IDC2018IOT დაკავშირებული ცხოველების საკვების, წყლის და მონიტორის სისტემა: 7 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

შესავალი

ხართ თუ არა სტუდენტი ზეწოლის ქვეშ, შრომისმოყვარე ადამიანი, ან უბრალოდ შორს ხართ სახლიდან დღეში რამდენიმე საათზე მეტი. როგორც მზრუნველი შინაური ცხოველების მფლობელები, ჩვენ გვინდა დავრწმუნდეთ, რომ ჩვენი საყვარელი ადამიანები ჯანმრთელები არიან, იკვებებიან და, რა თქმა უნდა, არ იწვებიან დივანზე (ნაძირალა!). დროა შეწყვიტოთ დახმარების თხოვნა, ან თუნდაც გადაიხადოთ ასეთი მომსახურება.

ამ მაგარი პროექტით ჩვენ გვსურს მოგაწოდოთ საკუთარი თავის გაკეთების უნარი (გავიგე, რომ ეს უკვე საქმეა). ჩვენ შევქმნით გამოსავალს ჩვენი შინაური ცხოველების უკეთ მონიტორინგისთვის და თუნდაც ვიმოქმედოთ ოფისში, სკოლაში ან უბრალოდ მეგობრებთან ან სხვა მნიშვნელოვან ადამიანებთან ერთად.

ეს სისტემა საშუალებას მოგცემთ იკვებოთ თქვენი შინაური ცხოველი დისტანციურად, როდესაც აკონტროლებთ კონტეინერიდან ასხმული საკვების რაოდენობას, შეავსეთ წყლის თასი, როდესაც ის ცარიელი გადის. გარდა ამისა, ჩვენ ახლა შეგვიძლია რეალურ დროში მოვახდინოთ თასის წყლის დონის მონიტორინგი, გავზომოთ საკვების კონტეინერის შინაარსი და რაც მთავარია ვუყუროთ შინაურ ცხოველს პირდაპირ ეთერში კამერის მარტივი მოდულის გამოყენებით.

Ჩვენს შესახებ

ტომერ მაიმონი, გილად რამ და ალონ შპრუნგი. IDC Herzeliya– ს კომპიუტერული მეცნიერებების სამი მგზნებარე სტუდენტი. ეს არის ჩვენი პირველი Instructables პროექტი, როგორც IoT სემინარის ნაწილი - ჩვენ ვიმედოვნებთ, რომ თქვენთვის საინტერესო და სახალისო იქნება მშენებლობა!

ნაბიჯი 1: არქიტექტურის გაგება:

ჩვენ შეგვიძლია ეს სისტემა გავყოთ ორ ძირითად ნაწილად:

1. შემომავალი მონაცემთა არხები:

   • წყლის სენსორი - წყლის დონის შერჩევა შინაური ცხოველის თასში, მონაცემები გადადის Node -MCU განყოფილებიდან ბლინკის სერვერზე და საბოლოოდ წარმოდგენილია Pet Dashboard– ის საშუალებით.
   • სონარის სენსორი - საკვების კონტეინერის შინაარსის აღება, მონაცემები გადაეცემა არდუინოს ერთეულიდან (Ethernet ფარის გაფართოებით) ბლინკის სერვერზე და საბოლოოდ წარმოდგენილია Pet Dashboard– ის საშუალებით.
   • Pi კამერის მოდული - მუდმივად აღწერს შინაური ცხოველების ჩარჩოებს, Pi მასპინძლობს საკუთარ სერვერს, რომელიც უზრუნველყოფს ცოცხალ საკვებს შინაური ცხოველების საინფორმაციო დაფაზე.

2. ბრძანების ნაკადი:

   • შესანახი ღილაკი (დაფა) - ვირტუალური პინის მნიშვნელობის განახლება ბლინკის საშუალებით, შესაბამისი ფუნქცია გააქტიურებულია არდუინოს დაფაზე, შემდეგ სერვო მოძრაობს იმისათვის, რომ დაუშვას საკვები სახურავზე.
   • მიეცი წყალი (დაფა) - აქტიურად განაახლებს ვირტუალური პინის მნიშვნელობას ბლინკის საშუალებით, შესაბამისი ფუნქცია გააქტიურებულია Node -MCU დაფაზე, სარელეო ჩართულია ON, წყლის ტუმბო დაიწყებს წყლის ნაკადს შინაური ცხოველის თასში.
   • შინაური ცხოველების ცოცხალი არხი (საინფორმაციო დაფა) - ჩართულია დაფის შიგნით და აჩვენებს ცოცხალ მონაცემებს კოლბის სერვერის საშუალებით, რომელიც მუშაობს Pi მოწყობილობაზე.

ნაბიჯი 2: ნაწილების სია

ამ სისტემაზე მუშაობის დასაწყებად დაგჭირდებათ შემდეგი (ან მსგავსი) ნაწილები:

1. ფიზიკური:

   • საკვების კონტეინერი: ჩვენ გამოვიყენეთ 45 სმ სამრეწველო ორმხრივი მილი, რომელიც შევიძინეთ საშინაო მაღაზიაში. მნიშვნელოვანია 2 გასასვლელი. ერთი შინაარსის გასაზომად და მეორე გასასვლელი/დახურვის მექანიზმისთვის.
   • სადინარის ფირზე: ნივთების ერთად შესანარჩუნებლად;)
   • ჯამპერის მავთულები: რაც უფრო მეტია, ყოველთვის კარგი იქნება, თუ რაიმე არასწორედ მიდის.
   • Ethernet კაბელი: ჩვენი Arduino- ს (Ethernet ფარით) ინტერნეტთან დასაკავშირებლად.
   • მებაღეობის ქილა: გამოიყენება როგორც კონტეინერი წყლისა და წყლის ტუმბოსთვის.
   • მოკლე წყლის მილაკი: უკავშირდება ტუმბოს და ასხამს წყალს შინაური ცხოველის თასს.

2. სენსორები:

   • WINGONEER წყლის დონის სენსორი: გაზომეთ წყლის დონე შინაური ცხოველის თასში.
   • სონარის სენსორი - გაზომეთ საკვების დონის მანძილი კონტეინერის შიგნით ზედა სახურავიდან.
   • TONGLING სარელეო: საშუალებას გვაძლევს ჩართოთ/გამორთოთ წყლის ტუმბო, რომელიც მიედინება წყალში.
   • Pi კამერის მოდული: დაკავშირებულია ჟოლოს Pi მოწყობილობასთან და ავრცელებს შინაური ცხოველების სურათებს.
   • Generic Servo: იკეტება და იხსნება საკვების კონტეინერი.

3. ელექტრონული მოწყობილობები / დაფები:

   • Arduino Uno: აკონტროლებს საკვების კონტეინერის ერთეულის განხორციელებას.
   • Arduino Ethernet Shield: უზრუნველყოფს ინტერნეტ კავშირს ჩვენს დაფაზე.
   • NodeMCU (ESP-8266): აკონტროლებს წყლის ერთეულს, როგორც წყლის გასაზომად, ასევე ასხამს. ამ დაფას აქვს WiFi– ით დაკავშირების შესაძლებლობა.
   • Raspberry Pi 3 - მასპინძლობს კამერის სერვერს და უზრუნველყოფს ცოცხალ საკვებს შინაური ცხოველების დაფაზე.
   • VicTsing 80 GPH წყალქვეშა ტუმბო: წყალი მიედინება მებაღეობის ქილადან თასში, წყლის მილთან ერთად.

ნაბიჯი 3: გაყვანილობა და ნივთების ერთად განთავსება

გაყვანილობა

სანამ დავიწყებთ, მიზანშეწონილია Arduino / Node-MCU მოათავსოთ პურის დაფაზე, რათა გაადვილდეს ყველა მავთულის ერთმანეთთან შეერთება და განთავსება ნებისმიერ ფიზიკურ ადგილას. გარდა ამისა, რეკომენდირებულია გრძელი მავთულის გამოყენება, რათა თავიდან აიცილოთ შეცდომები საკაბელო რაზმიდან. ჩვენ მოგაწოდეთ გაყვანილობის სქემა Node-MCU (წყლის განყოფილება) და Arduino (კვების განყოფილება).

1. კვების განყოფილება (არდუინო):

   • სონარის სენსორი:

     • GND (შავი) = GND
     • VCC (წითელი) = 5V
     • Trig (იისფერი) = 3
     • ექო (ლურჯი) = 4

   • სერვისი:

     • GND (შავი) = GND
     • VCC (წითელი) = 5V
     • სიგნალი (ყვითელი) = 9

2. წყლის ერთეული (კვანძი):

   • წყლის დონის სენსორი:

     • S (ლურჯი) = A0
     • + (წითელი) = 3v3
     • - (შავი) = GND

   • სარელეო (წყლის ტუმბოს ელექტროენერგია):

     • IN (ყვითელი) = D1
     • VCC (წითელი) = Vin
     • GND (შავი) = GND

3. კამერის ერთეული (Pi):

   • კამერის სენსორი:

     • დაკავშირება Pi– ს ერთი კამერის პორტთან (ნაკადის კაბელი)
     • თუ თქვენ ცდილობთ გაიგოთ მეტი Pi- ს შესახებ კამერის მოდულით - ბმული

ნაწილების ერთად აწყობა

ამ ნაწილში, თქვენ მივესალმებით ამ პროექტის მორგებას და შეცვლას, რათა "თქვენი იყოს". მაგრამ ჩვენ მოგაწვდით სურათებს და აღწერას ჩვენი პროდუქტის ვერსიის რეკონსტრუქციისთვის.

1. კვების განყოფილება (არდუინო): კონტეინერი საკმაოდ წინ არის, ჩვენ ყურადღებას გავამახვილებთ ორი ხუფის დამზადებაზე.

   • ზედა სახურავი: გაჭერით 2 ხვრელი სახურავზე, რათა სონარის სენსორი მოერგოს (იხ. თანდართული სურათი).
   • ქვედა სახურავი + მექანიზმი: დაიწყეთ ერთ -ერთი პლასტიკური დანართის აღებით (მოწოდებულია სერვო სენსორით) და შექმენით "ჩაქუჩის ჩაქუჩის" ფორმა წებოვანი ლენტის / ხის ჩხირების გამოყენებით (ჩვენ ვიყენებდით მხოლოდ ლენტს). შემდეგი, მიამაგრეთ ის სერვო. ახლა, ჩვენ გვჭირდება 2 ხვრელი სახურავზე. პირველმა უნდა მისცეს სერვო, რომ მოერგოს s.t იმ მექანიზმს, რომელშიც ჩვენ ავაშენეთ, რომელიც განთავსებულია სახურავის "შიდა მხარეს". გაჭერით კიდევ ერთი ხვრელი თქვენს მიერ შემუშავებული "ჩაქუჩის თავის" მხარეს. ამრიგად, როდესაც სერვო იხსნება, ჩაქუჩის კუდი საჭმელს გაასრიალებს გასასვლელისკენ და ხელს შეუშლის მსხვილ ნაჭრებს ერთმანეთთან ჩარჩენაში.
2. წყლის განყოფილება (კვანძი-MCU): უბრალოდ შეაერთეთ წყლის მილაკი წყლის ტუმბოსთან, ახლა მოათავსეთ იგი მებაღეობის ქილაში (დარწმუნდით, რომ თქვენ არ განათავსებთ არასწორ ნაწილს სარელეო და ელექტრული მავთულები წყლის შიგნით).
3. კამერის აპარატი: ყველაფერი რაც თქვენ გჭირდებათ არის მოათავსოთ Pi კამერის მოდულით თქვენი არჩევანის ადგილას.

ნაბიჯი 4: დააინსტალირეთ ბლინკი

ამ პროექტის ყველა დისტანციური შესაძლებლობა ემყარება ბლინკს. ეს სერვისი ძირითადად გვაძლევს უფასო ვებ სერვერს და RESTful API ჩვენს Arduino/Node-MCU მოწყობილობებთან ინტერნეტით კომუნიკაციისთვის HTTP პროტოკოლის გამოყენებით. ბლინკი საშუალებას გვაძლევს განვსაზღვროთ ვირტუალური ქინძისთავები, რომლებიც გამოყენებული იქნება როგორც წყლის ჩამოსხმის, სხვადასხვა სენსორების კვებასა და შერჩევასთან დაკავშირებული კონკრეტული ფუნქციების შესასრულებლად (ჩვენ ეს ნაწილი თქვენთვის გავაკეთეთ, ყველაფერი რაც თქვენ უნდა გააკეთოთ არის მიიღოთ თქვენი საკუთარი განაცხადის ნიშანი, რომელიც შემდეგში იქნება ახსნილი).

როგორ მივიღო ჩემი ბლინკის ავთენტიფიკაციის ნიშანი

1. ჩამოტვირთეთ Blynk აპლიკაცია AppStore / PlayStore– ის საშუალებით თქვენი მობილური მოწყობილობისთვის.
2. დარეგისტრირდით ამ სერვისზე (მისი გამოყენება უფასოა).
3. დაიწყეთ ახალი პროექტი, დარწმუნდით, რომ შეარჩიეთ სწორი მოწყობილობა (ჩვენს შემთხვევაში ESP8266).
4. შექმნის შემდეგ გაიგზავნება წერილი AUTHENTICATION TOKEN– ით - შეინახეთ ნიშანი მომდევნო ნაბიჯებისთვის.

შენიშვნა: ბლინკი სრულად შეიძლება გამოყენებულ იქნას აპლიკაციის საშუალებით, მაგრამ ჩვენ გადავწყვიტეთ განვახორციელოთ ჩვენი საკუთარი მორგებული დაფა.

დაბოლოს, იმისათვის, რომ გააგრძელოთ შემდეგი ნაბიჯი, თქვენ უნდა გადმოწეროთ და დააინსტალიროთ ბლინკის ბიბლიოთეკა - ბმული (გადადით მე –3 ნაწილზე)

ნაბიჯი 5: სურსათის კონტეინერის, წყლის ტუმბოს და ცოცხალი კამერის კონფიგურაცია

ამ ეტაპზე, ჩვენ დავასრულეთ ყველა ნაწილის შეკრება და მივიღეთ ჩვენი blynkAuthAppToken (იხ. ნაბიჯი 3).

ჩვენ მოგაწოდეთ ყველა კოდი, რომელიც გჭირდებათ ამ პროექტის გასაშვებად, ყველაფერი რაც თქვენ უნდა გააკეთოთ არის რამდენიმე ცვლადის შეცვლა კოდში, რაც მას გახდის "საკუთარ" კერძო სისტემას.

უპირველეს ყოვლისა, დაიწყეთ Arduino IDE– ს გადმოტვირთვით (თუ ეს ჯერ არ გაგიკეთებიათ) - ბმული

არდუინოს საკვების კონტეინერი

1. დააინსტალირეთ IDE Arduino დაფაზე: ინსტრუმენტები -> დაფა -> Arduino/Genuino Uno

2. დარწმუნდით, რომ დაინსტალირებული გაქვთ ეს ბიბლიოთეკები: ესკიზი -> ბიბლიოთეკის ჩართვა -> ბიბლიოთეკების მართვა

   სარელეო (რაფაელის მიერ)

3. გახსენით PetFeeder.ino ესკიზის ფაილი, დააკონფიგურირეთ შემდეგი პარამი (დახმარებისთვის იხილეთ თანდართული სურათი):

   author = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";

4. შეადგინეთ და ატვირთეთ ესკიზი თქვენს Arduino მოწყობილობაში.

Node-MCU წყლის განყოფილება

1. დააყენეთ IDE Node-MCU დაფაზე:

   იხილეთ ინსტრუქციის პირველი ნაწილი დეტალური ახსნისთვის

2. დარწმუნდით, რომ დაინსტალირებული გაქვთ ეს ბიბლიოთეკები: ესკიზი -> ბიბლიოთეკის ჩართვა -> ბიბლიოთეკების მართვა

   WiFi მენეჯერი (tzapu– ს მიერ)

3. გახსენით PetFeeder.ino ესკიზის ფაილი, დააკონფიგურირეთ შემდეგი პარამი (დახმარებისთვის იხილეთ თანდართული სურათი):

   • author = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";
   • ssid = "YOUR_WIFI_SSID"; // ძირითადად ეს არის თქვენი WiFi ქსელის სახელი
   • გავლა = "YOUR_WIFI_PASSWORD"; // თუ პაროლი არ გაქვთ, გამოიყენეთ ცარიელი სტრიქონი ""
4. შეადგინეთ და ატვირთეთ ესკიზი თქვენს Node-MCU მოწყობილობაში.

Pi ცოცხალი კამერის მოდული

1. დააკავშირეთ pi კამერის მოდული
2. გაუშვით "sudo raspi-config" და ჩართეთ "კამერის" ვარიანტი ჩართული.

3. შეამოწმეთ კამერა "raspistill" ბრძანების გამოყენებით სურათის გადასაღებად

   r aspistill -o image.jpg

4. Flask ვებ კამერის სერვერის დაყენება:

   • დააინსტალირეთ ყველა მოთხოვნა პიპ ინსტალაციის გამოყენებით -r მოთხოვნები. Txt
   • გამოიყენეთ პითონი camera_server.py გასაშვებად
   • შეამოწმეთ იგი 127.0.0.1:5000/video_feed

5. დააყენეთ Flask ვებ სერვერი ჩატვირთვის გასაშვებად:

   • დაამატეთ შემდეგი სტრიქონი /etc/rc.local (გასასვლელ ხაზამდე):

     პითონი /camera_server.py

ნაბიჯი 6: როგორ გამოვიყენოთ პანელი

Აწყობა

ეს ნაწილი საკმაოდ მარტივია, ყველაფერი რაც თქვენ უნდა გააკეთოთ არის ჩასვათ "blynk app token" "index.js" ფაილში შემდეგნაირად:

const blynkToken = "YOUR_BLYNK_APP_TOKEN" // გამოიყენეთ იგივე ნიშანი წინა ნაბიჯებიდან.

გამოყენება

1. გახსენით დაფა ორმაგი დაწკაპუნებით "index.html" ფაილზე.
2. დაფა სისტემაში ავტომატურად სინჯავს ყოველ 10 წუთში.
3. წყლისა და საკვების კონტეინერის ზომების მიღება შესაძლებელია ხელით.
4. "მიეცი წყალი" და "შესანახი" ღილაკები გამოიყენება თქვენი შინაური ცხოველის საკვებითა და წყლით აქტიურად მომარაგების მიზნით.
5. დაფის ქვედა ნაწილი წარმოგიდგენთ პირდაპირ კვებას კამერის მოდულიდან, თუ ყურადღებით მიჰყევით წინა ნაბიჯის ინსტრუქციას.

შენიშვნა: თუ გსურთ მორგოთ რამდენჯერ იხსნება საკვების კონტეინერი კვების დროს, გახსენით "index.js" ფაილი და შეცვალეთ "მნიშვნელობა" მომდევნო ხაზზე "3" - დან თქვენი არჩევანის ნებისმიერ რიცხვზე:

მოტანა (baseURL + '/განახლება/V1? მნიშვნელობა = 3');

ნაბიჯი 7: გამოწვევები, შეზღუდვები და სამომავლო გეგმები

გამოწვევები

ამ პროექტში ჩვენთვის მთავარი გამოწვევები იყო საკვების კონტეინერის გახსნის/დახურვის მექანიზმის შემუშავება და კვების ერთეულის კონტროლისა და გაზომვის სტაბილური პარალელური კოდის შექმნა. მე მჯერა, რომ ჩვენ ვცადეთ მინიმუმ 4 განსხვავებული ვერსია, სანამ არ დაკმაყოფილდებოდით. მთავარი საზრუნავი იყო საკვები, რომელიც ბლოკავს გასასვლელს. ამის თავიდან ასაცილებლად, ჩვენ შევარჩიეთ Sledge-Hammer დიზაინი, ამ გზით, როდესაც ჩვენ კონტეინერს ვხსნით, "ჩაქუჩის" კუდი საკვებს მიაქვს გასასვლელისკენ. უფრო მეტიც, ორმხრივი მილის გამოყენებამ ჩვენი ცხოვრება გაცილებით გაამარტივა საკვების კონტეინერის აგებისას. ასეთი ობიექტი სრულყოფილია ერთ მხარეს გასასვლელი მექანიზმის დასაყენებლად, ხოლო მეორე მხარეს დისტანციის სენსორი მისი შინაარსის გასაზომად.

ლიმიტები

პროექტის ამ ეტაპზე, სისტემის შეზღუდვები რამდენიმეა:

1. ის სრულად არ არის ავტომატიზირებული, რაც იმას ნიშნავს, რომ წყლის კვება და ჩამოსხმა ხდება ხელით მონიტორინგის დაფის საშუალებით ყოველგვარი ჭკვიანი განრიგის გარეშე (რაც შეიძლება მომავალში დაემატოს, ან განახორციელოთ თქვენ მიერ!).
2. დაფა მუშაობს ადგილობრივად თქვენივე ლეპტოპიდან, რათა უფრო ხელმისაწვდომი გახადოს ის შეიძლება განთავსდეს ისეთ პოპულარულ პლატფორმებზე, როგორიცაა "Heroku".
3. ჩვენ გამოვიყენეთ კამერის ძალიან მარტივი მოდული, რომელიც შეიძლება შეიცვალოს ბევრად უფრო რთული მოდულით, რათა შესაძლებელი გახდეს სურათის უკეთესი ხარისხის და თქვენს შინაურ ცხოველებთან კომუნიკაციის არხის დამატება (სპიკერის გამოყენებით).

Მომავლის გეგმები

თუ ჩვენ გვქონდა დრო და ბიუჯეტი ამ სისტემის განვითარების გასაგრძელებლად, ჩვენ გვქონდა რამდენიმე იდეა და შესაძლო გრაფიკი მხედველობაში:

1. შინაური ცხოველების კვების დაგეგმვის ავტომატური სისტემის დამატება - მუშაობის 2 ~ 3 დღე.
2. ვებსაიტის შექმნა, რომელიც საშუალებას მისცემს ჩვენი სისტემის მომხმარებლებს შექმნან პერსონალური დაფა, რომელიც განთავსებულია ინტერნეტში და ხელმისაწვდომია ნებისმიერი დაკავშირებული მოწყობილობიდან - 1-2 თვის სამუშაო.
3. ამ სისტემის ინდუსტრიულ ვერსიაზე მუშაობა, რაც საშუალებას მისცემს შინაური ცხოველების მეტ მფლობელს უკეთ გააკონტროლონ და დაუკავშირდნენ თავიანთ შინაურ ცხოველებთან ინტერნეტით, ჩვენ დიდი ინტერესი გვქონდა მეგობრებისგან, რომლებმაც დაინახეს ამ ინსტრუქციის შედეგი. ასე რომ, თუ თქვენ გაქვთ დრო, რომ გაატაროთ პროექტი მომდევნო დონეზე - თქვენ გაქვთ სრული მხარდაჭერა!

ვიმედოვნებთ, რომ მოგეწონათ (და იმედია ააშენეთ!) ეს პროექტი:)