IoT-Terrarium: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:42

Min flickvän är besatt av husväxter, och för ett tag sedan nämnde hon att hon ville bygga ett terrarium. Hon var sugen på att göra det bästa jobbet och googlade hur man gör och bästa metoder för hur man skapar och tar hand om en av dessa. Det visar sig att det finns en miljon blogginlägg och inget rakt svar, och allt verkar bero på utseendet på hur enskilda terrarier växer. Eftersom jag är en vetenskapsman och jag gillar data för att veta om något faktiskt fungerar, ville jag utnyttja mina kunskaper om IoT och elektronik till ett bra sätt och skapa en IoT Terrarium -bildskärm.

Planen var att bygga ett sensorbaserat system som kunde övervaka temperatur, luftfuktighet och jordfuktighet från en enkel men elegant webbsida. Detta skulle göra det möjligt för oss att övervaka terrariets hälsa så att vi alltid visste att det var i bästa skick. Eftersom jag också älskar LED -lampor (jag menar vem som inte gör det), ville jag också lägga till en neopixel som skulle göra terrariet till det perfekta humöret eller nattljuset också!

Efter att ha planerat bygget visste jag att jag ville dela detta så att andra kunde göra egna. Så för att alla ska kunna reproducera det här projektet har jag bara använt lättkällmaterial som kan köpas i de flesta tegelbutiker eller enkelt via webbplatser som Adafruit och Amazon. Så om du är intresserad av att bygga ditt eget Iot-Terrarium på en söndagseftermiddag, läs vidare!

Tillbehör

För det mesta borde du kunna köpa liknande saker som jag själv. Men jag uppmuntrar dig att diversifiera och bli större och bättre, så några av objekten som anges nedan kanske du vill anpassa till din specifika byggnad. Jag kommer också att lista några alternativa material och metoder i hela detta obegripliga för dem som inte har tillgång till allt. Så för att börja finns det några verktyg du behöver för att följa med, dessa är;

• Drill & Bits - Används för att borra genom locket på terrariumbehållaren för att montera dina sensorer, lampor och styrenheter.
• Hotlimpistol - Används för att limma sensorerna på locket på terrariet. Du kan välja att använda en annan monteringsmetod som superlim eller muttrar och bultar.
• Lödkolv (tillval) - Jag bestämde mig för att göra ett dedikerat kretskort för detta projekt så att anslutningarna blev så bra som möjligt. Du kan också använda en brödbräda och bygelkablar och uppnå samma resultat.
• Cirka 4 timmar - Det här projektet från början till slut i byggandet tog mig cirka 4 timmar eller så att slutföra. Detta beror på hur du bestämmer dig för att bygga din version

Nedan finns en lista över material för elektroniken för avkänning och kontroll av terrariet. Du behöver inte använda alla sensorer, inte heller måste du använda samma sensorer för ditt terrarium, men för den medföljande koden kommer dessa material att fungera ur lådan. Lite uppmärksamt, jag använder Amazon -länkar för detta, så tack för stödet om du bestämmer dig för att köpa något från dessa länkar.

• En ESP8266 - Används för att styra neopixeln, läsa data från sensorerna och visa dig webbsidan. Du kan också välja att använda Adafruit HUZZAH
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (eller från Adafruit) - Det här är fantastiska små neopixlar i en bra formfaktor. De har också alla andra nödvändiga passiva komponenter för enkel kontroll.
• DHT11 Temperaturfuktighetssensor (eller från Adafruit) - En grundläggande temperatur- och fuktsensor. Du kan också använda DHT22 eller DHT21 för detta.
• Jordfuktighetssensor (eller från Adafruit) - Dessa finns i två smaker. Jag använde en resistiv typ, men jag rekommenderar den kapacitiva typen som den från Adafruit. Mer om dessa senare.
• En 5V (1A) strömförsörjning- Du behöver en 5V strömförsörjning för detta projekt. Detta måste ha minst 1A ström, så du kan också använda ett vanligt USB -vägguttag också.
• En prototyp PCB- Används för att koppla ihop allt i en robust herrgård. Kan också använda en brödbräda och några bygelkablar också.
• Några monteringsbultar - Används för att montera din PCB på locket på din burk. Du kan också använda varmt lim.
• PCB Headers- För att montera NodeMCU på PCB.
• Wire - Alla typer av trådar för att ansluta kretskortet och sensorerna tillsammans.

För ditt faktiska terrarium finns det obegränsade alternativ som du har. Jag rekommenderar starkt att du går till ditt närmaste trädgårdscenter för alla dina tillbehör samt råd. Där kan du också be om hjälp med den bästa kombinationen av material för att bygga ett Terrarium för de växter du använder. För mig själv hade mitt lokala trädgårdscenter allt nödvändigt material i bekväma små påsar. Dessa var;

• En glasburk - Finns vanligtvis i din hemaffär. Detta kan vara av vilken form eller storlek du vill, men bör ha ett lock som gör att du kan borra igenom och fästa elektronik.
• Växter - Den viktigaste delen. Välj klokt och se till att matcha alla material i byggnaden som passar din anläggning. Jag använde lite hjälp härifrån.
• Jord, sand, småsten, träkol och mossa - Dessa är de grundläggande byggstenarna i ett terrarium och är vanligtvis lätta att hitta i en järnaffär med en trädgårdsavdelning eller din lokala plantskola

Kolla också in ett stort antal terrariumbyggnader här på Instructables också!

Steg 1: Gör ditt terrarium

För att börja måste vi faktiskt bygga ett terrarium innan vi kan ansluta det till internet! Det finns inget rätt eller fel sätt att sammanställa ett terrarium, men det finns dock bästa praxis som jag kommer att försöka beskriva.

Det första och viktigaste är att du strävar efter att efterlikna den miljö som dina utvalda växter trivs i. Vanligtvis använder ett terrarium mer tropiska fuktälskande växter, men många använder fortfarande saker som succulenter i en öppen toppad behållare. Jag valde en mer tropisk växt för denna konstruktion så att jag kunde ha ett förseglat lock som jag ska använda för att montera elektroniken på.

Nästa bästa praxis är ordningen för hur ingredienserna i ett terrarium sätts ihop. För bästa resultat måste du lägga dem på rätt sätt så att vatten kan rinna och filtrera genom systemet och cykla tillbaka genom. Se upp för att bli över nitisk med växter och material. Ta ut din burk, växter och material innan du lägger dem helt, annars kanske allt inte passar.

Följande med bilderna för detta steg är instruktionerna nedan hur du kan lagra ditt terrarium för bästa resultat;

1. Lägg några småstenar i botten av burken. Detta är för dränering och lämnar en plats för vatten att samla in.
2. Lägg sedan ett lager mossa, det här är ett filter för att stoppa marken från att falla genom småstenens sprickor och så småningom förstöra den effekt som stenarna ger. Detta kan också uppnås med ett trådnät också
3. Lägg sedan till ditt kol ovanpå. Detta kol fungerar som ett vattenfilter
4. Ovanpå kolet kan du nu lägga till jord. I det här skedet vill du kontrollera hur full din burk blir då du kan tömma allt och börja om här lättare än senare
5. (Valfritt) Du kan också lägga till andra material som sand för en skiktningseffekt. Jag tillsatte ett mycket fint sandlager för en estetisk effekt och lagrade sedan resten av min jord.
6. Gör sedan ett hål i mitten och kruka sedan av dina växter och placera dem försiktigt i mitten.
7. Om du kan nå, klappa jorden a runt dina växter för att bädda in dem ordentligt i jorden.
8. Avsluta med att lägga till några dekorativa stenar ovanpå och lite mossa som kommer att leva med lite fukt.

Nu var det superenkelt att sätta upp ett eller två terrarium på en söndagseftermiddag! Men ta inte mitt ord för evangelium, se till att ta en titt på hur andra har byggt sitt.

Steg 2: Gör det smart

Dags att få ditt terrarium att sticka ut från andra. Dags att göra det smart. För att göra detta måste vi veta vad vi vill mäta och varför. Jag är ingen expert på trädgårdsarbete, så det här är en första för mig, men jag förstår sensor- och mikrokontroller mycket bra, så att tillämpa mina kunskaper i den ena kommer förhoppningsvis att överbrygga klyftan till den andra.

Efter lite googling för att ta reda på vilka mätvärden som skulle vara bäst gick jag och shoppade för att hitta lämpliga sensorer att arbeta med. Det slutade med att jag valde 3 saker att mäta. Dessa var temperatur, luftfuktighet och jordfuktighet. Dessa tre mätvärden ger en generell översikt över vårt terrariums hälsa och hjälper oss att meddela om det är hälsosamt eller kräver vård.

För att mäta temperatur och luftfuktighet valde jag DHT11. Dessa är lätt tillgängliga från många källor som Adafruit och andra elektronikbutiker. De stöds också fullt ut i Arduino -miljön tillsammans med andra sensorer från samma familj som DHT22 och DHT21. Koden i slutet av denna instruktionsbok stöder alla versioner, så du kan välja vilken version som passar din budget och tillgänglighet.

Jordfuktighetssensorer finns i två smaker; resistiv och kapacitiv. För detta projekt slutade jag med en resistiv sensor eftersom det var det som var tillgängligt för mig vid den tiden, men en kapacitiv sensor skulle ge samma resultat.

De resistiva sensorerna fungerar genom att applicera en spänning på två stift i jorden och mäta spänningsfallet. Om jorden är fuktig blir det mindre spänningsfall och därför ett större värde som läses av ADC för mikrokontrollen. Skönheten i dessa är enkelheten och kostnaden, varför jag slutade använda den här versionen.

Kapacitiva sensorer fungerar genom att skicka en signal till en av två stift på jord som den resistiva versionen, skillnaden är att den letar efter en fördröjning när spänningen kommer till nästa stift. Detta händer mycket snabbt, men alla smarts tas vanligtvis ombord på sensorn. Utgången som de resistiva versionerna är vanligtvis också analog så att den kan anslutas till den analoga stiftet på mikrokontrollen.

Nu är tanken bakom dessa sensorer inte att ge ett absolut värde på allt eftersom deras mätteknik och fysiska egenskaper beror på för många variabler i ditt terrarium. Sättet att titta på data från dessa sensorer, särskilt markfuktigheten, är relativt eftersom de inte riktigt är kalibrerade. Så för att ta bort gissningsspelet när du ska vattna eller ta hand om din trädgård måste du titta lite på hur ditt terrarium går och matcha det mentalt med dina sensordata.

Steg 3: Gör kretskortet

För detta projekt bestämde jag mig för att göra min egen PCB av prototypkort. Jag valde detta för att allt skulle kopplas ihop mer robust än ett brödbräda eller genom huvudtrådar. Med detta sagt, om du köper rätt formfaktor för sensorer och styrenheter, kan du trotsigt bygga detta på en brödbräda om du inte har tillgång till ett lödkolv.

Nu kommer ditt terrarium med största sannolikhet att använda en annan burk än min och kommer därför inte att använda exakt det kretskort som jag har gjort, så jag går inte in på detaljer om den exakta metoden jag använde för att skapa den. Istället nedan är en serie vägledande steg du kan vidta för att se till att du uppnår samma resultat. I slutändan är allt du behöver göra för att projektet ska fungera att följa kretsschemat i bilderna.

1. Börja med att lägga kretskortet ovanpå locket för att se hur allt kommer att passa. Markera sedan alla snittlinjer och monteringshål på kretskortet. i detta steg bör du också markera var hålet i locket för trådar ska vara.
2. Kapa sedan ner din bräda om du använder prototypkort. Du kan göra detta med en kniv och en rak kant genom att sticka längs hålen och knäppa den.
3. Använd sedan en borr och bilda monteringshålen för skruvarna som går igenom i locket. Denna håldiameter bör vara större än dina skruvar. Jag använde ett 4 mm hål för M3 -skruvar. Du kan också använda varmt lim för att montera kretskortet på locket också.
4. I detta skede är det en bra idé att också göra monteringshålen i locket medan det inte finns några komponenter på kretskortet. Så lägg din PCB ovanpå locket, markera hålen och borra dem med en mindre diameter än dina monteringsbultar. Detta gör att bultarna kan bita i locket.
5. Borra hålet så att dina ledningar går igenom hela vägen. Jag gjorde ett 5 mm hål till mitt som var precis lagom stor. I detta skede är det också en bra idé att markera och borra samma hål i locket.
6. Nu kan du lägga ut komponenter på ditt kretskort och börja lödas. Börja med rubrikerna för ESP8266.
7. Med ESP8266 -sidhuvuden på plats vet du nu var stiften ligger, så att du nu kan klippa upp några ledningar för att ansluta dina sensorer. Se till att de är längre än du behöver, eftersom du kan klippa ner dem senare. Dessa ledningar bör vara för all din kraft + och -, liksom datalinjerna. Jag färgkodade också dessa så jag visste vad som var vad.
8. Löd sedan alla trådar du behöver för brädet enligt kretsschemat och skjut dem genom hålet på kretskortet redo för montering på locket och anslutning till dina sensorer.
9. Sist måste du ansluta din strömförsörjning. Jag lade till en liten kontakt (inte på bilder) för detta. Men du kan också lödda den direkt.

Det är det för kretskortmonteringen! Det är mestadels mekaniska förslag eftersom det är upp till dig att lägga ut ditt kretskort som passar ditt lock. I detta skede ska du inte montera kretskortet på locket eftersom vi kommer att behöva montera sensorn på undersidan i nästa steg.

Steg 4: Gör locket

Dags att montera sensorerna och lamporna på locket! Om du följde det sista steget bör du ha ett lock med alla PCB -monteringshål och ett stort hål för sensorkabeln att gå igenom. Om du gör det kan du nu utforma lamporna och sensorerna på det sätt som du skulle vilja ha det. Precis som det sista steget kommer metoden du använder förmodligen att vara lite annorlunda, men här är en lista med steg som hjälper dig att lägga upp locket

Varning: Datapunkterna för neopixlarna har en riktning. Var uppmärksam på ingång och utgång för varje ljus genom att leta efter pilarna på kretskortet. Se till att data alltid går från utgång till ingång.

1. Börja med att placera lamporna och temperatursensorn på locket för att se var du vill montera dem. Jag föreslår att hålla temperatursensorn borta från lamporna eftersom de kommer att avge lite värme. Men förutom det är layouten helt upp till dig.
2. Med allt lagt ut kan du klippa upp lite tråd för att ansluta lamporna tillsammans. Jag gjorde detta genom att klippa en testbit och använda den som en guide för att skära resten.
3. Därefter använde jag lite blå-tak för att hålla nere lamporna och lödde trådarna till dem med hjälp av kuddarna på sidorna av florabrädorna. Var uppmärksam på ljusets datariktningar.
4. Jag tog sedan bort blå-taket från lamporna och använde varmt lim för att fästa dem på locket tillsammans med temperatursensorn på den plats jag var nöjd med.
5. Ta nu din PCB och montera den på locket där du borrade och knackade hål tidigare. Skjut ledningarna genom det stora hålet redo att anslutas till sensorerna.
6. Löd sedan var och en av ledningarna till de korrekta sensorerna enligt kretsschemat i föregående steg.
7. Eftersom jordsensorn inte är monterad på locket måste du se till att trådarna är tillräckligt långa för att den ska planteras i jorden. När du har klippt ner, löd på din jordsensor.

Grattis, du bör nu ha ett fullt monterat sensorbaserat lock komplett med temperatur-, fukt- och jordfuktighetssensorer. I senare steg ser du att jag lade till en 3D -tryckt hatt av träharts för att täcka ESP8266 också. Jag har inte beskrivit hur man gör detta eftersom den slutliga formen och storleken på ditt terrarium förmodligen kommer att skilja sig åt och inte alla har tillgång till en 3D -skrivare. Men jag vill påpeka det så fungerar som en idé om hur du kanske vill avsluta ditt projekt!

Steg 5: Kodning av ESP8266 med Arduino

Med ditt sensor-fied lock klart att gå, är det dags att lägga smarts i det. För att göra detta behöver du Arduino -miljön med ESP8266 -kort installerade. Det här är trevligt och lätt att komma igång tack vare den stora gemenskapen bakom det.

För detta steg föreslår jag att ESP8266 inte är ansluten till kretskortet så att du kan felsöka eventuella problem med uppladdning och körning först. När din ESP8266 fungerar och är ansluten till WiFi för första gången, föreslår jag att du ansluter den till kretskortet.

Ställ in Arduino -miljön:

Först behöver du Arduino -miljön som kan laddas ner härifrån för de flesta operativsystem. Följ installationsanvisningarna och vänta tills den är klar. När det är klart öppnar du det och vi kan lägga till ESP8266 -korten genom att följa de stora stegen på det officiella GitHub -förvaret här.

När du har lagt till det måste du välja korttyp och blixtstorlek för att detta projekt ska fungera. I menyn "verktyg"-> "kort" måste du välja "NodeMCU 1.0" -modulen, och i alternativen för Flash-storlek måste du välja "4M (1M SPIFFS)".

Lägger till biblioteken

Det är här de flesta människor fastnar när de försöker replikera någons projekt. Bibliotek är jobbiga och de flesta projekt är beroende av att en specifik version ska installeras för att fungera. Medan Arduino -miljön delvis tar upp detta problem, är det vanligtvis källan till kompileringstidsproblem som nybörjare hittar. Detta problem löses av andra språk och miljöer med något som kallas "förpackning", men Arduino -miljön stöder inte detta … tekniskt.

För personer med en helt ny installation av Arduino -miljön kan du hoppa över det här, men för andra som vill veta hur man ser till att alla projekt de gör med Arduino -miljön kommer att fungera (förutsatt att det inte går ur lådan till att börja med) du kan göra det här. Arbetet är beroende av att du skapar en ny mapp var du vill och riktar din "Sketchbook" -plats i "fil"-> "inställningar" -menyn. Högst upp där det står skissbokens plats, klicka på bläddra och navigera till din nya mapp.

När du har gjort detta kommer du inte att ha några bibliotek installerade här, vilket gör att du kan lägga till alla som du vill utan de som du hade installerat tidigare. Detta innebär att för ett specifikt projekt som det här kan du lägga till biblioteken som följer med mitt GitHub -förvar och inte ha några krockar med andra som du kanske har installerat. Perfekt! Om du vill gå tillbaka till dina gamla bibliotek är det bara att byta plats för skissboken till den ursprungliga, det är så enkelt.

Nu för att lägga till biblioteken för det här projektet måste du ladda ner zip -filen från GitHub -förvaret och installera alla bibliotek i den medföljande mappen "bibliotek". Dessa lagras alla som.zip -filer och kan installeras med hjälp av stegen som föreslås på Arduinos officiella webbsida för detta.

Ändra erforderliga variabler

När du har laddat ner och installerat allt är det dags att börja kompilera och ladda upp koden till kortet. Så med det nedladdade förvaret borde det också finnas en mapp som heter "IoT-Terrarium" med en massa.ino-filer i. Öppna huvudfilen "IoT-Terrarium.ino" och rulla ner till huvudvariablerna i skissen nära toppen.

Här måste du ändra ett par nyckelvariabler för att matcha det du har byggt. Det första du behöver lägga till är dina WiFi -uppgifter till skissen så att ESP8266 loggar in på ditt WiFi så att du kan komma åt det. Dessa är skiftlägeskänsliga så var försiktig.

Sträng SSID = "";

String Password = "";

Nästa är tidszonen du befinner dig i. Detta kan vara ett positivt eller negativt tal. Till exempel är Sydney +10;

#define UTC_OFFSET +10

Efter det är provtagningsperioden och mängden data som enheten ska lagra. Antalet samlade prover måste vara tillräckligt litet för att mikrokontrollern ska kunna hantera. Jag har funnit att allt under 1024 är okej, allt större är instabilt. Insamlingsperioden är tiden mellan prover i millisekunder.

Multiplicera dessa tillsammans ger dig hur länge data kommer att gå tillbaka för, standardinställningarna på 288 respektive 150000 (2,5 minuter) ger en tidsperiod på 12 timmar, ändra dessa för att passa hur långt tillbaka du skulle vilja se.

#define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

I de föregående stegen anslöt jag lysdioderna till stift D1 (stift 5) på ESP8266. Om du har ändrat detta eller har lagt till mer eller mindre lysdioder kan du ändra detta på de två raderna;

#define NUM_LEDS 3 // Antalet lysdioder som du har anslutit

#define DATA_PIN 5 // Stiftet som lysdiodens datarad är på

Det sista du behöver ändra är dina DHT11 -inställningar. Ändra bara stiftet som det är anslutet till och typen om du inte har använt DHT11;

#define DHT_PIN 4 // Datapinnen som du har anslutit din DHT -sensor till

#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

Kompilera och ladda upp

Efter att du har ändrat allt du behöver kan du gå vidare och sammanställa skissen. Om allt är bra ska det kompilera och ge inga fel längst ner på skärmen. Om du fastnar kan du kommentera nedan och jag borde kunna hjälpa. Gå vidare och anslut ESP8266 med en USB -kabel till din dator och tryck på uppladdning. När det är gjort bör det starta och ansluta till WiFi. Det finns också några meddelanden i seriemonitorn för att berätta vad den gör. Android -användare bör notera den IP -adress som anges eftersom du måste känna till den.

Det är allt! Du har laddat upp koden. Nu för att fästa locket på terrariet och se vad sensorerna har att säga.

Steg 6: Slutprodukten

När allt har satts ihop, stick jordmätaren i jorden så att de två tapparna täcks. Stäng sedan bara locket, anslut strömförsörjningen och slå på! Du kan nu navigera till webbsidan för EPS8266 om du har samma WiFi -nätverk som det. Detta kan göras genom att gå till dess IP -adress eller genom att använda mDNS på; https://IoT-Terrarium.local/ (För närvarande anteckning som stöds av Android, suck)

Webbplatsen är där för att visa dig all data du samlar in och för att kontrollera hälsotillståndet för dina växter. Du kan nu se all statistik från alla dina sensorer, och viktigast av allt slå på lysdioderna för ett unikt litet nattljus, fantastiskt!

Du kan också spara sidan på din startskärm på antingen iOS eller Android så att den fungerar som en app. Se bara till att vara på samma WiFi -nätverk som din ESP8266 när du klickar på det.

Det är det för det här projektet, om du har några kommentarer eller frågor, lämna dem i kommentarerna. Tack för att du läste och lyckades göra!