Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 bước (có hình ảnh)

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

Một trong những mục tiêu chính của dự án này là có thể duy trì sự sung túc của một khu vườn bằng cách sử dụng sức mạnh của Internet of Things (IoT). Với tính linh hoạt của các công cụ và phần mềm hiện tại, máy trồng cây của chúng tôi được tích hợp các cảm biến theo dõi trạng thái thời gian thực của cây trồng. Chúng tôi đã xây dựng một ứng dụng dành cho điện thoại thông minh cho phép người dùng truy cập vào dữ liệu và thực hiện các hành động cần thiết nếu cần thiết.

Thiết kế của chậu trồng cây của chúng tôi có thể mở rộng, chi phí thấp và dễ xây dựng, làm cho nó trở thành lựa chọn hoàn hảo để thêm cây xanh vào sân thượng hoặc sân sau của một người. Khu vườn thông minh đã được chứng minh là tiêu thụ nước hiệu quả hơn và tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì và giám sát.

Hãy tiếp tục để tìm hiểu cách tạo cơ sở dữ liệu và ứng dụng của riêng bạn, bằng cách tạo một khu vườn có thể được giám sát chỉ bằng một cú nhấp chuột!

Bước 1: Tổng quan về Hệ thống IOT

Hệ thống Iot hoạt động thông qua các quá trình sau. Raspberry Pi được sử dụng để chuyển tiếp thông tin hữu ích của khu vườn, chẳng hạn như độ sáng, độ ẩm và độ ẩm trong đất từ các cảm biến khác nhau vào cơ sở dữ liệu đám mây. Khi thông tin ở trên đám mây, nó có thể được truy cập từ bất kỳ đâu bằng ứng dụng dành cho điện thoại thông minh mà chúng tôi đã xây dựng. Quá trình này cũng có thể đảo ngược, người dùng có thể gửi các hướng dẫn, chẳng hạn như trạng thái của máy bơm nước, trở lại khu vườn để thực hiện các lệnh cần thiết.

Sau đây là một số đặc điểm chính của khu vườn của chúng tôi:

Phản hồi thời gian thực của các cảm biến khác nhau của khu vườn

Cơ sở dữ liệu về tình trạng sức khỏe của vườn

Năng lực giám sát và điều hành toàn cầu

Hệ thống tưới nhỏ giọt

Hệ thống nước kiểm soát ứng dụng

Lịch tưới tự động

Chúng tôi quyết định sử dụng Firebase của Google làm trung gian cho hệ thống IOT của chúng tôi, để tạo cơ sở dữ liệu đám mây miễn phí của riêng chúng tôi. Sau đó, chúng tôi sử dụng App Inventor của MIT để tạo một ứng dụng điện thoại thông minh tương thích với cơ sở dữ liệu Firebase và Raspberry Pi. Nó cũng có thể giao tiếp với cơ sở dữ liệu với sự trợ giúp của thư viện Python miễn phí.

Bước 2: Vật liệu cần thiết:

Bạn có thể dễ dàng tìm thấy các vật liệu cần thiết để làm giàn trồng cây iot ở các cửa hàng trực tuyến hoặc địa phương. Danh sách sau đây là mô tả của tất cả các bộ phận cần thiết.

PHẦN CỨNG:

1 "Ván gỗ thông - kích thước; 300cm x 10cm (vì gỗ sẽ là gỗ ngoài trời, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng gỗ đã qua xử lý)

Ván ép 1/4 "- kích thước; 120cm x 80cm

Tấm bạt - kích thước; 180cm x 275cm

Ống PVC - kích thước; chiều dài 30cm, Dia 2cm

Ống phẫu thuật - kích thước; 250cm

Khớp khuỷu tay x 2

Vít gỗ x 30

THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ:

Rasberry Pi3 Model B

Grove Pi + Tấm chắn cảm biến

Van điện từ 12V

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ (dht11)

Cảm biến độ ẩm

Cảm biến độ sáng

Mô-đun chuyển tiếp

Nguồn điện 12V

Tổng chi phí của dự án này là khoảng 50 USD

Bước 3: Các bộ phận in 3d

Các thành phần khác nhau cần được tùy chỉnh cho dự án này đã được thực hiện với sự trợ giúp của in 3d. Danh sách sau đây chứa danh sách đầy đủ các bộ phận và thông số kỹ thuật in của chúng. Tất cả các tệp STL được cung cấp trong một thư mục đính kèm ở trên, cho phép một người thực hiện các sửa đổi cần thiết nếu cần.

Ống nối x 1, 30% điền vào

Bộ chuyển đổi vòi x 3, 30% nạp

Cắm ống x 3, 10% điền vào

Móc x 2, nạp 30%

Giá treo cảm biến x 1, 20% nạp

Bộ điều hợp van x 1, 20% nạp

Nắp đậy dây x 1, 20% nạp

Chúng tôi đã sử dụng Creality Ender 3 của mình để in các phần, mất khoảng 8 giờ cho 12 phần.

Bước 4: Kế hoạch

Một không bị giới hạn về kích thước mà chúng tôi đã chọn để làm chậu cây của mình, nhưng đính kèm ở trên là tất cả các chi tiết cần thiết để tạo ra dự án. Trong các bước sau, người ta có thể tham khảo những hình ảnh này để cắt gỗ.

Bước 5: Xây dựng các mặt

Để giữ cây, chúng tôi quyết định làm một cấu trúc trồng cây bằng gỗ. Kích thước bên trong của hộp của chúng tôi là 70 cm x 50 cm với chiều cao 10 cm. Chúng tôi đã sử dụng ván gỗ thông để xây dựng các bên.

Sử dụng một cái cưa tròn, chúng tôi cắt bốn mảnh theo chiều dài (kích thước được đính kèm ở trên). Chúng tôi khoan các lỗ thí điểm tại các điểm đã đánh dấu và đục lỗ sao cho các đầu vít bằng phẳng. Sau khi hoàn thành, chúng tôi lắp 8 vít gỗ trong khi đảm bảo các mặt vuông vắn để giữ chặt khung.

Bước 6: Lắp bảng điều khiển phía dưới

Để làm bảng điều khiển phía dưới, chúng tôi cắt một miếng ván ép 5mm hình chữ nhật, sau đó chúng tôi bắt vít vào khung bên. Đảm bảo rằng các lỗ được đục chìm để các vít thẳng hàng với đế. Các kích thước cần thiết có thể được tìm thấy đính kèm ở trên.

Bước 7: Lỗ cho đường ống

Chậu trồng cây của chúng tôi được tạo ra để chứa ba hàng cây. Do đó đối với hệ thống tưới nhỏ giọt một bên cần giữ các đường ống dẫn nước đầu vào.

Bắt đầu bằng cách đo đường kính của các đầu nối và vẽ chúng cách đều nhau ở cạnh ngắn hơn của khung. Vì chúng tôi không có một chút forstner, chúng tôi khoan một lỗ 10mm và sau đó mở rộng nó bằng một hình ghép. Để làm mịn các cạnh thô, người ta có thể sử dụng Dremel cho đến khi các đầu nối khớp với nhau.

Bước 8: Kết nối các đường ống nước

Để kết nối các khớp chỉ cần cắt hai đoạn ống PVC dài 12 cm. Khô khít với thiết bị đã lắp đặt để kiểm tra xem mọi thứ có vừa khít với nhau không.

Sau đó ấn vào khớp in 3d ở lỗ trung tâm và hai đầu nối khuỷu tay PVC ở hai đầu đối diện cho đến khi chúng phẳng. Gắn bảng điều khiển trở lại khung và đậy các đầu nối từ bên trong bằng các bộ điều hợp in 3d. Tất cả các kết nối đều phù hợp với ma sát và phải kín nước, nếu không, người ta có thể dán các mối nối bằng keo nóng hoặc băng Teflon

Bước 9: Van điện từ

Để kiểm soát dòng nước chảy vào hệ thống tưới nhỏ giọt chúng tôi đã sử dụng van điện từ. Van hoạt động như một cánh cổng mở ra khi một tín hiệu điện được gửi đi khiến nó có thể được điều khiển tự động. Để kết hợp nó, chúng tôi gắn một đầu vào nguồn nước và đầu kia vào đường ống cấp nước của nhà máy bằng bộ chuyển đổi trung gian. Điều quan trọng là phải kết nối van theo đúng hướng thường được gắn thẻ là "IN" cho đầu vào nước (vòi) và "OUT" cho đầu ra nước (chậu cây).

Bước 10: Đấu dây điện tử

Dưới đây là bảng với các mô-đun và cảm biến khác nhau với các cổng tương ứng trên grovepi + khiên.

• Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm ==> cổng D4
• Mô-đun chuyển tiếp ==> cổng D3
• Cảm biến độ ẩm ==> cổng A1
• Cảm biến ánh sáng ==> cổng A0

Sử dụng sơ đồ nối dây được đính kèm ở trên để tham khảo.

Bước 11: Ngăn cảm biến

Chúng tôi đã xây dựng một chiếc hộp ngăn chứa tất cả các thiết bị điện tử bằng ván ép còn sót lại. Chúng tôi cắt gỗ theo cách bố trí của thiết bị điện tử và dán các mảnh lại với nhau. Khi keo đã khô, chúng tôi gắn bộ nguồn và Raspberry Pi vào hộp ngăn, đưa dây của các cảm biến qua một khe. Để che các khe, chúng tôi đã đẩy vào các tấm bìa in để bịt kín bất kỳ khoảng trống nào.

Giá gắn cảm biến có các lỗ để gắn các chốt mà bạn có thể gắn các cảm biến vào. Gắn cảm biến độ sáng và độ ẩm ở trên cùng và cảm biến độ ẩm trên khe điều chỉnh. Để làm cho hộp ngăn có thể tháo rời dễ dàng, chúng tôi đã vặn các móc in 3D và giá đỡ cảm biến cho phép hộp kẹp vào cấu trúc chính. Bằng cách này, đơn vị hệ thống iot và điện tử có thể được tích hợp dễ dàng vào bất kỳ máy trồng cây nào.

Bước 12: Tạo cơ sở dữ liệu

Bước đầu tiên là tạo cơ sở dữ liệu cho hệ thống. Nhấp vào liên kết sau (Google firebase), liên kết này sẽ dẫn bạn đến trang web Firebase (bạn sẽ phải đăng nhập bằng tài khoản Google của mình). Nhấp vào nút "Bắt đầu" sẽ đưa bạn đến bảng điều khiển firebase. Sau đó, tạo một dự án mới bằng cách nhấp vào nút "Thêm dự án", điền các yêu cầu (tên, chi tiết, v.v.) và hoàn thành bằng cách nhấp vào nút "Tạo dự án".

Chúng tôi chỉ yêu cầu các công cụ cơ sở dữ liệu của Firebase, vì vậy hãy chọn "cơ sở dữ liệu" từ menu ở phía bên trái. Tiếp theo nhấp vào nút "Tạo cơ sở dữ liệu", chọn tùy chọn "chế độ thử nghiệm" và nhấp vào "bật". Tiếp theo, đặt cơ sở dữ liệu thành "cơ sở dữ liệu thời gian thực" thay vì "kho lưu trữ đám mây" bằng cách nhấp vào trình đơn thả xuống ở trên cùng. Chọn tab "quy tắc" và thay đổi hai từ "sai" thành "đúng", cuối cùng nhấp vào tab "dữ liệu" và sao chép URL cơ sở dữ liệu, điều này sẽ được yêu cầu sau này.

Điều cuối cùng bạn cần làm là nhấp vào biểu tượng bánh răng bên cạnh tổng quan dự án, sau đó vào "cài đặt dự án", sau đó chọn tab "tài khoản dịch vụ", cuối cùng nhấp vào "Bí mật cơ sở dữ liệu" và ghi lại mã bảo mật của cơ sở dữ liệu của bạn. Với bước này hoàn tất, bạn đã tạo thành công cơ sở dữ liệu đám mây của mình, cơ sở dữ liệu này có thể được truy cập từ điện thoại thông minh của bạn và từ Raspberry Pi. (Sử dụng các hình ảnh đính kèm ở trên trong trường hợp có nghi ngờ nào đó, hoặc chỉ cần thả câu hỏi hoặc nhận xét trong phần bình luận)

Bước 13: Thiết lập ứng dụng

Phần tiếp theo của hệ thống IoT là ứng dụng điện thoại thông minh. Chúng tôi quyết định sử dụng MIT App Inventor để tạo ứng dụng tùy chỉnh của riêng mình. Để sử dụng ứng dụng mà chúng tôi đã tạo, trước tiên hãy mở liên kết sau (Nhà phát minh ứng dụng MIT), liên kết này sẽ dẫn bạn đến trang web của họ. Tiếp theo nhấp vào "tạo ứng dụng" ở phía trên cùng của màn hình và đăng nhập bằng tài khoản Google của bạn.

Tải xuống tệp.aia được liên kết bên dưới. Mở tab "dự án" và nhấp vào "Nhập dự án (.aia) từ máy tính của tôi" tiếp theo chọn tệp bạn vừa tải xuống và nhấp vào "ok". Trong cửa sổ thành phần, cuộn tất cả xuống cho đến khi bạn thấy "FirebaseDB1", nhấp vào nó và sửa đổi "FirebaseToken", "FirebaseURL" thành các giá trị mà bạn đã lưu ý ở bước trước.

Sau khi hoàn tất các bước này, bạn đã sẵn sàng tải xuống và cài đặt ứng dụng. Bạn có thể tải ứng dụng trực tiếp xuống điện thoại của mình bằng cách nhấp vào tab "Xây dựng" và nhấp vào "Ứng dụng (cung cấp mã QR cho.apk)" sau đó quét mã QR bằng điện thoại thông minh của bạn hoặc nhấp vào "Ứng dụng (lưu.apk vào máy tính của tôi) ", bạn sẽ tải tệp apk xuống máy tính mà bạn cần chuyển sang điện thoại thông minh của mình để sau đó cài đặt.

Bước 14: Lập trình Raspberry Pi

Raspberry Pi cần được flash bằng phiên bản Raspbian (Raspbian) mới nhất. Trong trường hợp bạn định sử dụng lá chắn GrovePi + như chúng tôi đã làm, hãy cài đặt Raspberry Pi của bạn bằng phiên bản mới nhất của "Raspbian dành cho rô bốt" (Raspbian dành cho rô bốt). Khi bạn đã cài đặt Raspberry Pi của mình, bạn sẽ cần cài đặt thêm một thư viện python. Mở thiết bị đầu cuối và dán các lệnh sau:

1. sudo pip cài đặt yêu cầu == 1.1.0
2. sudo pip cài đặt python-firebase

Sau khi hoàn tất, hãy tải xuống tệp đính kèm bên dưới và lưu nó vào một thư mục trên Raspberry Pi của bạn. Mở tệp và cuộn xuống dòng 32. Trên dòng này, hãy thay thế phần có nội dung "dán URL của bạn vào đây" bằng URL của cơ sở dữ liệu mà bạn đã lưu ý trước đó, hãy đảm bảo dán URL vào giữa các '. Với việc này, bạn đã hoàn tất, hãy mở terminal và chạy tập lệnh python bằng lệnh "python".

Bước 15: Sử dụng ứng dụng

Giao diện của ứng dụng của chúng tôi khá dễ hiểu. Bốn hộp trên cùng hiển thị các giá trị thời gian thực về độ sáng, nhiệt độ, độ ẩm và độ ẩm của đất theo phần trăm. Các giá trị này có thể được cập nhật bằng cách nhấp vào nút "lấy giá trị" hướng dẫn Raspberry Pi cập nhật cơ sở dữ liệu đám mây, sau đó là nút "làm mới" để làm mới màn hình sau khi cơ sở dữ liệu đã được cập nhật.

Phần dưới của màn hình dành cho hệ thống tưới nhỏ giọt. Nút "bật" bật máy bơm nước trong khi nút "tắt" tắt máy. Nút "tự động" sử dụng các giá trị cảm biến khác nhau để tính toán lượng nước chính xác cần thiết hàng ngày và tưới cây hai lần mỗi ngày vào lúc 8 giờ sáng và 4 giờ chiều.

Bước 16: Tấm lót bạt

Vì độ ẩm của đất có thể làm thối gỗ theo thời gian, chúng tôi cắt một tấm bạt theo kích thước và lót nó trên bề mặt bên trong của chậu trồng. Nhớ kéo nó qua hai bên và cuối cùng giữ cố định bằng một ít keo. Sau khi hoàn thành, chúng tôi lấp đầy đất mà chúng tôi có được từ một trang trại địa phương. Rải đều đất lên trên và sau đó nhúng ba hàng của ống tưới nhỏ giọt vào.

Trên góc gần các ống dẫn nước lắp hộp điện tử và nhúng cảm biến độ ẩm vào đất. Điều này làm cho công việc nối dây dễ dàng hơn vì van điện từ gần thiết bị điện tử và có thể dễ dàng kết nối.

Bước 17: Hệ thống tưới nhỏ giọt

Cắt ba đoạn ống phẫu thuật kéo dài dọc theo chiều dài của chậu trồng (khoảng 70cm), ống này sẽ hoạt động như đường nhỏ giọt chính cho cây. Do đó, hãy vạch ra khoảng cách cần thiết giữa các cây và khoan lỗ 1mm và các khoảng cách. Kiểm tra xem nước có chảy ra dễ dàng không và mở rộng các lỗ nếu cần. Sử dụng ba phích cắm để đóng các đầu lại đảm bảo nước bị hạn chế chỉ chảy ra từ các lỗ nhỏ giọt.

Nhúng nhẹ các ống vào đất và bạn đã sẵn sàng để tưới cây!

Bước 18: Trồng kết quả

Những hình ảnh trên là thành quả lao động của vườn iot trong một tháng. Cây cối khỏe mạnh và chúng tôi đã trồng được các loại thảo mộc như bạc hà và rau mùi.

Qua thử nghiệm, chúng tôi nhận thấy rằng chế độ tự động tiết kiệm gần 12% lượng nước mỗi ngày. Khi cây được tưới bằng hệ thống tưới nhỏ giọt, rễ của chúng sẽ mọc thẳng, tạo thêm không gian để trồng nhiều cây hơn trong chậu trồng. Hạn chế duy nhất mà chúng tôi quan sát được là những cây lớn hơn cần nhiều độ sâu của đất hơn. Điều đó nói rằng do cấu trúc mô-đun, người ta có thể dễ dàng thêm một cơ sở sâu hơn cho các yêu cầu của họ.

Để kết luận, hệ thống này không chỉ làm cho khu vườn của bạn hiệu quả hơn mà còn đảm bảo sức khỏe của cây trồng của bạn vì phản hồi dữ liệu thời gian thực cung cấp một phương pháp mạnh mẽ để cung cấp lượng nước và ánh sáng mặt trời phù hợp. Chúng tôi hy vọng rằng hướng dẫn hữu ích và nó sẽ giúp bạn phát triển khu vườn iot của riêng mình.

Chúc bạn làm vui vẻ!

Giải nhất trong Thử thách IoT