Raspberry Pi Powered IOT Garden - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Een van de belangrijkste doelstellingen van dit project was om het welzijn van een tuin te kunnen behouden met behulp van de kracht van het Internet of Things (IoT). Met de veelzijdigheid van de huidige tools en software is onze planter geïntegreerd met sensoren die de realtime status van de planten monitoren. We hebben een smartphone-app gebouwd waarmee we toegang hebben tot de gegevens en zo nodig de nodige acties kunnen ondernemen.

Het ontwerp van onze plantenbak is schaalbaar, goedkoop en eenvoudig te bouwen, waardoor het de perfecte optie is om groen toe te voegen aan je terras of achtertuin. De slimme tuin is efficiënter gebleken in het waterverbruik en vergemakkelijkt het onderhoud en de controle.

Ga verder om te leren hoe u uw eigen database en app kunt maken door een tuin te maken die met een klik op de knop kan worden gecontroleerd!

Stap 1: Overzicht van het IOT-systeem

Het IoT-systeem werkt via de volgende processen. Een Raspberry Pi wordt gebruikt om nuttige informatie van de tuin, zoals helderheid, vochtigheid en het vochtgehalte in de bodem van verschillende sensoren, door te geven aan een clouddatabase. Zodra de informatie in de cloud staat, is deze overal toegankelijk met behulp van een door ons gebouwde smartphone-app. Dit proces is ook omkeerbaar, de gebruiker kan instructies, zoals de staat van de waterpomp, terugsturen naar de tuin die de vereiste commando's zal uitvoeren.

Hieronder volgen enkele van de belangrijkste kenmerken van onze tuin:

Realtime feedback van de verschillende sensoren in de tuin

Database van de gezondheidsstatus van de tuin

Wereldwijde monitoring en operationele capaciteiten

Druppelirrigatiesysteem

App-gestuurd watersysteem

Automatische bewateringsschema's

We besloten om Firebase van Google te gebruiken als tussenpersoon van ons IOT-systeem, om onze eigen gratis clouddatabase te creëren. Vervolgens hebben we App Inventor van MIT gebruikt om een smartphone-applicatie te maken die compatibel is met de Firebase-database en de Raspberry Pi. Het kan ook communiceren met de database met behulp van een gratis Python-bibliotheek.

Stap 2: Benodigde materialen:

De materialen die nodig zijn om de iot-planter te maken, zijn gemakkelijk te vinden in lokale of online winkels. De volgende lijst is een beschrijving van alle benodigde onderdelen.

HARDWARE:

1" grenen houten plank - afmetingen; 300 cm x 10 cm (aangezien het hout buiten is, raden we behandeld hout aan)

1/4" Multiplex - afmetingen; 120cm bij 80cm

Dekzeildoek - afmetingen; 180cm x 275cm

PVC-buis - afmetingen; lengte 30cm, dia 2cm

Chirurgische buis - afmetingen; 250cm

Ellebooggewricht x 2

Houtschroef x 30

ELEKTRONICA:

Raspberry Pi3 Model B

Grove Pi + Sensorschild

12V magneetventiel

Vochtigheids- en temperatuursensor (dht11)

Vochtsensor

Helderheidssensor

Relaismodule

12V voeding

De totale kosten van dit project bedragen ongeveer 50 USD

Stap 3: 3D-geprinte onderdelen

Met behulp van 3D-printing zijn verschillende onderdelen gemaakt die voor dit project op maat gemaakt moesten worden. De volgende lijst bevat de volledige lijst met onderdelen en hun afdrukspecificaties. Alle STL-bestanden worden geleverd in een map die hierboven is bijgevoegd, zodat men indien nodig de nodige wijzigingen kan aanbrengen.

Pijpverbinding x 1, 30% vulling

Mondstukadapter x 3, 30% vulling

Buisplug x 3, 10% vulling

Haak x 2, 30% vulling

Sensormontage x 1, 20% vulling

Ventieladapter x 1, 20% vulling

Bedradingsafdekking x 1, 20% vulling

We gebruikten onze Creality Ender 3 om de onderdelen te printen, wat ongeveer 8 uur duurde voor de 12 onderdelen.

Stap 4: De plannen

Een daarvan is niet beperkt tot de afmetingen die we hebben gekozen om onze plantenbak te maken, maar hierboven zijn alle details die nodig zijn om het project te maken, bijgevoegd. In de volgende stappen kan men verwijzen naar deze afbeeldingen om het hout te zagen.

Stap 5: De zijkanten bouwen

Om de planten vast te houden hebben we besloten om een plantenbakstructuur van hout te maken. De binnenafmetingen van onze box zijn 70cm bij 50cm met een hoogte van 10cm. We gebruikten grenen houten planken om de zijkanten te bouwen.

Met behulp van een cirkelzaag zagen we de vier stukken op lengte (afmetingen hierboven bevestigd). We boorden geleidegaten op de gemarkeerde plekken en verzonken de gaten zodat de schroefkoppen gelijk kwamen te zitten. Toen we klaar waren, hebben we 8 houtschroeven erin gereden terwijl we ervoor zorgden dat de zijkanten vierkant waren waardoor het frame werd vastgezet.

Stap 6: Het onderste paneel monteren

Om het onderpaneel te maken, hebben we een rechthoekig stuk multiplex van 5 mm gesneden, dat we vervolgens op het zijframe hebben geschroefd. Zorg ervoor dat de gaten verzonken zijn, zodat de schroeven gelijk liggen met de basis. De benodigde afmetingen vindt u hierboven bijgevoegd.

Stap 7: Gaten voor de pijp

Onze plantenbak is gemaakt voor drie rijen planten. Daarom moet voor het druppelirrigatiesysteem aan één kant de leidingen voor de watertoevoer worden vastgehouden.

Begin met het meten van de diameters van de connectoren en trek ze op gelijke afstanden uit aan de korte kant van het frame. Omdat we geen forstner-bit hadden, hebben we een gat van 10 mm geboord en dit vervolgens verbreed met een decoupeerzaag. Om de ruwe randen glad te strijken kan men een Dremel gebruiken tot de connectoren passen.

Stap 8: De waterleidingen aansluiten

Om de verbindingen aan te sluiten, knipt u eenvoudig twee stukken PVC-buis van 12 cm lang. Droog de set-up om te controleren of alles goed past.

Duw vervolgens de 3D-geprinte verbinding in het centrale gat en de twee PVC-elleboogconnectoren aan de tegenovergestelde uiteinden totdat ze gelijk liggen. Bevestig het paneel weer aan het frame en sluit de connectoren van binnenuit af met de 3D-geprinte adapters. Alle verbindingen zijn wrijvingspassing en moeten waterdicht zijn, zo niet, dan zou men de verbindingen kunnen afdichten met hete lijm of teflontape

Stap 9: Magneetventiel

Om de waterstroom in het druppelirrigatiesysteem te regelen, gebruikten we een magneetventiel. De klep fungeert als een poort die opent wanneer een elektrisch signaal wordt verzonden, waardoor deze automatisch bestuurbaar is. Om het op te nemen, hebben we het ene uiteinde aan de waterbron bevestigd en het andere aan de watertoevoerleiding van de planter met behulp van een tussenadapter. Het is belangrijk om de klep in de juiste richting aan te sluiten, meestal aangeduid als "IN" voor de watertoevoer (een kraan) en "OUT" voor de waterafvoer (de planter).

Stap 10: bedrading van de elektronica

Hieronder staat een tabel met de verschillende modules en sensoren met hun respectievelijke poorten op het grovepi+ schild.

• Temperatuur- en vochtigheidssensor ==> poort D4
• Relaismodule ==> poort D3
• Vochtsensor ==> poort A1
• Lichtsensor ==> poort A0

Gebruik het hierboven bijgevoegde bedradingsschema als referentie.

Stap 11: Sensorcompartiment

We bouwden een compartimentdoos waarin alle elektronica zat met het overgebleven triplex. We zagen het hout volgens de lay-out van de elektronica en verlijmden de stukken aan elkaar. Nadat de lijm was opgedroogd, monteerden we de voeding en Raspberry Pi in de compartimentdoos en voerden de draden van de sensoren door een gleuf. Om de sleuven te bedekken, hebben we bedrukte deksels erin geduwd om eventuele openingen af te dichten.

De Sensor Mount heeft gaten om haringen te bevestigen waarop je de sensoren kunt monteren. Bevestig de lichtsterkte- en vochtigheidssensor aan de bovenkant en de vochtigheidssensor aan de verstelbare sleuf. Om de compartimentdoos gemakkelijk verwijderbaar te maken, hebben we 3D-geprinte haken en de sensorbevestiging geschroefd, waardoor de doos op de hoofdstructuur kon worden geklikt. Op deze manier kunnen de elektronische en iot-systeemeenheid eenvoudig in elke plantenbak worden geïntegreerd.

Stap 12: De database maken

De eerste stap is het maken van een database voor het systeem. Klik op de volgende link (Google firebase), die u naar de Firebase-website leidt (u moet inloggen met uw Google-account). Klik op de knop "Aan de slag" die u naar de Firebase-console brengt. Maak vervolgens een nieuw project aan door op de knop "Project toevoegen" te klikken, vul de vereisten in (naam, details, enz.) en voltooi door op de knop "Project aanmaken" te klikken.

We hebben alleen de databasetools van Firebase nodig, dus selecteer "database" in het menu aan de linkerkant. Klik vervolgens op de knop "Database maken", selecteer de optie "testmodus" en klik op "inschakelen". Stel vervolgens de database in op een "realtime database" in plaats van de "cloud firestore" door op het vervolgkeuzemenu bovenaan te klikken. Selecteer het tabblad "regels" en verander de twee "false" in "true", klik ten slotte op het tabblad "data" en kopieer de database-URL, dit is later vereist.

Het laatste dat u hoeft te doen, is op het tandwielpictogram naast het projectoverzicht klikken, vervolgens op "projectinstellingen", vervolgens het tabblad "serviceaccounts" selecteren, ten slotte op "Databasegeheimen" klikken en de beveiligingscode noteren van uw databank. Met deze stap voltooid, hebt u met succes uw clouddatabase gemaakt die toegankelijk is vanaf uw smartphone en vanaf de Raspberry Pi. (Gebruik de foto's die hierboven zijn bijgevoegd in geval van twijfel, of plaats gewoon een vraag of opmerking in het commentaargedeelte)

Stap 13: De app instellen

Het volgende onderdeel van het IoT-systeem is de smartphone-applicatie. We besloten om de MIT App Inventor te gebruiken om onze eigen app op maat te maken. Om de app te gebruiken die we hebben gemaakt, opent u eerst de volgende link (MIT App Inventor), die u naar hun webpagina leidt. Klik vervolgens op "apps maken" bovenaan het scherm en log in met uw Google-account.

Download het.aia-bestand dat hieronder is gelinkt. Open het tabblad "projecten" en klik op "Importeer project (.aia) van mijn computer" selecteer vervolgens het bestand dat u zojuist hebt gedownload en klik op "ok". Blader in het componentenvenster helemaal naar beneden totdat u "FirebaseDB1" ziet, klik erop en wijzig de "FirebaseToken", "FirebaseURL" in de waarden die u in de vorige stap had genoteerd.

Zodra deze stappen zijn voltooid, bent u klaar om de app te downloaden en te installeren. U kunt de app rechtstreeks naar uw telefoon downloaden door op het tabblad "Build" te klikken en op "App (Qr-code voor.apk) te klikken" en vervolgens de QR-code te scannen met uw smartphone of door op "App (save.apk to my computer) te klikken)" downloadt u het apk-bestand naar uw computer dat u naar uw smartphone moet verplaatsen om het vervolgens te installeren.

Stap 14: Programmeren van de Raspberry Pi

De Raspberry Pi moet worden geflitst met de nieuwste versie van Raspbian (Raspbian). Als je van plan bent om het GrovePi+-schild te gebruiken zoals wij deden, flash je Raspberry Pi dan met de nieuwste versie van "Raspbian for Robots" (Raspbian for Robots). Nadat je je Raspberry Pi hebt geflitst, moet je een extra python-bibliotheek installeren. Open de terminal en plak de volgende opdrachten:

1. sudo pip installatieverzoeken==1.1.0
2. sudo pip install python-firebase

Zodra dat is gebeurd, downloadt u het onderstaande bestand en slaat u het op in een map op uw Raspberry Pi. Open het bestand en scrol omlaag naar regel 32. Vervang op deze regel het gedeelte met de tekst "plak uw URL hier" door de URL van uw database die u eerder had genoteerd, zorg ervoor dat u de URL tussen de ' 's plakt. Hiermee ben je klaar, open de terminal en voer het python-script uit met de opdracht "python".

Stap 15: De app gebruiken

De interface van onze app spreekt voor zich. De bovenste vier vakken tonen realtime waarden van helderheid, temperatuur, vochtigheid en het bodemvochtgehalte in procenten. Deze waarden kunnen worden bijgewerkt door op de knop "waarden ophalen" te klikken die de Raspberry Pi instrueert om de clouddatabase bij te werken, gevolgd door de knop "vernieuwen" die het scherm ververst zodra de database is bijgewerkt.

Het onderste gedeelte van het scherm is voor het druppelirrigatiesysteem. De "aan"-knop zet de waterpomp aan terwijl de "uit"-knop hem uitschakelt. De "auto"-knop gebruikt de verschillende sensorwaarden om het exacte waterverbruik per dag te berekenen en bewatert de planten twee keer per dag om 08.00 uur en 16.00 uur.

Stap 16: Dekzeil voering

Omdat het vocht van de grond het hout na verloop van tijd kan doen rotten, hebben we een zeildoek op maat gesneden en aan de binnenkant van de plantenbak bekleed. Zorg ervoor dat je het over de zijkanten trekt en houd het dan op zijn plaats met wat lijm. Toen we klaar waren, vulden we de grond in die we van een lokale boerderij hadden gekregen. Verdeel de grond gelijkmatig tot de bovenkant en sluit vervolgens de drie rijen van de druppelirrigatieslang in.

Op de hoek bij de waterleidingen de elektronicakast plaatsen en de vochtsensor in de grond inbedden. Dit vereenvoudigt het bekabelen omdat het magneetventiel zich dicht bij de elektronica bevindt en eenvoudig kan worden aangesloten.

Stap 17: Druppelirrigatiesysteem

Snijd drie stukken van de chirurgische buis die zich uitstrekken over de lengte van de planter (ongeveer 70 cm), dit zal fungeren als de hoofddruppellijn voor de planten. Plan daarom de benodigde afstand tussen de planten en boor een gat van 1 mm en de intervallen. Test of het water gemakkelijk druppelt en vergroot de gaten indien nodig. Gebruik de drie pluggen om de uiteinden te sluiten en zorg ervoor dat het water beperkt blijft om alleen uit de druppelgaten te komen.

Steek de buizen een beetje in de grond en je bent klaar om je planten water te geven!

Stap 18: Plantresultaten

De foto's hierboven zijn de resultaten van de iot-tuin die een maand heeft gewerkt. De planten zijn gezond en we hebben kruiden als munt en koriander weten te kweken.

Door experimenten hebben we gemerkt dat de automatische modus bijna 12% water per dag bespaart. Doordat de planten worden bewaterd door middel van druppelirrigatie, groeien hun wortels recht, waardoor er meer ruimte is om meer planten in de plantenbak te laten groeien. Het enige nadeel dat we constateerden was dat de grotere planten meer bodemdiepte nodig hebben. Dat gezegd hebbende, door de modulaire constructie kan men gemakkelijk een diepere basis toevoegen aan hun eisen.

Kortom, dit systeem maakt uw tuin niet alleen efficiënter, maar zorgt ook voor het welzijn van uw planten, aangezien de realtime gegevensfeedback een robuuste methode biedt om de juiste hoeveelheid water en zonlicht te geven. We hopen dat de instructable nuttig was en dat het je zal helpen je eigen iot-tuin te laten groeien.

Veel plezier met maken!

Eerste prijs in de IoT Challenge