IoT APIS V2 - Автономна система за напояване на растения с активирана IoT: 17 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Този проект е еволюция на предишните ми инструкции: APIS - Автоматизирана система за напояване на растения

Използвам APIS вече почти година и исках да подобря предишния дизайн:

1. Възможност за дистанционно наблюдение на растението. Ето как този проект стана активиран за IoT.
2. Лесна за смяна сонда за влажност на почвата. Преминах през три различни дизайна на сондата за влажност и без значение кой материал използвах, тя се ерозира рано или късно. Така че новият дизайн трябваше да продължи възможно най -дълго и да бъде бързо и лесно заменен.
3. Ниво на водата в кофата. Исках да мога да кажа колко вода все още има в кофата и да спра поливането, когато кофата е празна.
4. По -добре изглежда. Сивата кутия за проекти беше добро начало, но исках да създам нещо, което да изглежда малко по -добре. Вие ще бъдете съдия, ако успях да постигна тази цел …
5. Автономия. Исках новата система да бъде автономна по отношение на мощността и/или наличността на интернет.

Полученият проект не е по -малко конфигурируем от предшественика си и има допълнителни полезни функции.

Исках също да използвам новопридобития 3D принтер, така че някои от частите ще трябва да бъдат отпечатани.

Стъпка 1: Хардуер

За изграждането на IoT APIS v2 ще ви трябват следните компоненти:

1. NodeMcu Lua ESP8266 ESP -12E WIFI Board за развитие - на banggood.com
2. SODIAL (R) 3-пинов ултразвуков сензорен модул за измерване на разстоянието, двоен преобразувател, три пина на борда-на amazon.com
3. DC 3V -6V 5V Малка потопяема водна помпа Аквариумна помпа за аквариум - на ebay.com
4. Трицветен светодиод - на amazon.com
5. Табло Vero - на amazon.com
6. PN2222 транзистор - на amazon.com
7. Пластмасови винтове, болтове и гайки
8. Оборудване и консумативи за запояване
9. Проводници, резистори, заглавки и други различни електронни компоненти
10. Празен Tropicana OJ 2.78 QT буркан
11. 2 поцинковани пирона

Стъпка 2: Общ дизайн

Общият дизайн се състои от следните компоненти: 1. Сонда за влажност на почвата и резервоар за поливане на растения (комбинирано - 3d отпечатано) 2. Тръби и окабеляване 3. Сензор за изтичане на вода в тавата (3d отпечатан) 4. Контролен модул, монтиран на върха на буркана с OJ (поставен и затворен в 3D отпечатаната кутия) 5. Потопена водна помпа6. Скица на NodeMCU7. IoT конфигурация 8. Захранване: USB чрез електрически контакт -ИЛИ- слънчев панел (автономен режим) Нека обсъдим всеки компонент поотделно

Стъпка 3: Потопена водна помпа

Потопената водна помпа се намира под дръжката на буркана OJ (за да се избегнат смущения при измерването на нивото на водата). Помпата е поставена по такъв начин, че да „витае“около 2-3 мм над дъното на буркана, за да позволи свободен поток на вода към входа.

Тъй като помпата трябва да бъде напълно потопена за нормална работа, минималното ниво на водата в буркана трябва да бъде около 3 см (около 1 инч).

Стъпка 4: Контролен модул, монтиран на върха на OJ Jar

Избрах стандартен голям буркан OJ Tropicana за контейнер за вода. Те са широко достъпни и стандартни.

Контролният модул се поставя на върха на буркана, след като оригиналният кран е отстранен.

Платформата, на която е разположен управляващият модул, е 3D отпечатана. STL файлът е предоставен в разделите за файлове и скици на тази инструкция.

Помпата, тръбите и окабеляването се прокарват през дръжката на буркана Tropicana, за да се освободи място за измерване на нивото на водата.

Нивото на водата се измерва чрез ултразвуков сензор за разстояние, интегриран с платформата на контролния модул. Нивото на водата се определя като разлика в измерването на разстоянието на празен буркан и напълнен с вода буркан до определено ниво.

Контролният модул и американският сензор са покрити с 3D отпечатан "купол". STL файлът на купола е предоставен в раздела файлове и скици на тази инструкция.

Стъпка 5: Контролен модул - Схеми

Схеми за модула за управление (включително списъка с компоненти) и файловете за проектиране на дъската за хляб са предоставени в раздела файлове и скици на тази инструкция.

ЗАБЕЛЕЖКА: Работата с NodeMCU се оказа предизвикателна задача по отношение на наличните GPIO пинове. Почти всички GPIO обслужват редица функции, което ги прави или недостъпни за използване, или невъзможни за използване в режим на дълбок сън (поради специални функции, които изпълняват по време на процеса на зареждане). В крайна сметка успях да намеря баланс между използването на GPIO и моите изисквания, но това отне няколко разочароващи повторения.

Например редица GPIO остават „горещи“по време на дълбок сън. Свързването на светодиода към тези, които победиха целта за намаляване на консумацията на енергия по време на дълбок сън.

Стъпка 6: Сензор за изтичане на вода в тавата

Ако саксията ви има отвор за преливане на дъното, тогава съществува риск водата да прелее долната тава и да се разлее по пода (рафт или каквото и да е вашето растение).

Забелязах, че измерването на влажността на почвата е силно повлияно от положението на сондата, плътността на почвата, разстоянието от изхода за поливане и т.н. С други думи, преминаването през влажност на почвата може да навреди на дома ви само ако водата прелее долната тава и се разлее.

Сензорът за преливане е дистанционер между тенджерата и долната тава, с два проводника, увити около решетките. Когато водата запълни тавата, двата проводника се свързват, като по този начин сигнализират микроконтролера, че в долната тава има вода.

В крайна сметка водата се изпарява и проводниците се изключват.

Долната тава е 3D отпечатана. STL файлът е достъпен от раздела файлове и скици на тази инструкция.

Стъпка 7: Сонда за влажност на почвата и корпус за поливане

Проектирах шестоъгълно 3D отпечатано заграждение, за да бъде комбинирана сонда за влажност на почвата и заграждане.

Файл за 3D печат (STL) е наличен в раздела файлове и скици на тази инструкция.

Корпусът се състои от две части, които трябва да бъдат залепени заедно. Модифициран бодлив фитинг е залепен отстрани на корпуса, за да се прикрепят тръби.

Предвидени са два 4,5 мм отвора за поставяне на поцинкованите пирони, които служат като сонди за влажност на почвата. Свързването с микроконтролера се постига чрез метални дистанционни елементи, избрани специално за поставяне на ноктите.

3D дизайнът се извършва с помощта на www.tinkercad.com, който е чудесен и лесен за използване, но мощен инструмент за 3D дизайн.

ЗАБЕЛЕЖКА: Може да искате да попитате защо просто не използвах една от предварително произведените почвени сонди? Отговорът е: фолиото върху тях се разтваря в рамките на седмици. Всъщност дори с ограничено време ноктите са под напрежение, те все още се разяждат и трябва да се сменят поне веднъж годишно. Горният дизайн позволява смяна на ноктите за секунди.

Стъпка 8: Тръби и окабеляване

Водата се подава към плана чрез супер-мека латексова гумена полу-прозрачна тръба (с вътрешен диаметър 1/4 "и външен диаметър 5/16").

Изходът на помпата изисква по-големи тръби и адаптер: Химически устойчив полипропиленов бодлив фитинг, редуциращ прав за 1/4 "x 1/8" ID на тръбата.

И накрая, химически устойчив полипропиленов бодлив фитинг, прав за 1/8 тръба ID служи като съединител към поливащата камера.

Стъпка 9: NodeMCU скица

Скицата на NodeMCU реализира няколко функции на IoT APIS v2:

1. Свързва се към съществуващата WiFi мрежа -ИЛИ- работи като WiFi точка за достъп (в зависимост от конфигурацията)
2. Заявява NTP сървъри за получаване на местно време
3. Прилага уеб сървър за мониторинг на растенията и настройка на параметрите на поливане и работа в мрежа
4. Измерва влажността на почвата, изтичането на вода от долната тава, нивото на водата в буркана и осигурява визуална индикация чрез трицветен светодиод
5. Реализира онлайн и енергоспестяващи режими на работа
6. Запазва информация за всяко от поливките локално във вътрешната флаш памет

Стъпка 10: NodeMCU Sketch - WiFi

По подразбиране IoT APIS v2 ще създаде локална WiFi точка за достъп, наречена "Plant_XXXXXX", където XXXXXX е серийният номер на чипа ESP8266 на борда на NodeMCU.

Можете да получите достъп до вградения уеб сървър чрез URL адрес: https://plant.io вътрешен DNS сървър ще свърже вашето устройство със страницата за състоянието на APIS.

От страницата със състоянието можете да отидете до страницата с параметрите на поливане и страницата с мрежови параметри, където можете да накарате IoT APIS v2 да се свърже с вашата WiFi мрежа и да започнете да докладвате за състоянието в облака.

IoT APIS поддържа онлайн и енергоспестяващи режими на работа:

1. В онлайн режим IoT APIS поддържа WiFi връзката през цялото време, така че можете да проверявате състоянието на вашето предприятие по всяко време
2. В режим на пестене на енергия IoT APIS проверява периодично влажността на почвата и нивото на водата, като поставя устройството в режим „дълбок сън“между тях, като по този начин драстично намалява консумацията му на енергия. Устройството обаче не е достъпно онлайн през цялото време и параметрите могат да се променят само по време на включване на устройството (понастоящем на всеки 30 минути, в съответствие с час/половин час в реално време). Устройството ще остане онлайн за 1 минута на всеки 30 минути, за да позволи промени в конфигурацията, и след това ще влезе в режим на дълбок сън. Ако потребителят се свърже с устройството, времето за "нагоре" се удължава до 3 минути за всяка връзка.

Когато устройството е свързано към локална WiFi мрежа, неговият IP адрес се докладва на облачния сървър на IoT и се вижда на мобилното устройство за наблюдение.

Стъпка 11: Скица на NodeMCU - NTP

IoT APIS v2 използва NTP протокол за получаване на локално време от сървърите за време NIST. Правилното време се използва за определяне дали устройството трябва да влезе в "нощен" режим, т.е.избягвайте пускането на помпата или мигащия светодиод.

Нощното време може да се конфигурира отделно за работните дни и сутринта през уикенда.

Стъпка 12: NodeMCU Sketch - Локален уеб сървър

IoT APIS v2 внедрява локален уеб сървър за отчитане на състоянието и промени в конфигурацията. Началната страница предоставя информация за текущата влажност и ниво на водата, наличието на преливна вода в долната тава и статистически данни за последното поливане. Страница за мрежова конфигурация (достъпна чрез бутона за конфигуриране на мрежата) осигурява възможност за свързване към локална WiFi мрежа и промяна между режими Онлайн и енергоспестяване. (Промените в мрежовата конфигурация ще доведат до нулиране на устройството) Страницата за конфигуриране на поливане (достъпна чрез бутона за конфигуриране на водата) предоставя възможност за промяна на параметрите на поливане (влажност на почвата за започване/спиране на поливането, продължителност на поливането и пауза за насищане между циклите, брой цикли и т.н.) HTML файловете на уеб сървъра се намират в папката с данни на скицата на IoT APIS Arduino IDE. Те трябва да бъдат качени във флаш паметта на NodeMCU като файлова система SPIFF, като се използва инструментът „ESP8266 Sketch Data Upload“, разположен тук.

Стъпка 13: Скица на NodeMCU - Дневник за локално поливане и достъп до вътрешна файлова система

В случай, че мрежовата връзка не е налична, системата IoT APIS v2 регистрира всички поливни дейности локално.

За достъп до дневника се свържете с устройството и отидете на страницата „/редактиране“, след което изтеглете файла watering.log. Този файл съдържа историята на всички поливни цикли от началото на регистрирането.

Пример за такъв регистрационен файл (във формат, разделен с раздели) е приложен към тази стъпка.

ЗАБЕЛЕЖКА: Страницата за изтегляне не е налична, когато IoT APIS v2 работи, е режим на точка за достъп (поради зависимост от онлайн библиотеката на Java Script).

Стъпка 14: Скица на NodeMCU - Влажност на почвата, изтичане на вода от долната тава, ниво на водата, 3 цветен светодиод

Измерването на влажността на почвата се основава на същия принцип като оригиналния APIS. Моля, вижте тази инструкция за подробности.

Течовете в тавата за вода се откриват чрез моментно прилагане на напрежение към проводниците, разположени под тенджерата, с помощта на вътрешни резистори PULLUP. Ако полученото ПИН състояние е НИСКО, значи в тавата има вода. Състоянието на PIN на HIGH показва, че веригата е „прекъсната“, поради което в долната тава няма вода.

Нивото на водата се определя чрез измерване на разстоянието от горната част на буркана до водната повърхност и сравняването му с разстоянието до дъното на празен буркан. Моля, обърнете внимание на използването на 3 -пинов сензор! Те са по-скъпи от четири-пиновите сензори HC-SR04. За съжаление останах без GPIO на NodeMCU и трябваше да прекъсна всеки проводник, за да накарам дизайна да работи само на един NodeMCU без допълнителни схеми.

Трицветният светодиод се използва за визуално обозначаване на състоянието на APIS:

1. Умерено мигащо ЗЕЛЕНО - свързване към WiFi мрежа
2. Бързо мигащо ЗЕЛЕНО - запитване към NTP сървър
3. Кратко твърдо ЗЕЛЕНО - свързано към WiFi и успешно получено текущо време от NTP
4. Кратко твърдо бяло - инициализацията на мрежата приключи
5. Бързо мигащо БЯЛО - стартиране на режим на точка за достъп
6. Бързо мигащ СИН - поливане
7. Умерено мигащо СИНЕ - насищане
8. Кратко солиден AMBER, последван от кратко солиден RED - не може да получи време от NTP
9. Накратко стабилен БЯЛ по време на достъп до вътрешен уеб сървър

LED не работи в "нощен" режим. Нощен режим може да бъде надеждно определен само ако устройството е успяло да получи локално време от NTP сървърите поне веднъж (локален часовник в реално време ще се използва, докато се установи следващата връзка с NTP)

Пример за LED функцията е достъпен в YouTube тук.

Стъпка 15: Слънчева енергия, Power Bank и автономна работа

Една от идеите зад IoT APIS v2 беше способността да работи автономно.

Настоящият дизайн използва слънчев панел за енергия и междинна банка с мощност 3600 mAh, за да постигне това.

1. Слънчевият панел е достъпен на amazon.com
2. Power bank е наличен и на amazon.com

Слънчевият панел също има вградена батерия от 2600 mAh, но не успя да издържи 24 часа APIS работа дори в режим на спестяване на енергия (подозирам, че батерията не се справя добре със едновременното зареждане и разреждане). Комбинацията от две батерии изглежда осигурява достатъчна мощност и позволява повторно зареждане на двете батерии през деня. Слънчевият панел зарежда power bank, докато power bank захранва APIS устройството.

Моля обърнете внимание:

Тези компоненти са по избор. Можете просто да захранвате устройството с всеки USB адаптер, който осигурява 1A ток.

Стъпка 16: Интеграция на IoT - Blynk

Една от целите на новия дизайн беше възможността да се следи дистанционно влажността на почвата, нивото на водата и други параметри.

Избрах Blynk (www.blynk.io) за платформа на IoT поради лекотата на използване и привлекателния визуален дизайн.

Тъй като моята скица се основава на кооперативна библиотека за многозадачност на TaskScheduler, не исках да използвам библиотеки на устройства Blynk (те не са активирани за TaskScheduler). Вместо това използвах Blynk HTTP RESTful API (наличен тук).

Конфигурирането на приложението е възможно най -интуитивно. Моля, следвайте приложените екранни снимки.

Стъпка 17: Скици и файлове

Скицата на IoT APIS v2 се намира в github тук: Sketch

Няколко библиотеки, използвани от скицата, се намират тук:

1. TaskScheduler - съвместна многозадачна библиотека за Arduino и esp8266
2. AvgFilter - цялостно изпълнение на средния филтър за изглаждане на сензорни данни
3. RTCLib - внедряване на хардуерен и софтуерен часовник в реално време (променен от мен)
4. Time - Промени за библиотеката Time
5. Часова зона - библиотека, поддържаща изчисления на часовата зона

ЗАБЕЛЕЖКА:

Листовете с данни, документацията за пинове и 3D файловете се намират в подпапката "файлове" на основната скица.

HTML файловете за вградения уеб сървър трябва да бъдат качени във флаш паметта на NODE MCU с помощта на плъгин arduino-esp8266fs (който създава файл от файлова система от подпапката "данни" на основната папка за скици и го качва във флаш паметта)

Вицешампион в конкурса за градинарство на закрито 2016 г.