IoT APIS V2 - سیستم آبیاری خودکار کارخانه با قابلیت IoT خودکار: 17 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

این پروژه تکامل دستورالعمل قبلی من است: APIS - سیستم آبیاری خودکار گیاهان

من تقریباً یک سال است که از APIS استفاده می کنم و می خواستم در طراحی قبلی پیشرفت کنم:

1. قابلیت نظارت بر گیاه از راه دور. به این ترتیب این پروژه از طریق اینترنت اشیا فعال شد.
2. جایگزینی پروب رطوبت خاک به راحتی من سه طرح مختلف کاوشگر رطوبت را تجربه کرده ام و مهم نیست از چه موادی استفاده کرده ام ، دیر یا زود فرسایش یافته است. بنابراین قرار بود طراحی جدید تا آنجا که ممکن است دوام بیاورد و سریع و آسان جایگزین شود.
3. سطح آب در سطل. می خواستم بتوانم بگویم که هنوز چقدر آب در سطل موجود است و وقتی سطل خالی است آبیاری را متوقف کنم.
4. ظاهر بهتر. جعبه پروژه خاکستری شروع خوبی بود ، اما من می خواستم چیزی را ایجاد کنم که کمی بهتر به نظر برسد. اگر بتوانم به این هدف برسم ، شما قاضی خواهید بود…
5. خودمختاری من می خواستم سیستم جدید از نظر قدرت و/یا در دسترس بودن اینترنت مستقل باشد.

پروژه حاصله نسبت به نسخه قبلی خود چندان قابل تنظیم نیست و دارای ویژگی های مفید دیگری است.

من همچنین می خواستم از چاپگر سه بعدی جدیدم استفاده کنم ، بنابراین برخی از قطعات باید چاپ شوند.

مرحله 1: سخت افزار

برای ساخت IoT APIS v2 به اجزای زیر نیاز دارید:

1. تابلوی توسعه NodeMcu Lua ESP8266 ESP -12E WIFI - در banggood.com
2. ماژول اندازه گیری فاصله سنسور التراسونیک SODIAL (R) 3 پین ، مبدل دوگانه ، سه پین روی برد-در amazon.com
3. پمپ آب کوچک شناور DC 3V -6V 5V پمپ مخزن ماهی آکواریوم - در ebay.com
4. سه رنگ LED - در amazon.com
5. تخته ورو - در amazon.com
6. ترانزیستور PN2222 - در amazon.com
7. پیچ ، پیچ و مهره پلاستیکی
8. تجهیزات و لوازم لحیم کاری
9. سیم ، مقاومت ، سرصفحه و سایر قطعات الکترونیکی متفرقه
10. شیشه خالی Tropicana OJ 2.78 QT
11. 2 میخ گالوانیزه

مرحله 2: طراحی کلی

طراحی کلی شامل اجزای زیر است: 1. کاوشگر رطوبت خاک و محوطه آبیاری گیاه (ترکیبی - چاپ سه بعدی) 2. لوله و سیم کشی 3. سنسور نشت آب سینی (چاپ سه بعدی) 4. ماژول کنترل که در بالای شیشه OJ نصب شده است (در جعبه چاپ سه بعدی قرار گرفته و محصور شده است) 5. پمپ آب غوطه ور 6. طرح NodeMCU 7. پیکربندی اینترنت اشیا 8. منبع تغذیه: USB از طریق پریز برق یا پانل خورشیدی (حالت خودکار) اجازه دهید هر یک از اجزاء را به صورت جداگانه مورد بحث قرار دهیم

مرحله 3: پمپ آب غوطه ور

پمپ آب غوطه ور در زیر دسته شیشه OJ قرار دارد (برای جلوگیری از تداخل در اندازه گیری سطح آب). پمپ به گونه ای قرار داده شده است که در حدود 2-3 میلی متر بالای قوطی "معلق" است تا جریان آب آزاد به ورودی امکان پذیر باشد.

از آنجا که پمپ باید برای عملکرد عادی به طور کامل غوطه ور باشد ، حداقل سطح آب در شیشه باید حدود 3 سانتی متر (حدود 1 اینچ) باشد.

مرحله 4: ماژول کنترل نصب شده در بالای شیشه OJ

من شیشه استاندارد بزرگ Tropicana OJ را به عنوان ظرف آب انتخاب کردم. اینها به طور گسترده در دسترس و استاندارد هستند.

پس از برداشتن شیر اصلی ، ماژول کنترل در بالای شیشه قرار می گیرد.

بستری که ماژول کنترل بر روی آن قرار دارد به صورت سه بعدی چاپ می شود. فایل STL در بخش فایلها و طرحهای این دستورالعمل ارائه شده است.

پمپ ، لوله و سیم کشی از طریق دسته شیشه Tropicana هدایت می شود تا فضا برای اندازه گیری سطح آب خالی شود.

سطح آب توسط سنسور فاصله اولتراسونیک یکپارچه با پلت فرم ماژول کنترل اندازه گیری می شود. سطح آب به عنوان تفاوت در اندازه گیری فاصله یک شیشه خالی و شیشه پر از آب تا سطح معین تعیین می شود.

ماژول کنترل و سنسور ایالات متحده با یک "گنبد" چاپ سه بعدی پوشانده شده است. فایل STL گنبد در بخش فایلها و طرحهای این دستورالعمل ارائه شده است.

مرحله 5: ماژول کنترل - شماتیک

شماتیک مربوط به ماژول کنترل (شامل لیست اجزاء) ، و فایلهای طراحی تخته نان در قسمت فایلها و طرحهای این دستورالعمل ارائه شده است.

توجه: کار با NodeMCU از نظر پین های GPIO موجود یک کار چالش برانگیز بود. تقریباً همه GPIO ها تعدادی از عملکردها را انجام می دهند ، که باعث می شود آنها برای استفاده در دسترس نباشند یا در حالت خواب عمیق استفاده نشوند (به دلیل عملکردهای خاصی که در هنگام بوت بازی می کنند). در پایان من موفق به یافتن تعادلی بین استفاده از GPIO ها و نیازهای خود شدم ، اما چند تکرار ناامید کننده طول کشید.

به عنوان مثال تعدادی از GPIO ها در طول خواب عمیق "داغ" باقی می مانند. اتصال LED به آنهایی که هدف کاهش مصرف برق را در خواب عمیق شکست دادند.

مرحله 6: سنسور نشت آب سینی

اگر گلدان شما دارای یک سوراخ سرریز در پایین است ، این خطر وجود دارد که آب از سینی پایین سرریز کرده و روی زمین بریزد (قفسه یا هر آنچه که گیاه شما روی آن قرار دارد).

من متوجه شدم که اندازه گیری رطوبت خاک تا حد زیادی تحت تأثیر موقعیت کاوشگر ، تراکم خاک ، فاصله از محل خروجی آبیاری و غیره است. به عبارت دیگر ، رطوبت خاک تنها در صورتی می تواند به خانه شما آسیب برساند که آب از سینی پایین سرریز کرده و بریزد.

سنسور سرریز یک فاصله بین گلدان و سینی پایینی است و دو سیم دور میله ها پیچیده شده است. هنگامی که آب سینی را پر می کند ، دو سیم متصل می شوند ، بنابراین به میکروکنترلر سیگنال می دهد که آب در سینی پایین وجود دارد.

در نهایت ، آب بخار می شود و سیم ها قطع می شوند.

سینی پایین دارای چاپ سه بعدی است. فایل STL از بخش فایلها و طرحهای این دستورالعمل موجود است.

مرحله 7: کاوشگر رطوبت خاک و محوطه آبیاری

من یک محفظه چاپ شده شش ضلعی را طراحی کردم تا ترکیبی از رطوبت خاک و محوطه آبیاری باشد.

فایل چاپ سه بعدی (STL) در بخش فایلها و طرحهای این دستورالعمل موجود است.

محفظه شامل دو قسمت است که باید به هم چسبانده شوند. یک اتصالات خاردار اصلاح شده در کنار محفظه برای اتصال لوله چسبانده می شود.

دو سوراخ 4.5 میلی متری برای قرار دادن میخ های گالوانیزه ارائه شده است که به عنوان کاوشگر رطوبت خاک عمل می کند. اتصال به میکروکنترلر از طریق جداکننده های فلزی که به طور خاص برای ناخن ها انتخاب شده اند به دست می آید.

طراحی سه بعدی با استفاده از www.tinkercad.com انجام می شود که یک ابزار طراحی سه بعدی عالی و در عین حال قدرتمند است.

توجه: شاید بخواهید بپرسید چرا من به سادگی از یکی از کاوشگرهای خاک پیش ساخته استفاده نکردم؟ پاسخ این است: فویل روی آن ظرف چند هفته حل می شود. در واقع ، حتی با مدت زمان محدودی ناخن ها تحت فشار هستند ، آنها هنوز ساییده می شوند و حداقل سالی یکبار نیاز به تعویض دارند. طراحی فوق اجازه می دهد تا ناخن ها را در عرض چند ثانیه تعویض کنید.

مرحله 8: لوله و سیم کشی

آب از طریق لوله های نیمه شفاف لاستیکی فوق نرم (با 1/4 "قطر داخلی و 5/16" قطر خارج) به طرح تحویل داده می شود.

خروجی پمپ نیاز به لوله بزرگتر و یک آداپتور دارد: پلی پروپیلن مقاوم در برابر مواد شیمیایی خاردار ، کاهش مستقیم برای 1/4 "x 1/8" Tube ID.

سرانجام ، یک پلی پروپیلن خاردار مقاوم در برابر مواد شیمیایی ، مستقیم برای لوله 1/8 اینچی به عنوان اتصال به محوطه آبیاری عمل می کند.

مرحله 9: طرح NodeMCU

طرح NodeMCU چندین ویژگی IoT APIS v2 را پیاده سازی می کند:

1. اتصال به شبکه WiFi موجود - یا - به عنوان یک نقطه دسترسی WiFi (بسته به پیکربندی)
2. برای به دست آوردن زمان محلی از سرورهای NTP پرس و جو می کند
3. از وب سرور برای نظارت بر گیاهان و تنظیم پارامترهای آبیاری و شبکه استفاده می کند
4. رطوبت خاک ، نشت آب سینی پایین ، سطح آب در شیشه را اندازه گیری می کند و از طریق LED 3 رنگ نشانگر بصری را ارائه می دهد
5. پیاده سازی حالت های عملکرد آنلاین و قدرت ذخیره
6. اطلاعات مربوط به هر یک از روشهای آبیاری را بصورت محلی در فلش مموری داخلی ذخیره می کند

مرحله 10: NodeMCU Sketch - WiFi

به طور پیش فرض IoT APIS v2 یک نقطه دسترسی وای فای محلی به نام "Plant_XXXXXX" ایجاد می کند ، جایی که XXXXXX شماره سریال تراشه ESP8266 روی NodeMCU است.

از طریق URL می توانید به وب سرور داخلی دسترسی داشته باشید: https://plant.io سرور داخلی DNS دستگاه شما را به صفحه وضعیت APIS متصل می کند.

از صفحه وضعیت ، می توانید به صفحه پارامترهای آبیاری و صفحه پارامترهای شبکه بروید ، جایی که می توانید IoT APIS v2 را به شبکه WiFi خود متصل کرده و گزارش وضعیت را در ابر شروع کنید.

IoT APIS از حالت های عملیات آنلاین و صرفه جویی در مصرف برق پشتیبانی می کند:

1. در حالت آنلاین IoT APIS اتصال WiFi را همیشه حفظ می کند ، بنابراین می توانید در هر زمان وضعیت کارخانه خود را بررسی کنید
2. در حالت صرفه جویی در مصرف انرژی ، IoT APIS رطوبت خاک و سطح آب را به صورت دوره ای بررسی می کند و در این بین دستگاه را در حالت "خواب عمیق" قرار می دهد ، بنابراین مصرف برق آن را به میزان چشمگیری کاهش می دهد. با این حال ، دستگاه به طور مداوم در دسترس نیست و پارامترها فقط می توانند در طول زمان روشن شدن دستگاه تغییر کنند (در حال حاضر هر 30 دقیقه ، مطابق با ساعت ساعت/نیم ساعت زمان واقعی). دستگاه هر 30 دقیقه 1 دقیقه آنلاین می ماند تا تغییرات پیکربندی امکان پذیر باشد و سپس وارد حالت خواب عمیق می شود. اگر کاربر به دستگاه متصل شود ، زمان "بالا" برای هر اتصال به 3 دقیقه افزایش می یابد.

هنگامی که دستگاه به شبکه WiFi محلی متصل است ، آدرس IP آن به سرور ابری اینترنت اشیا گزارش می شود و در دستگاه نظارت بر تلفن همراه قابل مشاهده است.

مرحله 11: طرح NodeMCU - NTP

IoT APIS v2 از پروتکل NTP برای بدست آوردن زمان محلی از سرورهای زمان NIST استفاده می کند. زمان صحیح برای تعیین اینکه آیا دستگاه باید وارد حالت "شب" شود ، یعنی اجتناب از کارکردن پمپ یا چشمک زدن LED ، استفاده می شود.

زمان شب برای روزهای کاری و صبح آخر هفته به طور جداگانه قابل تنظیم است.

مرحله 12: NodeMCU Sketch - سرور وب محلی

IoT APIS v2 یک سرور محلی محلی برای گزارش وضعیت و تغییرات پیکربندی پیاده سازی می کند. صفحه اصلی اطلاعاتی در مورد رطوبت و سطح آب جاری ، وجود آب سرریز در سینی پایین و آمارهای آخرین آبیاری اجرا می کند. صفحه پیکربندی شبکه (قابل دسترسی از طریق دکمه پیکربندی شبکه) امکان اتصال به شبکه WiFi محلی و تغییر بین حالتهای آنلاین و ذخیره انرژی را فراهم می کند. (تغییرات در پیکربندی شبکه باعث بازنشانی دستگاه می شود) صفحه پیکربندی آبیاری (از طریق دکمه پیکربندی آب قابل دسترسی است) قابلیت تغییر پارامترهای آبیاری (رطوبت خاک برای شروع/توقف آبیاری ، مدت زمان آبیاری و وقفه اشباع بین دویدن ، تعداد اجرا) را فراهم می کند. و غیره) فایل های HTML سرور وب در پوشه داده های طرح IoT APIS Arduino IDE قرار دارند. آنها باید با استفاده از ابزار "ESP8266 Sketch Data Upload" که در اینجا قرار دارد ، به عنوان یک سیستم فایل SPIFF در حافظه فلش NodeMCU بارگذاری شوند.

مرحله 13: طرح NodeMCU - گزارش آبیاری محلی و دسترسی به سیستم فایل داخلی

در صورت عدم اتصال شبکه ، سیستم IoT APIS v2 تمام فعالیتهای آبیاری را به صورت محلی ثبت می کند.

برای دسترسی به گزارش ، به دستگاه متصل شوید و به صفحه '/edit' بروید ، سپس فایل watering.log را بارگیری کنید. این فایل شامل تاریخچه تمام آبیاری ها از زمان شروع ورود به سیستم است.

نمونه ای از چنین پرونده ورود به سیستم (در قالب جدا شده از برگه) به این مرحله ضمیمه شده است.

توجه: هنگام بارگیری IoT APIS v2 در حالت Access Point (به دلیل وابستگی به کتابخانه آنلاین Java Script) ، صفحه بارگیری در دسترس نیست.

مرحله 14: طرح NodeMCU - رطوبت خاک ، نشت آب در سینی پایین ، سطح آب ، 3 رنگ LED

اندازه گیری رطوبت خاک بر اساس همان اصل APIS اصلی است. لطفاً برای جزئیات بیشتر به آن دستورالعمل مراجعه کنید.

نشتی های سینی آب با اعمال لحظه ای ولتاژ به سیم های واقع در زیر گلدان با استفاده از مقاومت های داخلی PULLUP تشخیص داده می شود. اگر وضعیت PIN پایین است ، آب در سینی وجود دارد. PIN حالت HIGH نشان می دهد که مدار خراب است ، بنابراین در سینی پایین آب وجود ندارد.

سطح آب با اندازه گیری فاصله از بالای شیشه تا سطح آب و مقایسه آن با فاصله تا ته شیشه خالی تعیین می شود. لطفاً به استفاده از سنسور 3 پین توجه کنید! آنها گرانتر از سنسورهای چهار پین HC-SR04 هستند. متأسفانه GPIO های NodeMCU من تمام شد و مجبور شدم هر سیم را که می توانم قطع کنم تا طراحی فقط روی یک NodeMCU بدون مدارهای اضافی کار کند.

3 رنگ LED برای نشان دادن بصری حالت APIS استفاده می شود:

1. سبز چشمک می زند - اتصال به شبکه WiFi
2. چشمک زدن سریع GREEN - جستجوی سرور NTP
3. سبز جامد مختصر - به WiFi متصل شده و زمان فعلی را با موفقیت از NTP بدست آورده است
4. مختصر جامد WHITE - راه اندازی اولیه شبکه به پایان رسید
5. چشمک زدن سریع WHITE - راه اندازی حالت Access Point
6. چشمک زدن سریع آبی - آبیاری
7. چشمک زدن متوسط آبی - اشباع
8. AMBER به طور مختصر جامد و سپس RED مختصر جامد - قادر به گرفتن زمان از NTP نیست
9. به طور خلاصه WHITE در حین دسترسی به وب سرور داخلی

LED در حالت "شب" کار نمی کند. حالت دستگاه فقط می تواند به طور قابل اطمینان تعیین شود اگر دستگاه بتواند حداقل یکبار زمان محلی را از سرورهای NTP دریافت کند (تا زمان اتصال بعدی به NTP از ساعت محلی محلی استفاده شود)

نمونه عملکرد LED در YouTube در اینجا موجود است.

مرحله 15: انرژی خورشیدی ، پاور بانک و عملکرد خودکار

یکی از ایده های پشت IoT APIS v2 توانایی کارکرد مستقل بود.

طراحی فعلی از یک پنل خورشیدی و یک پاوربانک موقت 3600 میلی آمپر برای دستیابی به این هدف استفاده می کند.

1. پنل خورشیدی در amazon.com موجود است
2. پاوربانک نیز در amazon.com موجود است

پانل خورشیدی دارای باتری 2600 میلی آمپر ساعتی نیز می باشد ، اما قادر به کارکرد 24 ساعته APIS حتی در حالت صرفه جویی در مصرف برق نیست (من فکر می کنم باتری با شارژ و تخلیه همزمان به خوبی برخورد نمی کند). به نظر می رسد ترکیبی از دو باتری قدرت کافی را فراهم کرده و امکان شارژ مجدد هر دو باتری را در طول روز فراهم می کند. پانل خورشیدی پاور بانک را شارژ می کند ، در حالی که پاور بانک دستگاه APIS را تغذیه می کند.

لطفا توجه داشته باشید:

آن اجزا اختیاری هستند. فقط می توانید دستگاه را با هر آداپتور USB که جریان 1A را تأمین می کند ، تغذیه کنید.

مرحله 16: ادغام اینترنت اشیا - Blynk

یکی از اهداف طراحی جدید ، امکان ردیابی رطوبت خاک ، سطح آب و سایر پارامترها از راه دور بود.

من Blynk (www.blynk.io) را بعنوان یک پلتفرم اینترنت اشیا به دلیل سهولت استفاده و طراحی بصری جذاب انتخاب کردم.

از آنجا که طرح من بر اساس کتابخانه چند وظیفه ای TaskScheduler است ، من نمی خواستم از کتابخانه های دستگاه Blynk استفاده کنم (آنها برای TaskScheduler فعال نیستند). در عوض ، من از Blynk HTTP RESTful API (در اینجا موجود است) استفاده کردم.

پیکربندی برنامه تا آنجا که می تواند بصری باشد. لطفاً تصاویر صفحه پیوست را دنبال کنید.

مرحله 17: طرح ها و فایل ها

طرح IoT APIS v2 در github اینجا قرار دارد: Sketch

چند کتابخانه مورد استفاده توسط طرح در اینجا قرار دارد:

1. TaskScheduler - کتابخانه چند وظیفه ای مشترک برای Arduino و esp8266
2. AvgFilter - اجرای صحیح فیلتر میانگین برای هموارسازی داده های حسگر
3. RTCLib - پیاده سازی سخت افزار و نرم افزار ساعت واقعی (اصلاح شده توسط من)
4. زمان - تغییرات کتابخانه زمان
5. منطقه زمانی - کتابخانه از محاسبات منطقه زمانی پشتیبانی می کند

توجه داشته باشید:

برگه های داده ، اسناد پین و فایل های سه بعدی در زیر پوشه "فایل" طرح اصلی قرار دارند.

فایلهای HTML برای وب سرور داخلی باید با استفاده از افزونه arduino-esp8266fs (در فایل فلش NODE MCU بارگذاری شوند (که فایل سیستم فایل را از زیر پوشه "data" پوشه اصلی اسکچ ایجاد کرده و آن را در حافظه فلش بارگذاری می کند)

نفر دوم مسابقات باغبانی داخل سالن 2016