Smart Garden "SmartHorta" - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Hallo jongens, Deze instructable presenteert het college-project van een intelligente moestuin die automatische bewatering van planten biedt en kan worden bestuurd door een mobiele app. Het doel van dit project is om klanten te bedienen die thuis willen planten, maar geen tijd hebben om elke dag op geschikte tijden te verzorgen en water te geven. We noemen "SmartHorta" omdat horta moestuin betekent in het Portugees.

De ontwikkeling van dit project werd uitgevoerd om te worden goedgekeurd in de discipline Integratieproject aan de Federale Technologische Universiteit van Parana (UTFPR). Het doel was om de verschillende gebieden van Mechatronica zoals Mechanica, Elektronica en Regeltechniek te combineren.

Mijn persoonlijke dank gaat uit naar de professoren van UTFPR Sérgio Stebel en Gilson Sato. En ook aan mijn vier klasgenoten (Augusto, Felipe, Mikael en Rebeca) die hebben geholpen dit project op te bouwen.

Het product heeft bescherming tegen slecht weer en biedt bescherming tegen ongedierte, wind en hevige regen. Het moet worden gevoed door een watertank via een slang. Het voorgestelde ontwerp is een prototype voor drie planten, maar het kan worden uitgebreid naar meer vazen.

Er werden drie productietechnologieën gebruikt: lasersnijden, CNC-frezen en 3D-printen. Voor het automatiseringsgedeelte werd de Arduino als controller gebruikt. Voor de communicatie werd een bluetooth-module gebruikt en via MIT App Inventor werd een Android-applicatie gemaakt.

We zijn allemaal geslaagd met een cijfer van bijna 9,0 en zijn erg blij met het werk. Iets wat heel grappig is, is dat iedereen denkt aan het planten van wiet op dit apparaat, ik weet niet waarom.

Stap 1: Conceptueel ontwerp en componentmodellering

Voor de montage werden alle componenten in CAD ontworpen en gemodelleerd met SolidWorks om ervoor te zorgen dat alles perfect paste. Het doel was ook om het hele project in de kofferbak van een auto te passen. Daarom werden de afmetingen gedefinieerd als 500 mm bij max. Bij de vervaardiging van deze componenten werden lasersnijden, CNC-frezen en 3D-printtechnologieën gebruikt. Sommige delen in hout en pijpen werden in een zaag gesneden.

Stap 2: lasersnijden

De lasersnede is gemaakt op een 1 mm dikke gegalvaniseerde AISI 1020-staalplaat, 600 mm x 600 mm en vervolgens gevouwen tot tabs van 100 mm. De basis heeft de functie van het huisvesten van de vaten en het hydraulische gedeelte. Hun gaten worden gebruikt om de steunbuizen, sensor- en solenoïdekabels door te voeren en om de scharnieren van de deuren te monteren. Ook lasergesneden was een L-vormige plaat die dient om de leidingen in het dak te passen.

Stap 3: CNC-freesmachine

De servomotorsteun is vervaardigd met behulp van een CNC-freesmachine. Twee stukken hout werden machinaal bewerkt, vervolgens gelijmd en bedekt met houtplamuur. Er werd ook een kleine aluminium plaat bewerkt om de motor in de houten steun te passen. Er is gekozen voor een robuuste constructie om het servokoppel te weerstaan. Daarom is het hout zo dik.

Stap 4: 3D printen

In een poging om de planten correct water te geven en om de bodemvochtigheid beter te beheersen, werd een structuur ontworpen om het water van de toevoerleiding op de basis naar de veldspuit te leiden. Door deze te gebruiken, werd de veldspuit altijd naar de grond gericht (met een helling van 20º naar beneden) in plaats van de bladeren van de planten. Het werd op twee delen gedrukt op doorschijnend geel PLA en vervolgens geassembleerd met bouten en moeren.

Stap 5: Handzaag

De houten dakconstructie, deuren en PVC-buizen zijn handmatig in de handzaag gesneden. De houten dakconstructie is gehackt, geschuurd, geboord en vervolgens gemonteerd met houtschroeven.

Het dak is een doorschijnende glasvezelplaat van eternit en werd gesneden met een specifieke guillotine voor het snijden van vezels, vervolgens geboord en met schroeven in het hout gemonteerd.

De houten deuren zijn gehackt, geschuurd, geboord, gemonteerd met houtschroeven, bedekt met houtmassa en vervolgens is er een klamboe met nietmachine geplaatst om schade aan de planten door hevige regen of insecten te voorkomen.

De PVC-buizen werden eenvoudig in de handzaag gesneden.

Stap 6: Hydraulische en mechanische componenten en montage

Na het vervaardigen van het dak, de basis, de kop en de deuren gaan we over tot de montage van het constructiedeel.

Eerst monteren we de leidingklemmen op de basis en plaat L met moer en bout, daarna passen we gewoon de vier PVC pijpen in de klemmen. Daarna moet je het dak op de platen L schroeven. Dan schroef je de deuren en handgrepen gewoon vast met bouten en moeren. Als laatste moet u het hydraulische gedeelte monteren.

Maar let op, we moeten ons zorgen maken over het afdichten van het hydraulische gedeelte, zodat er geen waterlekkage is. Alle verbindingen moeten hermetisch worden afgedicht met draadafdichtmiddel of PVC-lijm.

Er werden verschillende mechanische en hydraulische componenten aangekocht. Hieronder vindt u de componenten:

- Irrigatieset

- 2x handgrepen

- 8x scharnieren

- 2x 1/2 PVC knie

- 16x 1/2 leidingklemmen

- 3x knie 90º 15mm

- 1m slang

- 1x 1/2 blauwe lasbare sleeve

- 1x 1/2 blauwe lasbare knie

- 1x schroefdraadnippel

- 3x schepen

- 20x houtschroef 3,5x40mm

- 40x 5/32 bout en moer

- Muggenhor van 1 m

- pvc pijp 1/2"

Stap 7: elektrische en elektronische componenten en montage

Voor de montage van elektrische en elektronische onderdelen moeten we ons zorgen maken over de juiste aansluiting van de draden. Als er een verkeerde aansluiting of kortsluiting optreedt, kunnen dure onderdelen verloren gaan die tijd nodig hebben om te vervangen.

Om montage en toegang tot de Arduino gemakkelijker te maken, moeten we een schild met een universeel bord maken, zodat het gemakkelijker is om een nieuwe code op de Arduino Uno te verwijderen en te downloaden, en ook om te voorkomen dat er veel draden worden verspreid.

Voor de magneetklep moet een plaat met opto-geïsoleerde bescherming voor de relaisaandrijving worden gemaakt, om onszelf het gevaar van het verbranden van de Arduino-ingangen/uitgangen en andere componenten te besparen. Wees voorzichtig bij het bedienen van het magneetventiel: het mag niet worden ingeschakeld als er geen waterdruk aanwezig is (anders kan het verbranden).

Drie vochtigheidssensoren zijn essentieel, maar u kunt er meer toevoegen voor signaalredundantie.

Er werden verschillende elektrische en elektronische componenten aangekocht. Hieronder vindt u de componenten:

- 1x Arduino Uno

- 6x bodemvochtsensoren

- 1x 1/2 Magneetventiel 127V

- 1x servomotor 15kg.cm

- 1x 5v 3A bron

- 1x 5v 1A bron

- 1x bluetooth-module hc-06

- 1x realtime klok RTC DS1307

- 1x relais 5v 127v

- 1x 4n25 kantelbare optocoupler

-1x thyristor bc547

- 1x diode n4007

- 1x weerstand 470 ohm

- 1x weerstand 10k ohm

- 2x universele plaat

- 1x stekkerdoos met 3 stopcontacten

- 2x mannelijke aansluiting

- 1x stekker p4

- 10m 2-weg kabel

- 2m internetkabel

Stap 8: C Programmeren met Arduino

Arduino-programmering is in feite om bodemvochtregeling van "n" vazen uit te voeren. Hiervoor moet het voldoen aan de vereisten voor de aansturing van de magneetventielen, evenals de positionering van de servomotor en het uitlezen van de procesvariabelen.

U kunt het aantal schepen wijzigen

#define QUANTIDADE 3 //Quantidade de plantas

U kunt de tijd wijzigen dat de klep open is

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

U kunt de wachttijd voor het bevochtigen van de grond wijzigen.

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

U kunt de vertraging van de bediende wijzigen.

#define TEMPO_S 30 // Vertraging servo.

Voor elke bodemvochtsensor is er een ander spanningsbereik voor droge grond en volledig vochtige grond, dus test deze waarde hier.

umidad[0] = kaart(umidade[0], 0, 1023, 100, 0);

Stap 9: Mobiele app

De app is ontwikkeld op de MIT App Inventor-website om projecttoezicht en configuratiefuncties uit te voeren. Na de verbinding tussen de mobiele telefoon en de controller toont de applicatie in realtime de vochtigheid (0 tot 100%) in elk van de drie vazen en de bewerking die op dat moment wordt uitgevoerd: ofwel in stand-bymodus, de servomotor verplaatsen naar de juiste positie of het water geven van een van de vazen. De configuratie van het type plant in elke vaas is ook gemaakt op de app, en de configuraties zijn nu klaar voor negen plantensoorten (sla, munt, basilicum, bieslook, rozemarijn, broccoli, spinazie, waterkers, aardbei). Als alternatief kunt u handmatig de bewateringsinstellingen invoeren voor planten die niet in de lijst staan. De planten op de lijst zijn gekozen omdat ze gemakkelijk te kweken zijn in kleine potten zoals die op ons prototype.

Om de app te downloaden moet je eerst de MIT App Inventor app op je mobiele telefoon downloaden, wifi aanzetten. Vervolgens dient u op uw computer in te loggen op de MIT-website https://ai2.appinventor.mit.edu/ om in te loggen, het SmartHorta2.aia-project te importeren en vervolgens uw mobiele telefoon via QR-code te verbinden.

Om de arduino met de smartphone te verbinden, moet je bluetooth op je telefoon aanzetten, de arduino aanzetten en vervolgens het apparaat koppelen. Dat is alles, u bent al verbonden met SmartHorta!