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

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Ett av de främsta målen för detta projekt var att kunna upprätthålla välbefinnandet i en trädgård med hjälp av Internet of Things (IoT). Med mångsidigheten hos de nuvarande verktygen och mjukvaran är vår planter integrerad med sensorer som övervakar växternas realtidsstatus. Vi byggde en smartphone -app som låter oss komma åt data och vidta nödvändiga åtgärder om det behövs.

Vår planterings design är skalbar, billig och enkel att bygga, vilket gör det till det perfekta alternativet att lägga till grönska på terrassen eller bakgården. Den smarta trädgården har visat sig vara mer effektiv i vattenförbrukning och underlättar underhåll och övervakning.

Följ vidare för att lära dig hur du skapar din egen databas och app genom att skapa en trädgård som kan övervakas med ett klick på en knapp!

Steg 1: Översikt över IOT -systemet

Iot -systemet fungerar genom följande processer. En Raspberry Pi används för att förmedla användbar information om trädgården, såsom ljusstyrka, luftfuktighet och fuktinnehåll i jorden från olika sensorer till en molndatabas. När informationen finns i molnet kan den nås var som helst med en smartphone -app som vi byggde. Denna process är också reversibel, användaren kan skicka instruktioner, till exempel vattenpumpens tillstånd, tillbaka till trädgården som utför de nödvändiga kommandona.

Följande är några av de viktigaste funktionerna i vår trädgård:

Realtidsåterkoppling av trädgårdens olika sensorer

Databas över trädgårdens hälsostatus

Global övervakning och driftskapacitet

Droppbevattningssystem

Appstyrt vattensystem

Automatiska vattningsscheman

Vi bestämde oss för att använda Googles Firebase som mellanhand för vårt IOT -system för att skapa vår egen gratis molndatabas. Vi använde sedan MITs App Inventor för att skapa en smartphone -applikation som är kompatibel med Firebase -databasen och Raspberry Pi. Det kan också kommunicera med databasen med hjälp av ett gratis Python -bibliotek.

Steg 2: Material som behövs:

Materialet som behövs för att göra iot -planteringen kan enkelt hittas i lokala eller onlinebutiker. Följande lista är en beskrivning av alla delar som behövs.

HARDWARE:

1 "Pine Wood Plank - mått; 300cm x 10cm (eftersom träet kommer att vara utomhus rekommenderar vi behandlat trä)

1/4 "plywood - mått; 120 cm x 80 cm

Presenningsark - mått; 180 cm x 275 cm

PVC -rör - mått; längd 30 cm, diameter 2 cm

Kirurgiskt rör - mått; 250 cm

Armbågsled x 2

Träskruv x 30

ELEKTRONIK:

Rasberry Pi3 modell B

Grove Pi + sensorsköld

12V magnetventil

Luftfuktighets- och temperatursensor (dht11)

Fuktsensor

Ljussensor

Relämodul

12V strömförsörjning

Den totala kostnaden för detta projekt är ungefär 50 USD

Steg 3: 3D -tryckta delar

Olika komponenter som behövde anpassas för detta projekt gjordes med hjälp av 3D -utskrift. Följande lista innehåller en komplett lista över delar och deras utskriftsspecifikationer. Alla STL -filer finns i en mapp som bifogas ovan, så att en kan göra nödvändiga ändringar om det behövs.

Rörled x 1, 30% fyllning

Munstycksadapter x 3, 30% fyllning

Rörplugg x 3, 10% fyllning

Krok x 2, 30% fyllning

Sensorfäste x 1, 20% fyllning

Ventiladapter x 1, 20% fyllning

Kabeldragning x 1, 20% fyllning

Vi använde vår Creality Ender 3 för att skriva ut delarna, vilket tog cirka 8 timmar för de 12 delarna.

Steg 4: Planerna

En är inte begränsad till de mått som vi valde att göra vår planterare, men bifogade ovan är alla detaljer som krävs för att göra projektet. I de följande stegen kan man referera gör dessa bilder för att hugga träet.

Steg 5: Bygg sidorna

För att hålla växterna bestämde vi oss för att göra en planteringsstruktur av trä. Den inre måtten på vår låda är 70 cm med 50 cm med en höjd av 10 cm. Vi använde tallbrädor för att bygga sidorna.

Med en cirkelsåg skär vi de fyra bitarna i längd (måtten bifogade ovan). Vi borrade pilothål på de markerade platserna och försänkte hålen så att skruvhuvudena satt jämnt. När det var klart körde vi i 8 träskruvar samtidigt som vi såg till att sidorna var fyrkantiga som säkrade ramen.

Steg 6: Montering av bottenpanelen

För att göra bottenpanelen skär vi en rektangulär bit av 5 mm plywood, som vi sedan skruvade fast på sidoramen. Se till att hålen är försänkta så att skruvarna ligger i linje med basen. De nödvändiga måtten finns bifogade ovan.

Steg 7: Hål för röret

Vår planterare är gjord för att rymma tre rader med växter. Därför för droppbevattningssystemet måste ena sidan hålla rören för vatteninmatningen.

Börja med att mäta diametrarna på kontakterna och dra dem på lika avstånd på den kortare sidan av ramen. Eftersom vi inte hade en förstnerbit borrade vi ett 10 mm hål och bredde sedan ut det med en sticksåg. För att jämna ut de grova kanterna kan man använda en Dremel tills kontakterna passar.

Steg 8: Anslutning av vattenrören

För att ansluta skarvarna skär du bara två bitar av PVC -rör 12 cm långt. Torrmonterar uppsättningen för att kontrollera om allt passar snyggt.

Skjut sedan in den 3d -tryckta fogen i det centrala hålet och de två PVC -armbågskontakterna på de motsatta ändarna tills de är spolade. Fäst panelen tillbaka på ramen och täck över kontakterna från insidan med 3d -tryckta adaptrar. Alla anslutningar är friktionspassade och bör vara vattentäta, om inte, kan man täta lederna med varmt lim eller teflontejp

Steg 9: Magnetventil

För att kontrollera vattenflödet till droppbevattningssystemet använde vi en magnetventil. Ventilen fungerar som en grind som öppnas när en elektrisk signal skickas vilket gör att den kan styras automatiskt. För att införliva det, fästde vi ena änden till vattenkällan och den andra till planterarens vatteninmatningsrör med hjälp av en mellanliggande adapter. Det är viktigt att ansluta ventilen i rätt orientering som vanligtvis är märkt "IN" för vatteninmatningen (en kran) och "OUT" för vatteneffekten (planteringen).

Steg 10: Anslutning av elektroniken

Nedan finns en tabell med de olika modulerna och sensorerna med sina respektive portar på grovepi+ -skärmen.

• Temperatur- och luftfuktighetssensor ==> port D4
• Relämodul ==> port D3
• Fuktsensor ==> port A1
• Ljussensor ==> port A0

Använd kopplingsschemat ovan som referens.

Steg 11: Sensorfack

Vi byggde en facklåda som rymde all elektronik med kvarvarande plywood. Vi kapade träet enligt elektronikens layout och limmade ihop bitarna. När limmet hade torkat monterade vi strömförsörjningen och Raspberry Pi i facklådan och matade trådarna på sensorerna genom en slits. För att täcka spåren tryckte vi in tryckta omslag för att täta eventuella luckor.

Sensorfästet har hål för att fästa pinnar på vilka du kan montera sensorerna. Fäst ljus- och fuktsensorn på ovansidan och fuktsensorn på den justerbara luckan. För att göra facklådan lätt avtagbar skruvade vi 3D -tryckta krokar och sensorfästet som gjorde att lådan kunde fästas på huvudstrukturen. På så sätt kan elektroniken och iot -systemenheten enkelt integreras i alla planter.

Steg 12: Skapa databasen

Det första steget är att skapa en databas för systemet. Klicka på följande länk (Google firebase), som leder dig till Firebase -webbplatsen (du måste logga in med ditt Google -konto). Klicka på "Kom igång" -knappen som tar dig till eldbaskonsolen. Skapa sedan ett nytt projekt genom att klicka på knappen "Lägg till projekt", fyll i kraven (namn, detaljer etc.) och slutför genom att klicka på "Skapa projekt" -knappen.

Vi behöver bara Firebases databasverktyg, så välj "databas" från menyn till vänster. Klicka sedan på knappen "Skapa databas", välj alternativet "testläge" och klicka på "aktivera". Ställ sedan in databasen till en "realtidsdatabas" istället för "molnfirestore" genom att klicka på rullgardinsmenyn högst upp. Välj fliken "regler" och ändra de två "falska" till "sanna", klicka slutligen på "data" -fliken och kopiera databasens URL, detta kommer att krävas senare.

Det sista du behöver göra är att klicka på kugghjulsikonen bredvid projektöversikten, sedan på "projektinställningar", välj sedan fliken "tjänstkonton", klicka till sist på "Databashemligheter" och anteckna säkerhetskoden av din databas. När detta steg är klart har du framgångsrikt skapat din molndatabas som kan nås från din smartphone och från Raspberry Pi. (Använd bilderna ovan för vissa tvivel, eller släpp bara en fråga eller kommentar i kommentarsfältet)

Steg 13: Konfigurera appen

Nästa del av IoT -systemet är smartphone -applikationen. Vi bestämde oss för att använda MIT App Inventor för att göra vår egen anpassade app. För att använda appen som vi skapade öppnar du först följande länk (MIT App Inventor), som leder dig till deras webbsida. Klicka sedan på "skapa appar" högst upp på skärmen och logga in med ditt Google -konto.

Ladda ner.aia -filen som är länkad nedan. Öppna fliken "projekt" och klicka på "Importera projekt (.aia) från min dator". Välj sedan filen som du just laddade ner och klicka på "ok". I komponentfönstret bläddrar du alla ner tills du ser "FirebaseDB1", klickar på det och ändrar "FirebaseToken", "FirebaseURL" till de värden som du hade noterat i föregående steg.

När dessa steg är klara är du redo att ladda ner och installera appen. Du kan ladda ner appen direkt till din telefon genom att klicka på "Bygg" -fliken och klicka på "App (ange QR -kod för.apk)" och sedan skanna QR -koden med din smartphone eller klicka på "App (spara.apk till min dator) "kommer du att ladda ner apk -filen till din dator som du måste flytta till din smartphone för att sedan installera.

Steg 14: Programmering av Raspberry Pi

Raspberry Pi måste blinkas med den senaste versionen av Raspbian (Raspbian). Om du planerar att använda GrovePi+ -skölden som vi gjorde, blinka din Raspberry Pi med den senaste versionen av "Raspbian for Robots" istället (Raspbian för Robots). När du har blinkat din Raspberry Pi måste du installera ett extra pythonbibliotek. Öppna terminalen och klistra in följande kommandon:

1. sudo pip installationsförfrågningar == 1.1.0
2. sudo pip installera python-firebase

När det är klart, ladda ner filen som bifogas nedan och spara den i en katalog på din Raspberry Pi. Öppna filen och bläddra ner till rad 32. På den här raden ersätt delen som säger "klistra in din URL här" med din databas URL som du hade noterat tidigare, se till att klistra in webbadressen mellan 's. Med detta är du klar, öppnar terminalen och kör python -skriptet med kommandot "python".

Steg 15: Använda appen

Gränssnittet för vår app är ganska självförklarande. De fyra översta rutorna visar realtidsvärden för ljusstyrka, temperatur, luftfuktighet och jordens fuktinnehåll i procent. Dessa värden kan uppdateras genom att klicka på knappen "få värden" som instruerar Raspberry Pi att uppdatera molndatabasen följt av "uppdatera" -knappen som uppdaterar skärmen när databasen har uppdaterats.

Den nedre delen av skärmen är för droppbevattningssystemet. "På" -knappen slår på vattenpumpen medan "av" -knappen stänger av den. "Auto" -knappen använder de olika sensorvärdena för att beräkna det exakta vattnet som behövs dagligen och vattnar växterna två gånger om dagen kl. 08.00 och 16.00.

Steg 16: Presenningsfodral

Eftersom jordens fukt kan ruttna träet med tiden, klippte vi ner ett presenningsark i storlek och klädde det på planters inre yta. Se till att dra den över sidorna och sedan slutligen hålla den på plats med lite lim. När vi var klara fyllde vi i jord som vi fick från en lokal gård. Sprid jorden jämnt till toppen och bädda sedan in de tre raderna i droppbevattningsslangen.

På hörnet nära vattenrören passar elektronikboxen och bäddar in fuktsensorn i jorden. Dessa gör ledningsarbetet enklare eftersom magnetventilen är nära elektroniken och enkelt kan anslutas.

Steg 17: Droppbevattningssystem

Skär tre delar av det kirurgiska röret som sträcker sig längs plantans längd (cirka 70 cm), detta kommer att fungera som den viktigaste dropplinjen för växterna. Planera därför det nödvändiga avståndet mellan plantorna och borra ett 1 mm hål och intervallerna. Testa om vattnet lätt droppar och förstora hålen om det behövs. Använd de tre pluggarna för att stänga ändarna och se till att vattnet endast kommer ut från dropphålen.

Bädda in rören något i jorden och du är redo att vattna dina växter!

Steg 18: Planteringsresultat

Bilderna ovan är resultaten av iot -trädgården som arbetat i en månad. Växterna är friska och vi lyckades odla örter som mynta och koriander.

Genom experiment har vi märkt att autoläget sparar nära 12% vatten per dag. När växterna vattnas genom droppbevattning växer deras rötter rakt och ger mer utrymme att odla fler växter i planteringen. Den enda nackdelen som vi observerade var att de större plantorna behöver mer jorddjup. Som sagt på grund av den modulära konstruktionen kan man enkelt lägga till en djupare bas till deras krav.

Sammanfattningsvis gör detta system inte bara din trädgård mer effektiv utan säkerställer också dina växters välbefinnande eftersom realtidsdataåterkoppling ger en robust metod för att ge rätt mängd vatten och solljus. Vi hoppas att det instruerbara var användbart och att det hjälper dig att odla din egen iot -trädgård.

Glad att göra!

Första priset i IoT Challenge