ყალბი" "ჭეშმარიტი", ბოლოს დააწკაპუნეთ "მონაცემების" ჩანართზე და დააკოპირეთ მონაცემთა ბაზის URL, ეს მოგვიანებით იქნება საჭირო.

ბოლო რაც თქვენ უნდა გააკეთოთ არის დააწკაპუნეთ გადაცემათა კოლოფის ხატზე პროექტის მიმოხილვის გვერდით, შემდეგ "პროექტის პარამეტრებზე", შემდეგ შეარჩიეთ "სერვისის ანგარიშების" ჩანართი, ბოლოს დააწკაპუნეთ "მონაცემთა ბაზის საიდუმლოებებზე" და ჩაწერეთ უსაფრთხოების კოდი თქვენი მონაცემთა ბაზა. ამ ნაბიჯის დასრულების შემდეგ, თქვენ წარმატებით შექმენით თქვენი ღრუბლოვანი მონაცემთა ბაზა, რომლის წვდომა შესაძლებელია თქვენი სმარტფონიდან და Raspberry Pi– დან. (გარკვეული ეჭვების შემთხვევაში გამოიყენეთ ზემოთ მიმაგრებული სურათები, ან უბრალოდ დატოვეთ შეკითხვა ან კომენტარი კომენტარების განყოფილებაში)

ნაბიჯი 13: პროგრამის დაყენება

IoT სისტემის შემდეგი ნაწილი არის სმარტფონის პროგრამა. ჩვენ გადავწყვიტეთ გამოვიყენოთ MIT აპლიკაციის გამომგონებელი, რათა შევქმნათ ჩვენი პერსონალური აპი. ჩვენ მიერ შექმნილი აპლიკაციის გამოსაყენებლად ჯერ გახსენით შემდეგი ბმული (MIT App Inventor), რომელიც მიგიყვანთ მათ ვებგვერდზე. შემდეგ დააწკაპუნეთ "პროგრამების შექმნაზე" ეკრანის ზედა ნაწილში და შედით თქვენი Google ანგარიშით.

ჩამოტვირთეთ.aia ფაილი, რომელიც დაკავშირებულია ქვემოთ. გახსენით ჩანართი "პროექტები" და დააწკაპუნეთ "ჩემი კომპიუტერიდან პროექტის შემოტანა (.aia)" შემდეგ შეარჩიეთ ფაილი, რომელიც გადმოწერეთ და დააწკაპუნეთ "კარგი". კომპონენტების ფანჯარაში გადაახვიეთ ყველაფერი ქვემოთ, სანამ არ დაინახავთ "FirebaseDB1", დააწკაპუნეთ მასზე და შეცვალეთ "FirebaseToken", "FirebaseURL" იმ მნიშვნელობებზე, რომლებიც წინა საფეხურზე შეინახეთ.

ამ ნაბიჯების დასრულების შემდეგ თქვენ მზად ხართ ჩამოტვირთოთ და დააინსტალიროთ პროგრამა. შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ აპლიკაცია პირდაპირ თქვენს ტელეფონზე დაწკაპუნებით "აშენება" ჩანართზე და დაწკაპვით "აპლიკაცია (მიუთითეთ QR კოდი.apk- სთვის)", შემდეგ სმარტფონით დაასკანირეთ QR კოდი ან დააწკაპუნეთ "აპლიკაცია (შეინახეთ.apk ჩემს კომპიუტერში) "თქვენ გადმოწერთ apk ფაილს თქვენს კომპიუტერში, რომლის ინსტალაციისთვისაც გჭირდებათ სმარტფონზე გადატანა.

ნაბიჯი 14: ჟოლოს პი პროგრამირება

Raspberry Pi საჭიროებს განათებას Raspbian (Raspbian) უახლესი ვერსიით. იმ შემთხვევაში, თუ თქვენ აპირებთ GrovePi+ ფარის გამოყენებას, როგორც ჩვენ გავაკეთეთ, ამის ნაცვლად განათავსეთ თქვენი Raspberry Pi უახლესი ვერსიით "Raspbian for Robots" (Raspbian რობოტებისთვის). მას შემდეგ რაც გაანათეთ თქვენი Raspberry Pi თქვენ დაგჭირდებათ პითონის დამატებითი ბიბლიოთეკის დაყენება. გახსენით ტერმინალი და ჩასვით შემდეგი ბრძანებები:

1. sudo pip ინსტალაციის მოთხოვნები == 1.1.0
2. sudo pip დააინსტალირეთ python-firebase

ამის დასრულების შემდეგ გადმოწერეთ ქვემოთ მიმაგრებული ფაილი და შეინახეთ იგი Raspberry Pi– ს დირექტორიაში. გახსენით ფაილი და გადაახვიეთ ქვემოთ 32 -ე ხაზზე. ამ ხაზზე შეცვალეთ ნაწილი, რომელიც ამბობს "ჩასვით თქვენი URL აქ" თქვენი მონაცემთა ბაზის URL- ით, რომელიც ადრე აღნიშნეთ, დარწმუნდით, რომ ჩასვით URL- ს შორის. ამით თქვენ დაასრულეთ, გახსენით ტერმინალი და გაუშვით პითონის სკრიპტი "პითონის" ბრძანების გამოყენებით.

ნაბიჯი 15: აპლიკაციის გამოყენება

ჩვენი აპლიკაციის ინტერფეისი საკმაოდ გასაგებია. ზედა ოთხი ყუთი აჩვენებს რეალურ დროში სიკაშკაშის, ტემპერატურის, ტენიანობის და ნიადაგის ტენიანობის შემცველობას პროცენტულად. ეს მნიშვნელობები შეიძლება განახლდეს ღილაკზე "ღირებულებების მიღება", რომელიც Raspberry Pi- ს ავალებს განახლდეს ღრუბლოვანი მონაცემთა ბაზა, რასაც მოჰყვება "განახლების" ღილაკი, რომელიც განაახლებს ეკრანს მონაცემთა ბაზის განახლების შემდეგ.

ეკრანის ქვედა ნაწილი განკუთვნილია წვეთოვანი სარწყავი სისტემისთვის. "On" ღილაკი ჩართავს წყლის ტუმბოს, ხოლო "off" ღილაკს. ღილაკი "ავტო" იყენებს სხვადასხვა სენსორულ მნიშვნელობებს ყოველდღიურად საჭირო ზუსტი წყლის გამოსათვლელად და მორწყავს მცენარეებს დღეში ორჯერ დილის 8 საათზე და საღამოს 4 საათზე.

ნაბიჯი 16: ბრეზენტის ლაინერი

რადგან ნიადაგის ტენიანობამ შეიძლება დროთა განმავლობაში შეშა ხე, ჩვენ დავჭრათ ბრეზენტის ფურცელი ზომით და გავაფინოთ იგი პლანტატორის შიდა ზედაპირზე. დარწმუნდით, რომ გადაათრიეთ იგი გვერდებზე და შემდეგ საბოლოოდ დაიჭირეთ იგი წებოთი. დასრულების შემდეგ ჩვენ შეავსეთ ნიადაგი, რომელიც მივიღეთ ადგილობრივი ფერმიდან. გაანაწილეთ ნიადაგი თანაბრად ზემოდან და შემდეგ ჩაასხით წვეთოვანი სარწყავი მილის სამი რიგი.

წყლის მილების მახლობლად მდებარე კუთხეში მოთავსებულია ელექტრონული ყუთი და ჩადეთ ტენიანობის სენსორი ნიადაგში. ეს ამარტივებს გაყვანილობის მუშაობას, რადგან სოლენოიდის სარქველი ახლოს არის ელექტრონიკასთან და ადვილად შეიძლება იყოს დაკავშირებული.

ნაბიჯი 17: წვეთოვანი სარწყავი სისტემა

გაჭერით ქირურგიული მილის სამი ნაწილი, რომელიც გადაჭიმულია პლანტატორის სიგრძის გასწვრივ (დაახლოებით 70 სმ), ეს იქნება მცენარეების მთავარი წვეთოვანი ხაზი. ამიტომ დაგეგმეთ მცენარეთა შორის საჭირო ინტერვალი და გაბურღეთ 1 მმ ხვრელი და ინტერვალი. შეამოწმეთ წყალი ადვილად წვეთობს და საჭიროების შემთხვევაში გაზარდეთ ხვრელები. გამოიყენეთ სამი შტეფსელი ბოლოების დასახურებლად და დარწმუნდით, რომ წყალი შეზღუდულია მხოლოდ წვეთოვანი ხვრელებიდან.

ოდნავ ჩადეთ მილები მიწაში და მზად იყავით თქვენი მცენარეების მორწყვისთვის!

ნაბიჯი 18: დარგვის შედეგები

ზემოთ მოყვანილი სურათები არის iot ბაღის მუშაობის შედეგი ერთი თვის განმავლობაში. მცენარეები ჯანსაღია და ჩვენ მოვახერხეთ ისეთი მცენარეების მოყვანა, როგორიცაა პიტნა და ქინძი.

ექსპერიმენტის შედეგად ჩვენ შევამჩნიეთ, რომ ავტომატური რეჟიმი დაზოგავს წყლის 12% –ს დღეში. როგორც მცენარეები რწყავენ წვეთოვანი მორწყვის გზით, მათი ფესვები იზრდება პირდაპირ, რაც მეტ ადგილს აძლევს მცენარეების გასაშენებლად. ერთადერთი ნაკლი, რაც ჩვენ შევამჩნიეთ იყო ის, რომ უფრო დიდ მცენარეებს სჭირდებათ მეტი ნიადაგის სიღრმე. როგორც ითქვა, მოდულური კონსტრუქციის გამო, თქვენ შეგიძლიათ მარტივად დაამატოთ უფრო ღრმა საფუძველი მათ მოთხოვნებს.

დასასრულს, ეს სისტემა არა მხოლოდ თქვენს ბაღს უფრო ეფექტურს ხდის, არამედ უზრუნველყოფს თქვენი მცენარეების კეთილდღეობას, რადგან რეალურ დროში მონაცემების გამოხმაურება იძლევა ძლიერ მეთოდს წყლისა და მზის სწორი რაოდენობის მისაცემად. ჩვენ ვიმედოვნებთ, რომ სასწავლო იყო სასარგებლო და ის დაგეხმარებათ გაზარდოთ თქვენი საკუთარი ბაღი.

ბედნიერი დამზადება!

პირველი პრიზი IoT გამოწვევაში