Vườn thông minh "SmartHorta": 9 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Xin chào các bạn, Tài liệu hướng dẫn này sẽ trình bày dự án đại học về một vườn rau thông minh cung cấp dịch vụ tưới cây tự động và có thể được điều khiển bằng ứng dụng di động. Mục tiêu của dự án này là phục vụ những khách hàng có nhu cầu trồng tại nhà, nhưng không có thời gian chăm sóc, tưới nước vào các thời điểm thích hợp hàng ngày. Chúng tôi gọi là "SmartHorta" vì horta có nghĩa là vườn rau trong tiếng Bồ Đào Nha.

Sự phát triển của dự án này đã được thực hiện để được phê duyệt theo nguyên tắc của Dự án Tích hợp tại Đại học Công nghệ Liên bang Parana (UTFPR). Mục tiêu là kết hợp một số lĩnh vực của Cơ điện tử như Cơ khí, Điện tử và Kỹ thuật điều khiển.

Cá nhân tôi cảm ơn các giáo sư tại UTFPR Sérgio Stebel và Gilson Sato. Và cả bốn người bạn cùng lớp của tôi (Augusto, Felipe, Mikael và Rebeca), những người đã giúp xây dựng dự án này.

Sản phẩm có khả năng bảo vệ chống lại thời tiết xấu, bảo vệ khỏi sâu bệnh, gió và mưa lớn. Nó cần được cấp nước bằng bồn chứa nước thông qua vòi. Thiết kế được đề xuất là một nguyên mẫu để phù hợp với ba loại cây, nhưng nó có thể mở rộng ra nhiều lọ hơn.

Ba công nghệ sản xuất được sử dụng trong đó: cắt laser, phay CNC và in 3D. Đối với phần tự động hóa, Arduino được sử dụng làm bộ điều khiển. Một mô-đun bluetooth được sử dụng để liên lạc và một ứng dụng Android đã được tạo thông qua MIT App Inventor.

Tất cả chúng tôi đều đậu với điểm gần 9.0 và rất vui với công việc này. Có một điều rất buồn cười là mọi người cứ nghĩ trồng cỏ trên thiết bị này, không hiểu sao.

Bước 1: Thiết kế khái niệm và mô hình hóa thành phần

Trước khi lắp ráp, tất cả các thành phần đã được thiết kế và mô hình hóa trong CAD bằng SolidWorks để đảm bảo rằng mọi thứ đều khớp hoàn hảo. Mục đích cũng là để phù hợp với toàn bộ dự án bên trong thùng xe ô tô. Do đó, kích thước của nó được xác định là 500mm ở mức tối đa. Việc sản xuất các thành phần này sử dụng công nghệ cắt laser, phay CNC và in 3D. Một số bộ phận bằng gỗ và đường ống đã bị cưa.

Bước 2: Cắt Laser

Cắt laser được thực hiện trên tấm thép AISI 1020 mạ kẽm dày 1mm, 600mm x 600mm và sau đó được gấp lại thành các tab 100mm. Phần đế có chức năng chứa các bình và bộ phận thủy lực. Các lỗ của chúng được sử dụng để đi qua các đường ống hỗ trợ, cảm biến và cáp điện từ, và để lắp bản lề cửa. Cũng được cắt bằng laser là một tấm hình chữ L dùng để lắp các đường ống vào mái nhà.

Bước 3: Máy phay CNC

Giá đỡ động cơ servo được sản xuất bằng máy phay CNC. Hai miếng gỗ được gia công, sau đó được dán và phủ một lớp bột trét gỗ. Một tấm nhôm nhỏ cũng được gia công để lắp động cơ vào giá đỡ bằng gỗ. Một cấu trúc mạnh mẽ đã được chọn để chịu được mô-men xoắn servo. Đó là lý do tại sao gỗ rất dày.

Bước 4: In 3D

Trong một nỗ lực để tưới cây một cách chính xác và kiểm soát độ ẩm của đất tốt hơn, người ta đã thiết kế một cấu trúc để dẫn nước từ ống cấp trên đế đến bình phun. Bằng cách sử dụng nó, máy phun được đặt ở vị trí luôn hướng về phía đất (với độ nghiêng 20º xuống dưới) thay vì lá của cây. Nó được in hai phần trên PLA màu vàng mờ và sau đó được lắp ráp bằng đai ốc và bu lông.

Bước 5: Cưa tay

Kết cấu mái bằng gỗ, cửa ra vào và ống nhựa PVC được cắt thủ công bằng máy cưa.

Mái nhà là một tấm eternit bằng sợi thủy tinh mờ và được cắt bằng máy cắt sợi cụ thể, sau đó được khoan và lắp vào gỗ bằng vít.

Cửa gỗ đã được đục phá, chà nhám, khoan lỗ, lắp ráp bằng vít gỗ, sơn phủ khối gỗ, sau đó giăng lưới chống muỗi bằng kim bấm để tránh bị mưa lớn hoặc côn trùng phá hoại.

Các ống nhựa PVC chỉ đơn giản là được cắt thành cái cưa tay.

Bước 6: Các thành phần cơ khí và thủy lực và lắp ráp

Sau khi chế tạo xong phần mái, phần đế, phần đầu và các cánh cửa, chúng tôi tiến hành lắp ráp phần kết cấu.

Đầu tiên, chúng tôi gắn các kẹp ống dẫn trên đế và tấm L bằng đai ốc và bu lông, sau đó lắp bốn ống PVC vào trong các kẹp. Sau khi bạn phải bắt vít mái nhà vào các tấm L. Sau đó chỉ cần vặn các cánh cửa và tay nắm bằng đai ốc và bu lông. Cuối cùng bạn phải lắp ráp phần thủy lực.

Nhưng chú ý, chúng ta nên quan tâm đến việc làm kín bộ phận thủy lực để không bị rò rỉ nước. Tất cả các kết nối phải được bịt kín bằng keo chỉ hoặc keo PVC.

Một số thành phần cơ khí và thủy lực đã được mua. Dưới đây là các thành phần:

- Bộ tưới

- 2x tay cầm

- Bản lề 8x

- Đầu gối PVC 2x 1/2"

- Kẹp ống 16x 1/2"

- 3x đầu gối 90º 15mm

- ống 1m

- Tay áo hàn màu xanh lam 1x 1/2"

- 1x 1/2 đầu gối hàn màu xanh lam

- 1x núm vú có thể luồn dây

- 3x tàu

- Vít gỗ 20x 3,5x40mm

- Chốt và đai ốc 40x 5/32"

- 1m màn chống muỗi

- ống nhựa pvc 1/2"

Bước 7: Linh kiện điện và điện tử và lắp ráp

Đối với việc lắp ráp các bộ phận điện và điện tử, chúng ta phải lo lắng về kết nối chính xác của các dây. Nếu kết nối sai hoặc đoản mạch xảy ra, người ta có thể mất các bộ phận đắt tiền mà mất thời gian để thay thế.

Để giúp việc gắn và truy cập Arduino dễ dàng hơn, chúng ta nên sản xuất một tấm chắn bằng bảng mạch đa năng, do đó, việc gỡ bỏ và tải xuống mã mới trên Arduino Uno dễ dàng hơn và cũng tránh được việc nhiều dây bị phân tán.

Đối với van điện từ, một tấm có bảo vệ optoisolated phải được làm cho ổ đĩa rơ le, để tránh nguy cơ cháy các đầu vào / đầu ra của Arduino và các thành phần khác. Cần chú ý khi kích hoạt van điện từ: không nên bật van điện từ khi không có áp lực nước (nếu không có thể bị cháy).

Ba cảm biến độ ẩm là cần thiết, nhưng bạn có thể thêm nhiều cảm biến khác để dự phòng tín hiệu.

Một số linh kiện điện và điện tử đã được mua. Dưới đây là các thành phần:

- 1x Arduino Uno

- Cảm biến độ ẩm đất 6x

- Van điện từ 1x 1/2 127V

- 1x động cơ servo 15kg.cm

- Nguồn 1x 5v 3A

- Nguồn 1x 5v 1A

- 1x mô-đun bluetooth hc-06

- 1x Đồng hồ thời gian thực RTC DS1307

- 1x rơ le 5v 127v

- 1x 4n25 optocoupler nghiêng

-1x thyristor bc547

- 1x diode n4007

- 1x kháng 470 ohms

- 1x kháng 10k ohms

- Tấm phổ thông 2x

- 1x dải điện với 3 ổ cắm

- 2 ổ cắm nam

- 1x phích cắm p4

- Cáp 2 chiều 10m

- 2m cáp internet

Bước 8: Lập trình C với Arduino

Lập trình Arduino về cơ bản là thực hiện kiểm soát độ ẩm đất của các lọ “n”. Đối với điều này, nó cần đáp ứng các yêu cầu về hoạt động của van điện từ, cũng như định vị động cơ servo và đọc các biến số của quá trình.

Bạn có thể sửa đổi số lượng tàu

#define QUANTIDADE 3 // Quantidade de plantas

Bạn có thể sửa đổi thời gian van sẽ mở

#define TEMPO_V 2000 // Tempo que a válvula ficará aberta

Bạn có thể sửa đổi Thời gian Chờ để đất ẩm.

#define TEMPO 5000 // Tempo de esperar para o solo umidecer.

Bạn có thể sửa đổi sự chậm trễ của người hầu.

#define TEMPO_S 30 // Trì hoãn do servo.

Đối với mỗi cảm biến độ ẩm đất có một dải điện áp khác nhau cho đất khô và đất ẩm hoàn toàn, vì vậy bạn nên kiểm tra giá trị này tại đây.

umidade [0] = map (umidade [0], 0, 1023, 100, 0);

Bước 9: Ứng dụng di động

Ứng dụng được phát triển trên trang web MIT App Inventor để thực hiện các chức năng giám sát và cấu hình dự án. Sau khi kết nối giữa điện thoại di động và bộ điều khiển, ứng dụng sẽ hiển thị trong thời gian thực độ ẩm (0 đến 100%) trong từng lọ trong số ba lọ và hoạt động đang được thực hiện tại thời điểm: hoặc ở chế độ chờ, di chuyển động cơ servo sang đúng vị trí hoặc tưới một trong các lọ. Cấu hình của loại cây trong mỗi bình cũng được tạo trên ứng dụng và các cấu hình hiện đã sẵn sàng cho chín loài thực vật (rau diếp, bạc hà, húng quế, hẹ, hương thảo, bông cải xanh, rau bina, cải xoong, dâu tây). Ngoài ra, bạn có thể nhập cài đặt tưới nước theo cách thủ công cho các loại cây không có trong danh sách. Các cây trong danh sách được chọn vì chúng dễ trồng trong các chậu nhỏ giống như trong mẫu thử nghiệm của chúng tôi.

Để tải ứng dụng trước tiên bạn phải tải ứng dụng MIT App Inventor trên điện thoại di động, bật wifi. Sau đó, trên máy tính, bạn nên đăng nhập vào trang web MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/ để đăng nhập, nhập dự án SmartHorta2.aia, rồi kết nối điện thoại di động của bạn qua mã QR.

Để kết nối arduino với điện thoại thông minh, bạn phải bật bluetooth trên điện thoại, bật arduino rồi ghép nối thiết bị. Vậy là xong, bạn đã kết nối với SmartHorta!