Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

یکی از اهداف اولیه این پروژه این بود که بتوان با استفاده از قدرت اینترنت اشیاء (IoT) رفاه یک باغ را حفظ کرد. با تنوع ابزارها و نرم افزارهای موجود ، دستگاه کاشت ما با سنسورهایی که وضعیت زمان واقعی گیاهان را نظارت می کنند ، یکپارچه شده است. ما یک برنامه تلفن هوشمند ایجاد کردیم که اجازه می دهد به داده ها دسترسی داشته باشیم و در صورت لزوم اقدامات مورد نیاز را انجام دهیم.

طراحی کاشت ما مقیاس پذیر ، کم هزینه و آسان برای ساخت است ، و آن را به گزینه ای عالی برای افزودن فضای سبز به تراس یا حیاط خلوت تبدیل می کند. باغ هوشمند در مصرف آب کارآمدتر بوده و نگهداری و نظارت را تسهیل می کند.

برای ایجاد نحوه ایجاد پایگاه داده و برنامه شخصی خود ، با ایجاد باغی که با کلیک یک دکمه قابل نظارت است ، ادامه دهید!

مرحله 1: مروری بر سیستم IOT

سیستم Iot از طریق فرایندهای زیر عمل می کند. Raspberry Pi برای انتقال اطلاعات مفید باغ مانند روشنایی ، رطوبت و میزان رطوبت خاک از حسگرهای مختلف به پایگاه داده ابری استفاده می شود. هنگامی که اطلاعات در ابر قرار دارند ، می توان از هر کجا با استفاده از یک برنامه تلفن هوشمند که ساخته ایم به آن دسترسی پیدا کرد. این فرایند نیز برگشت پذیر است ، کاربر می تواند دستورالعمل هایی مانند وضعیت پمپ آب را به باغ ارسال کند تا دستورات لازم را اجرا کند.

در زیر برخی از ویژگی های کلیدی باغ ما آمده است:

بازخورد زمان واقعی سنسورهای مختلف باغ

پایگاه داده وضعیت سلامت باغ

نظارت و ظرفیت های عملیاتی جهانی

سیستم آبیاری قطره ای

سیستم کنترل آب برنامه

برنامه های آبیاری خودکار

ما تصمیم گرفتیم از Firebase گوگل به عنوان واسطه سیستم IOT خود برای ایجاد پایگاه داده ابری رایگان خود استفاده کنیم. سپس از برنامه Inventor MIT برای ایجاد یک برنامه تلفن هوشمند سازگار با پایگاه داده Firebase و Raspberry Pi استفاده کردیم. همچنین می تواند با پایگاه داده با کمک یک کتابخانه رایگان پایتون ارتباط برقرار کند.

مرحله 2: مواد مورد نیاز:

مواد مورد نیاز برای ساخت دستگاه کاشت آیوت را می توان به راحتی در فروشگاه های محلی یا آنلاین یافت. لیست زیر شرح تمام قطعات مورد نیاز است.

سخت افزار:

تخته چوب کاج 1 اینچی - ابعاد ؛ 300 سانتیمتر در 10 سانتیمتر (چون چوب در فضای باز قرار می گیرد ، توصیه می کنیم چوب تراشیده شده)

تخته سه لا 1/4 اینچ - ابعاد ؛ 120 سانتی متر در 80 سانتی متر

ورق برزنت - ابعاد ؛ 180 در 275 سانتی متر

لوله PVC - ابعاد ؛ طول 30 سانتی متر ، دیا 2 سانتی متر

لوله جراحی - ابعاد ؛ 250 سانتی متر

مفصل آرنج x 2

پیچ چوبی x 30

الکترونیک:

رزبری Pi3 مدل B

Grove Pi + Sensor Shield

شیر برقی 12 ولت

سنسور رطوبت و دما (dht11)

سنسور رطوبت

سنسور روشنایی

ماژول رله

منبع تغذیه 12 ولت

هزینه کل این پروژه تقریباً 50 دلار است

مرحله 3: قطعات چاپ سه بعدی

اجزای مختلفی که برای این پروژه نیاز به سفارشی سازی داشتند با کمک چاپ سه بعدی ساخته شدند. لیست زیر شامل لیست کامل قطعات و مشخصات چاپ آنها می باشد. همه فایلهای STL در پوشه ای که در بالا ضمیمه شده است ارائه می شود و به آنها اجازه می دهد در صورت لزوم تغییرات مورد نیاز خود را انجام دهند.

اتصالات لوله x 1 ، 30٪ پر کردن

آداپتور نازل x 3 ، پر شدن 30٪

لوله پلاگین x 3 ، 10 inf پر می شود

قلاب x 2 ، پر کردن 30

سنسور Mount x 1 ، 20٪ پر کردن

آداپتور سوپاپ x 1 ، پر شدن 20٪

پوشش سیم کشی x 1 ، 20٪ پر کردن

ما از Creality Ender 3 برای چاپ قطعات استفاده کردیم ، که برای 12 قسمت حدود 8 ساعت طول کشید.

مرحله 4: برنامه ها

یکی محدود به ابعادی نیست که ما برای ساختن کاشت خود انتخاب کردیم ، اما در بالا همه جزئیات مورد نیاز برای ساخت پروژه ضمیمه شده است. در مراحل زیر می توانید به انجام این تصاویر برای برش چوب مراجعه کنید.

مرحله 5: ساختن طرفها

برای نگهداری گیاهان تصمیم گرفتیم که یک ساختار کاشت از چوب بسازیم. ابعاد داخلی جعبه ما 70 سانتی متر در 50 سانتی متر و ارتفاع 10 سانتی متر است. برای ساخت کناره ها از تخته های چوبی کاج استفاده کردیم.

با استفاده از اره مدور ، چهار قطعه را به طول برش می دهیم (ابعاد بالا ضمیمه شده است). ما سوراخ های آزمایشی را در نقاط مشخص شده حفر کردیم و سوراخ ها را متقابل کردیم ، به طوری که سر پیچ ها در یک سطح قرار گرفت. پس از اتمام کار ، 8 پیچ چوبی را سوار شدیم و مطمئن شدیم که طرفین مربع هستند و قاب را محکم کرده اند.

مرحله 6: نصب پایین صفحه

برای ساخت پانل پایین ، یک تکه تخته سه لا 5 میلی متری مستطیل شکل برش می دهیم ، و سپس آن را در قاب کنار آن پیچ می کنیم. اطمینان حاصل کنید که سوراخ ها از بین رفته اند تا پیچ ها با پایه هم سطح شوند. ابعاد مورد نیاز را می توانید در بالا ضمیمه کنید.

مرحله 7: سوراخ های لوله

کاشت ما طوری ساخته شده است که سه ردیف گیاه را در خود جای دهد. بنابراین برای سیستم آبیاری قطره ای یک طرف باید لوله های ورودی آب را نگه دارد.

با اندازه گیری قطر کانکتورها شروع کرده و آنها را با فاصله یکسان در قسمت کوتاهتر قاب بکشید. از آنجایی که ما کمی ضعیف تر نداشتیم ، یک سوراخ 10 میلی متری ایجاد کردیم و سپس آن را با یک اره مویی بزرگ کردیم. برای صاف کردن لبه های ناهموار می توانید از Dremel استفاده کنید تا کانکتورها مناسب شوند.

مرحله 8: اتصال لوله های آب

برای اتصال اتصالات به سادگی دو قطعه لوله PVC به طول 12 سانتی متر را برش دهید. دستگاه را خشک کنید تا بررسی کنید آیا همه چیز محکم است.

سپس مفصل چاپی سه بعدی را در سوراخ مرکزی و دو کانکتور آرنج PVC را در انتهای مخالف فشار دهید تا صاف شوند. پنل را دوباره به قاب وصل کرده و اتصالات را از داخل با آداپتورهای چاپ سه بعدی ببندید. همه اتصالات دارای اصطکاک هستند و باید ضد آب باشند ، در غیر این صورت ، می توان اتصالات را با چسب حرارتی یا نوار تفلون بست.

مرحله 9: شیر برقی

برای کنترل جریان آب به سیستم آبیاری قطره ای از شیر برقی استفاده کردیم. این سوپاپ به عنوان دروازه ای عمل می کند که با ارسال سیگنال الکتریکی به صورت خودکار قابل کنترل می شود. برای ترکیب آن ، یک سر آن را با استفاده از یک آداپتور واسطه به منبع آب و سر دیگر را به لوله ورودی آب کاشت وصل کردیم. مهم است که دریچه را در جهت راست وصل کنید که عموماً برای ورودی آب (شیر) و "OUT" برای خروجی آب (کاشت) برچسب گذاری شده است.

مرحله 10: سیم کشی دستگاه های الکترونیکی

در زیر جدولی با ماژول ها و حسگرهای مختلف با درگاه های مربوطه روی سپر grovepi+ آمده است.

• سنسور دما و رطوبت ==> پورت D4
• ماژول رله ==> پورت D3
• سنسور رطوبت ==> پورت A1
• سنسور نور ==> پورت A0

از نمودار سیم کشی که در بالا پیوست شده به عنوان مرجع استفاده کنید.

مرحله 11: محفظه سنسور

ما یک جعبه محفظه ای ساختیم که تمام قطعات الکترونیکی را با تخته سه لا باقی مانده در خود داشت. ما چوب را با توجه به طرح وسایل الکترونیکی برش می دهیم و قطعات را به هم می چسبانیم. هنگامی که چسب خشک شد ، منبع تغذیه و رزبری پای را در جعبه محفظه نصب کردیم و سیم های سنسورها را از طریق شکاف تغذیه کردیم. برای پوشاندن شکافها ، روی جلدهای چاپ شده فشار می دهیم تا هرگونه شکاف بسته شود.

Sensor Mount دارای سوراخ هایی برای اتصال گیره هایی است که می توانید سنسورها را روی آنها نصب کنید. سنسور روشنایی و رطوبت را در بالا و سنسور رطوبت را روی شکاف قابل تنظیم وصل کنید. برای اینکه جعبه محفظه به راحتی قابل جدا شدن باشد ، قلاب های چاپ سه بعدی و پایه سنسور را پیچ کرده ایم که به جعبه اجازه می دهد بر روی ساختار اصلی چسبانده شود. به این ترتیب ، واحد سیستم الکترونیکی و iot را می توان به راحتی با هر دستگاه کاشت ترکیب کرد.

مرحله 12: ایجاد پایگاه داده

اولین قدم ایجاد پایگاه داده برای سیستم است. روی پیوند زیر (Google firebase) کلیک کنید ، که شما را به وب سایت Firebase هدایت می کند (باید با حساب Google خود وارد شوید). روی دکمه "شروع به کار" کلیک کنید تا شما را به کنسول firebase منتقل کند. سپس با کلیک روی دکمه "افزودن پروژه" یک پروژه جدید ایجاد کنید ، الزامات (نام ، جزئیات و غیره) را تکمیل کرده و با کلیک روی دکمه "ایجاد پروژه" تکمیل کنید.

ما فقط به ابزارهای پایگاه داده Firebase نیاز داریم ، بنابراین "پایگاه داده" را از منوی سمت چپ انتخاب کنید. سپس روی دکمه "ایجاد پایگاه داده" کلیک کنید ، گزینه "حالت آزمایش" را انتخاب کرده و روی "فعال کردن" کلیک کنید. در مرحله بعد با کلیک روی منوی کشویی در بالا ، پایگاه داده را به عنوان "پایگاه داده در زمان واقعی" به جای "cloud firerestore" تنظیم کنید. برگه "قوانین" را انتخاب کنید و دو "نادرست" را به "واقعی" تغییر دهید ، در نهایت روی برگه "داده" کلیک کنید و آدرس پایگاه داده را کپی کنید ، بعداً به این مورد نیاز خواهید داشت.

آخرین کاری که باید انجام دهید این است که روی نماد چرخ دنده در کنار نمای کلی پروژه کلیک کنید ، سپس روی "تنظیمات پروژه" ، سپس برگه "حسابهای خدمات" را انتخاب کنید ، در نهایت روی "اسرار پایگاه داده" کلیک کرده و کد امنیتی را یادداشت کنید. از پایگاه داده شما با انجام این مرحله ، شما با موفقیت پایگاه داده ابری خود را ایجاد کرده اید که می توانید از تلفن هوشمند خود و از Raspberry Pi به آن دسترسی داشته باشید. (در صورت شک و تردید از تصاویر پیوست شده در بالا استفاده کنید یا فقط یک سوال یا نظر در قسمت نظرات بگذارید)

مرحله 13: راه اندازی برنامه

قسمت بعدی سیستم اینترنت اشیا ، برنامه تلفن های هوشمند است. ما تصمیم گرفتیم از MIT App Inventor برای ایجاد برنامه سفارشی خود استفاده کنیم. برای استفاده از برنامه ای که ایجاد کردیم ابتدا پیوند زیر (MIT App Inventor) را باز کنید ، که شما را به صفحه وب آنها هدایت می کند. سپس روی "ایجاد برنامه" در بالای صفحه کلیک کرده و با حساب Google خود وارد شوید.

فایل.aia را که در زیر پیوند شده است بارگیری کنید. برگه "projects" را باز کرده و بر روی "Import project (.aia) from my computer" کلیک کنید و سپس فایلی را که بارگیری کرده اید انتخاب کرده و روی "ok" کلیک کنید. در پنجره اجزاء ، همه را پایین بیاورید تا "FirebaseDB1" را ببینید ، روی آن کلیک کنید و "FirebaseToken" ، "FirebaseURL" را به مقادیری که در مرحله قبل یادداشت داشته اید تغییر دهید.

پس از اتمام این مراحل ، آماده بارگیری و نصب برنامه هستید. با کلیک روی برگه "ساخت" و کلیک روی "برنامه (ارائه کد QR برای.apk)" و سپس اسکن کد QR با تلفن هوشمند خود یا کلیک روی "برنامه (ذخیره.apk در رایانه من) می توانید برنامه را مستقیماً بر روی تلفن خود بارگیری کنید.) "شما فایل apk را روی رایانه خود بارگیری می کنید که برای نصب و راه اندازی آن به تلفن هوشمند خود نیاز دارید.

مرحله 14: برنامه نویسی Raspberry Pi

رزبری پای باید با آخرین نسخه Raspbian (Raspbian) فلش شود. اگر قصد دارید مانند ما از سپر GrovePi+ استفاده کنید ، به جای آن رزبری پای خود را با آخرین نسخه "Raspbian for Robots" (Raspbian برای Robots) فلش کنید. پس از اینکه رزبری پای خود را فلش کردید ، باید یک کتابخانه پایتون اضافی نصب کنید. ترمینال را باز کرده و دستورات زیر را وارد کنید:

1. درخواست های نصب sudo pip == 1.1.0
2. sudo pip نصب python-firebase

پس از اتمام این کار ، فایل پیوست زیر را بارگیری کرده و آن را در یک پوشه در رزبری پای خود ذخیره کنید. فایل را باز کنید و به خط 32 بروید. در این خط قسمتی را که می گوید "URL خود را اینجا بچسبانید" را با آدرس پایگاه داده خود که قبلاً ذکر کرده اید جایگزین کنید ، مطمئن شوید که URL را بین "" ها قرار دهید. پس از اتمام کار ، ترمینال را باز کرده و اسکریپت پایتون را با استفاده از دستور "python" اجرا کنید.

مرحله 15: استفاده از برنامه

رابط کاربری برنامه ما کاملاً قابل توضیح است. چهار جعبه بالا مقادیر درخشندگی ، دما ، رطوبت و میزان رطوبت خاک را بر حسب درصد نشان می دهند. با کلیک بر روی دکمه "دریافت مقادیر" که به Raspberry Pi دستور می دهد پایگاه داده ابری را به روز کند و دکمه "تازه سازی" را که پس از به روز رسانی پایگاه داده صفحه را تازه می کند ، می توان این مقادیر را به روز کرد.

قسمت پایین صفحه برای سیستم آبیاری قطره ای است. دکمه "روشن" پمپ آب را روشن می کند در حالی که دکمه "خاموش" آن را خاموش می کند. دکمه "خودکار" از مقادیر مختلف حسگر برای محاسبه دقیق آب مورد نیاز روزانه استفاده می کند و گیاهان را دوبار در روز در ساعت 8 صبح و 4 بعد از ظهر آبیاری می کند.

مرحله 16: آستر برزنتی

از آنجا که رطوبت خاک ممکن است چوب را در طول زمان پوسیده کند ، یک ورقه برزنت را به اندازه برش داده و روی سطح داخلی کاشت قرار می دهیم. اطمینان حاصل کنید که آن را به طرفین بکشید و در نهایت با مقداری چسب در جای خود نگه دارید. پس از اتمام کار ، خاکی را که از مزرعه محلی گرفته بودیم پر کردیم. خاک را به طور مساوی تا قسمت بالا پخش کنید و سپس سه ردیف لوله آبیاری قطره ای را در آن قرار دهید.

در گوشه نزدیک لوله های آب جعبه الکترونیکی قرار گرفته و سنسور رطوبت را در خاک تعبیه کرده اید. اینها کار سیم کشی را آسان تر می کند زیرا شیر برقی نزدیک به وسایل الکترونیکی است و می توان به راحتی وصل شد.

مرحله 17: سیستم آبیاری قطره ای

سه قطعه از لوله جراحی را که در طول کاشت (حدود 70 سانتی متر) کشیده شده برش دهید ، این به عنوان خط اصلی قطره برای گیاهان عمل می کند. بنابراین فاصله مورد نیاز بین گیاهان را برنامه ریزی کرده و یک سوراخ 1 میلی متری و فواصل آن را ایجاد کنید. آزمایش کنید که آیا آب به راحتی می چکد و در صورت نیاز سوراخ ها را بزرگ کنید. از سه شاخه برای بستن انتها استفاده کنید و مطمئن شوید که آب فقط از سوراخ های قطره ای خارج نمی شود.

کمی لوله ها را در خاک قرار دهید و آماده آبیاری گیاهان خود باشید!

مرحله 18: نتایج کاشت

تصاویر فوق نتایج کار یک ماه باغ باغ است. گیاهان سالم هستند و ما موفق به پرورش گیاهانی مانند نعناع و گشنیز شدیم.

با آزمایش ، متوجه شده ایم که حالت خودکار نزدیک به 12 water آب را در روز ذخیره می کند. همانطور که گیاهان از طریق آبیاری قطره ای آبیاری می شوند ، ریشه آنها مستقیم رشد می کند و فضای بیشتری برای رشد بیشتر گیاهان در کاشتکار ایجاد می کند. تنها اشکالی که ما مشاهده کردیم این بود که گیاهان بزرگتر به عمق خاک بیشتری نیاز دارند. با توجه به ساختار مدولار ، می توان به راحتی پایه عمیق تری به نیازهای آنها اضافه کرد.

برای نتیجه گیری ، این سیستم نه تنها باغ شما را کارآمدتر می کند بلکه از رفاه گیاهان شما نیز اطمینان حاصل می کند زیرا بازخورد داده های زمان واقعی یک روش قوی برای ارائه مقدار مناسب آب و نور خورشید را فراهم می کند. ما امیدواریم که مطالب آموزشی مفید بوده باشد و به شما کمک کند باغ خود را بسازید.

ساخت خوشحالم!

اولین جایزه در چالش IoT