IoT-терариум: 6 стъпки (със снимки)

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

Моята приятелка е обсебена от стайни растения и преди малко спомена, че иска да построи терариум. Желаеща да върши най -добрата работа, тя потърси в Google как и най -добрите практики как да създаде и да се грижи за едно от тях. Оказва се, че има милион публикации в блога и никой не дава точен отговор и всичко изглежда се свежда до външния вид на това как се разрастват отделните терариуми. Тъй като съм човек на науката и обичам данните да знам дали нещо наистина работи, исках да използвам добре знанията си за IoT и електрониката и да създам IoT Terrarium монитор.

Планът беше да се изгради сензорна система, която да може да следи температурата, влажността и влажността на почвата от проста, но елегантна уеб страница. Това би ни позволило да следим здравето на терариума, така че винаги сме знаели, че той е в най -добро състояние. Тъй като аз също обичам светодиодите (имам предвид кой не), аз също исках да добавя неопиксел, който да превърне терариума в перфектно настроение или нощна светлина!

След като планирах изграждането, знаех, че искам да споделя това, за да могат другите да направят своето. Така че, за да позволя на всеки да може да възпроизведе този проект, използвах само материали за лесно снабдяване, които могат да бъдат закупени в повечето магазини за тухли и хоросан или лесно чрез сайтове като Adafruit и Amazon. Така че, ако се интересувате от изграждането на собствен Iot-Terrarium в неделя следобед, прочетете!

Консумативи

В по -голямата си част трябва да можете да купувате подобни артикули като мен. Но аз ви насърчавам да се разнообразите и да станете по -големи и по -добри, така че някои от елементите, изброени по -долу, може да искате да се адаптирате към вашата конкретна конструкция. Ще изброя и някои алтернативни материали и методи в тази непостижима за тези, които нямат достъп до всичко. Така че, за да започнете, ще ви трябват няколко инструмента, за да ги следвате, това са;

• Свредла и накрайници - Използва се за пробиване през капака на контейнера за терариум за монтиране на вашите сензори, светлини и контролери.
• Пистолет за горещо лепило - Използва се за залепване на сензорите към капака на терариума. Можете да изберете да използвате различен метод на монтаж като суперлепило или гайки и болтове.
• Поялник (по избор) - Реших да направя специална платка за този проект, така че връзките да са възможно най -добри. Можете също да използвате дъска за хляб и джъмперни жици и да постигнете същия резултат.
• Около 4 часа - Този проект от началото до края в изграждането ми отне около 4 часа, за да завърша. Това ще зависи от това как сте решили да създадете своя версия

По -долу е даден списък с материали за електрониката за откриване и управление на терариума. Не е нужно да използвате всички сензори, нито едни и същи сензори за вашия терариум, но за предоставения код тези материали ще работят извън кутията. Малко главата, използвам асоциирани връзки на amazon за това, така че благодаря за подкрепата, ако решите да закупите нещо от тези връзки.

• ESP8266 - Използва се за управление на неопиксела, четене на данните от сензорите и показване на уеб страницата. Можете също да изберете Adafruit HUZZAH
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (или от Adafruit) - Това са страхотни малки неопиксели в страхотен форм -фактор. Те имат всички останали необходими пасивни компоненти, както и за лесен контрол.
• DHT11 Температурен сензор за влажност (или от Adafruit) - Основен сензор за температура и влажност. Можете също да използвате DHT22 или DHT21 за това.
• Датчик за влажност на почвата (или от Adafruit) - Те се предлагат в два вкуса. Използвах резистивен тип, но препоръчвам капацитивен тип като този от Adafruit. Повече за тях по -късно.
• Захранване 5V (1A)- За този проект ще ви трябва 5V захранване. Това трябва да бъде поне 1A захранване, така че можете да използвате и стандартен USB стенен контакт.
• Прототипна печатна платка- Използва се за свързване на всичко заедно в стабилно имение. Може също да използва макет и някои джъмперни проводници.
• Някои монтажни болтове - Използва се за монтиране на вашата печатна платка към капака на вашия буркан. Можете също така да използвате горещо лепило.
• PCB Headers- За монтиране на NodeMCU към печатната платка.
• Тел - Всякакъв вид проводници за свързване на печатната платка и сензорите заедно.

За вашия действителен терариум имате неограничени възможности. Силно препоръчвам да отидете до най -близкия градински център за всичките си консумативи, както и за съвети. Там можете също да поискате помощ за най -добрата комбинация от материали за изграждане на Терариум за растенията, които използвате. За мен местният ми градински център имаше всички необходими материали в удобни малки торбички. Това бяха;

• Стъклен буркан - Обикновено се намира във вашия домашен магазин. Той може да бъде с всякаква форма или размер, който желаете, но трябва да има капак, който ще ви позволи да пробиете и прикрепите електроника.
• Растения - най -важната част. Изберете разумно и се уверете, че всички материали в конструкцията съответстват на вашето растение. Използвах малка помощ от тук.
• Почви, пясъци, камъчета, дървени въглища и мъх - Това са основните градивни елементи на терариума и обикновено са лесни за намиране в железария с градинарска секция или в местния разсадник

Вижте и голям брой изградени терариуми тук на Instructables!

Стъпка 1: Направете своя терариум

За да започнем, всъщност трябва да изградим терариум, преди да можем да го свържем с интернет! Няма правилен или грешен начин за съставяне на терариум, но има най -добри практики, които ще се опитам да очертая.

Първото и най -важно е, че се стремите да имитирате околната среда, в която процъфтяват избраните от вас растения. Обикновено терариумът използва повече тропически влаголюбиви растения, но много хора все още използват неща като сукуленти в отворен контейнер. Избрах по -тропическо растение за тази конструкция, за да мога да имам запечатан капак, към който ще монтирам електрониката.

Следващата най -добра практика е редът на събиране на съставките на терариума. За най -добри резултати ще трябва да ги наслоите правилно, така че водата да може да се оттича и да се филтрира през системата и да се върне обратно. Внимавайте за това да станете прекалено ревностни с растения и материали. Обхванете вашия буркан, растения и материали, преди да ги поставите напълно, в противен случай всичко може да не се побере.

Следвайки снимките за тази стъпка, инструкциите по -долу са как можете да наслоите своя терариум за най -добър резултат;

1. Поставете малко камъчета на дъното на буркана. Това е за дренаж и оставя място за събиране на вода.
2. След това поставете слой мъх, това е филтър, който предотвратява падането на почвата през пукнатините на камъчетата и в крайна сметка разрушава ефекта, който камъчетата дават. Това може да се постигне и с телена мрежа
3. След това добавете вашия въглен отгоре. Този въглен действа като воден филтър
4. Върху дървените въглища вече можете да добавите почва. На този етап ще искате да проверите колко пълен е бурканът ви, тъй като можете да изпразните всичко и да започнете отново тук по -лесно от по -късно
5. (По избор) Можете да добавите и други материали, като пясък за ефект на наслояване. Добавих много фин слой пясък за естетически ефект, след което слоех останалата част от почвата си.
6. След това направете дупка в средата, след което премахнете саксията от растенията и ги поставете деликатно в центъра.
7. Ако можете да достигнете, потупайте почвата около вашите растения, за да ги вградите здраво в почвата.
8. Завършете, като добавите няколко декоративни камъчета отгоре и малко повече мъх, който ще оживее с малко влага.

Това беше супер лесно да се постави терариум или два в неделя следобед! Но не приемайте думата ми за евангелие, не забравяйте да погледнете как другите са изградили своето.

Стъпка 2: Направете го умен

Време е да направите вашия терариум да се откроява от другите. Време е да го направим умен. За да направим това, трябва да знаем какво искаме да измерим и защо. Аз не съм експерт в градинарството, така че това е за първи път за мен, но разбирам много добре сензорните и микроконтролерите, така че прилагането на знанията ми в единия, надявам се, ще преодолее празнината към другия.

След малко гугъл, за да разбера кои показатели биха били най -добрите, отидох да пазарувам, за да намеря подходящи сензори, с които да работя. В крайна сметка избрах 3 неща за измерване. Това бяха температура, влажност и влажност на почвата. Тези три показателя ще дадат общ преглед на здравето на нашия терариум и ще ни помогнат да разберем дали е здравословен или изисква грижи.

За да измеря температурата и влажността, избрах DHT11. Те са лесно достъпни от много източници, като Adafruit и други магазини за електроника. Те също така се поддържат напълно в средата Arduino, заедно с други сензори от същото семейство, като DHT22 и DHT21. Кодът в края на тази инструкция поддържа всяка версия, така че можете да изберете всяка версия, която да отговаря на вашия бюджет и наличност.

Сензорите за влажност на почвата се предлагат в два вкуса; резистивен и капацитивен. За този проект завърших с резистивен сензор, тъй като това беше на разположение по това време, но капацитивен сензор щеше да предложи същия резултат.

Резистивните сензори работят чрез прилагане на напрежение към два щифта в почвата и измерване на спада на напрежението. Ако почвата е влажна, ще има по-малък спад на напрежението и следователно по-голяма стойност, отчетена от ADC на микроконтролера. Красотата на това е простотата и цената, поради което в крайна сметка използвах тази версия.

Капацитивните сензори работят, като изпращат сигнал към един от двата щифта на почвата като резистивната версия, разликата е, че търси забавяне, когато напрежението пристигне на следващия щифт. Това се случва много бързо, но за всички умни обикновено се полагат грижи на борда на сензора. Изходът като резистивните версии обикновено е също аналогов, което му позволява да бъде свързан към аналоговия щифт на микроконтролера.

Идеята зад тези сензори не е да се дава абсолютна стойност на всичко, тъй като техните техники за измерване и физическите свойства зависят от твърде много променливи на вашия терариум. Начинът, по който се разглеждат данните от тези сензори, особено влажността на почвата, е относителен, тъй като те всъщност не са калибрирани. Така че, за да извадите играта на отгатване от това кога да поливате или да се грижите за градината си, ще трябва да погледнете как ще се развива терариумът ви за малко и мислено да съпоставите това с данните от сензора ви.

Стъпка 3: Създаване на печатни платки

За този проект реших да направя моя собствена печатна платка от прототипна платка. Избрах това, така че всичко да бъде свързано заедно по -здраво от дъска за хляб или чрез кабели за заглавки. Като казах това, ако закупите правилния форм -фактор на сензори и контролери, можете предизвикателно да го изградите на макет, ако нямате достъп до поялник.

Сега вашият терариум най -вероятно ще използва различен буркан от моя и следователно няма да използва точната печатна платка, която съм направил, така че няма да навлизам в подробности относно точния метод, който използвах за създаването му. Вместо това по -долу са поредица от индикативни стъпки, които можете да предприемете, за да сте сигурни, че ще постигнете същия резултат. В крайна сметка всичко, което трябва да направите, за да работи проектът, е да следвате схемата на схемата в изображенията.

1. Започнете, като поставите печатната платка върху капака си, за да видите как ще се побере всичко. След това маркирайте всички линии на изрязване и монтажни отвори на печатната платка. в тази стъпка трябва също да маркирате къде трябва да бъде отворът в капака на кабелите ви.
2. След това изрежете дъската, ако използвате прототипна дъска. Можете да направите това с помощта на нож и прав ръб, като забиете по дупките и го щракнете.
3. След това с помощта на бормашина оформете монтажните отвори, за да могат винтовете да преминават в капака ви. Този диаметър на отвора трябва да е по -голям от винтовете ви. Използвах 4 мм отвор за винтове М3. Можете също така да използвате горещо лепило, за да монтирате платката към капака.
4. На този етап е добра идея да направите и монтажните отвори във вашия капак, докато няма компоненти на печатната платка. Така че поставете вашата печатна платка върху капака си, маркирайте дупките и ги пробийте с по -малък диаметър от вашите монтажни болтове. Това ще позволи на болтовете да се ухапят в капака.
5. Пробийте дупката, през която кабелите ви могат да преминат през целия път. Направих 5 мм отвор за моя, който беше с правилния размер. На този етап също е добра идея да маркирате и пробиете една и съща дупка в капака си.
6. Сега можете да поставите компоненти на вашата печатна платка и да започнете да запоявате. Започнете с заглавките за ESP8266.
7. С поставените заглавки ESP8266 сега знаете къде се подреждат щифтовете, така че сега можете да изрежете някои проводници, за да свържете вашите сензори. Когато правите това, уверете се, че те са по -дълги от необходимото, тъй като можете да ги отрежете по -късно. Тези проводници трябва да са за всички ваши захранвания + и -, както и линиите за данни. Аз също ги кодирах с цвят, за да знам кое е какво.
8. След това запоявайте всички необходими проводници за платката според схемата на веригата и ги прокарайте през отвора на печатната платка, готов за монтаж към капака и свързване към вашите сензори.
9. И накрая, ще трябва да направите връзка за вашето захранване. Добавих малък конектор (не на снимките) за това. Но можете също да го запоявате директно.

Това е за монтажа на печатни платки! Неговите предимно механични предложения, тъй като от вас зависи да поставите вашата печатна платка, така че да отговаря на вашия капак. На този етап не монтирайте платката върху капака, тъй като ще трябва да монтираме сензора от долната страна в следващата стъпка.

Стъпка 4: Направете капака

Време е да монтирате сензорите и светлините към капака! Ако сте следвали последната стъпка, трябва да имате капак с всички отвори за монтаж на печатни платки и голям отвор за преминаване на проводника на сензора. Ако го направите, сега можете да разположите светлините и сензорите така, както бихте искали. Точно като последната стъпка, методът, който използвате, вероятно ще бъде малко по -различен, но ето списък със стъпки, които да ви помогнат да подредите капака си

Внимание: Линиите за данни на неопикселите имат посока. Обърнете внимание на входа и изхода на всяка светлина, като потърсите стрелките на печатната платка. Уверете се, че данните винаги преминават от изход към вход.

1. Започнете, като поставите светлините и температурния сензор на капака, за да видите къде искате да ги поставите. Предлагам да държите температурния сензор далеч от светлините, тъй като те ще отделят малко топлина. Но освен това оформлението зависи изцяло от вас.
2. С всичко изложено, можете да изрежете малко жица, за да свържете светлините заедно. Направих това, като изрязах тест и го използвах като ръководство за изрязване на останалите.
3. След това използвах blue-tak за задържане на светлините и запоявах проводниците към тях с помощта на подложки отстрани на дъските за флора. Обърнете внимание на посоките на данни на светлините.
4. След това премахнах blue-tak от светлините и използвах горещо лепило, за да ги закрепя към капака заедно с температурния сензор на мястото, от което бях доволен.
5. Сега вземете печатна платка и я монтирайте към капака, където преди сте пробивали и нарязвали дупки. Прокарайте проводниците през големия отвор, готов за свързване към сензорите.
6. След това запоявайте всеки от проводниците към правилните сензори, като следвате схемата, предоставена в предишната стъпка.
7. Тъй като сензорът за почвата не е монтиран към капака, ще трябва да се уверите, че проводниците са оставени достатъчно дълго, за да могат да бъдат засадени в почвата. След като изрежете, запоявайте сензора за почва.

Поздравления, сега трябва да имате напълно сглобен капак на базата на сензор, пълен със сензори за температура, влажност и влажност на почвата. В по -късните стъпки ще видите, че добавих 3D отпечатана шапка от дървесна смола, за да покрие и ESP8266. Не съм описал как да го направя, защото окончателната форма и размер на вашия терариум вероятно ще се различават и не всеки има достъп до 3D принтер. Но искам да го отбележа, така че служи като идея за това как може да искате да завършите проекта си!

Стъпка 5: Кодиране на ESP8266 с Arduino

С капака, захранван от сензори, готов за работа, време е да поставите ума в него. За да направите това, ще ви е необходима среда Arduino с инсталирани платки ESP8266. Това е хубаво и лесно за стартиране благодарение на страхотната общност зад него.

За тази стъпка предлагам да не включвате ESP8266 в печатната платка, за да можете да отстраните грешките при първоначалното качване и стартиране. След като вашият ESP8266 заработи и се свърже с WiFi за първи път, предлагам ви да го включите в печатната платка.

Настройте средата Arduino:

Първо ще ви е необходима средата Arduino, която може да бъде изтеглена от тук за повечето операционни системи. Следвайте инструкциите за инсталиране и изчакайте да приключи. След като приключи, отворете го и можем да добавим платките ESP8266, като следвате страхотните стъпки в официалното хранилище на GitHub тук.

След като бъде добавен, ще трябва да изберете типа платка и размера на флаш, за да работи този проект. В менюто "Tools"-> "board" ще трябва да изберете модула "NodeMCU 1.0", а в опциите за размер на Flash ще трябва да изберете "4M (1M SPIFFS)".

Добавяне на библиотеки

Това е мястото, където повечето хора се отлепват, когато се опитват да копират нечий проект. Библиотеките са изискани и повечето проекти разчитат на конкретна версия, която да бъде инсталирана, за да работят. Докато средата на Arduino частично решава този проблем, той обикновено е източникът на проблеми с времето за компилиране, открити от нови начинаещи. Този проблем се решава от други езици и среди, използващи нещо, наречено „опаковка“, но средата на Arduino не поддържа това… технически.

За хора с чисто нова инсталация на средата Arduino, можете да пропуснете това, но за други, които искат да знаят как да се уверят, че всеки проект, който правят с околната среда Arduino, ще работи (при условие, че го прави нестандартно, за да започнете с) можете да направите това. Работата около това разчита на това да създадете нова папка, където пожелаете, и да насочите местоположението си „Sketchbook“в менюто „файл“-> „предпочитания“. Точно в горната част, където пише sketchbook location, щракнете върху browse и отидете до новата папка.

След като направите това, няма да имате инсталирани библиотеки тук, което ви позволява да добавяте всяка, която искате, без тези, които сте инсталирали преди. Това означава, че за конкретен проект като този можете да добавите библиотеките, които идват с моето хранилище на GitHub и да нямате сблъсъци с други, които може да сте инсталирали. Перфектно! Ако искате да се върнете към старите си библиотеки, всичко, което трябва да направите, е да промените местоположението на скицника обратно към оригиналното, това е толкова лесно.

Сега, за да добавите библиотеките за този проект, ще трябва да изтеглите zip файла от хранилището на GitHub и да инсталирате всички библиотеки в включената папка "библиотеки". Всички те се съхраняват като.zip файлове и могат да бъдат инсталирани, като се използват стъпките, предложени на официалната уеб страница на Arduino за това.

Променете необходимите променливи

След като сте изтеглили и инсталирали всичко, е време да започнете да компилирате и качвате кода на дъската. Така че с това изтеглено хранилище трябва да има и папка, наречена „IoT-Terrarium“с куп.ino файлове в нея. Отворете основния файл, наречен "IoT-Terrarium.ino", и превъртете надолу до частта на основните променливи на скицата в горната част.

Тук трябва да промените няколко ключови променливи, за да съответстват на това, което имате. Първото нещо, което трябва да добавите, са вашите идентификационни данни за WiFi към скицата, така че ESP8266 да влезе във вашата WiFi мрежа, за да имате достъп до нея. Те са чувствителни към регистъра, така че бъдете внимателни.

Низ SSID = "";

Парола за низ = "";

Следващата е часовата зона, в която се намирате. Това може да бъде положително или отрицателно число. Например Сидни е +10;

#дефинирайте UTC_OFFSET +10

След това е периодът на извадка и количеството данни, които устройството трябва да съхранява. Броят на събраните проби трябва да бъде достатъчно малък, за да може микроконтролерът да се справи. Открих, че всичко под 1024 е наред, всичко по -голямо е нестабилно. Периодът на събиране е времето между пробите в милисекунди.

Умножаването им заедно ви дава колко време ще се връщат данните, настройките по подразбиране съответно 288 и 150000 (2,5 минути) дава период от време от 12 часа, променете ги така, че да отговарят на това колко назад бихте искали да видите.

#дефинирайте NUM_SAMPLES 288

#дефинирайте COLLECTION_PERIOD 150000

В предишните стъпки свързах светодиодите към извод D1 (пин 5) на ESP8266. Ако сте променили това или сте добавили повече или по -малко светодиоди, можете да промените това в двата реда;

#define NUM_LEDS 3 // Броят на светодиодите, които сте свързали

#define DATA_PIN 5 // ПИН, на който е включена линията за данни на светодиода

Последното нещо, което трябва да промените, са настройките на DHT11. Просто просто сменете щифта, към който е свързан, и типа, ако не сте използвали DHT11;

#define DHT_PIN 4 // ПИН за данни, към който сте свързали вашия DHT сензор

#define DHTTYPE DHT11 // Декомментирайте това, когато използвате DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Декоментирайте това, когато използвате DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Декомментирайте това, когато използвате DHT21

Компилиране и качване

След като промените всичко необходимо, можете да продължите и да компилирате скицата. Ако всичко е наред, трябва да се компилира и да не дава грешки в долната част на екрана. Ако се забиете, можете да коментирате по -долу и аз бих могъл да помогна. Продължете и свържете ESP8266 с USB кабел към компютъра си и натиснете качване. След като приключи, трябва да се стартира и да се свърже с WiFi. В серийния монитор има и някои съобщения, които да ви кажат какво прави. Потребителите на Android трябва да вземат предвид IP адреса, който той посочва, тъй като ще трябва да го знаете.

Това е! Успешно сте качили кода. Сега да залепите капака върху терариума и да видите какво ще кажат сензорите.

Стъпка 6: Крайният продукт

След като всички се съберат, залепете почвения сензор в почвата, така че двата зъба да бъдат покрити. След това просто затворете капака, свържете захранването и включете! Вече можете да отидете до уеб страницата на EPS8266, ако сте в същата WiFi мрежа като нея. Това може да стане, като отидете на неговия IP адрес или като използвате mDNS на адрес; https://IoT-Terrarium.local/ (В момента бележката се поддържа от Android, въздишайте)

Уебсайтът е там, за да ви покаже всички данни, които събирате и да проверите здравния статус на вашите растения. Вече можете да видите цялата статистика от всичките си сензори и най -важното да включите светодиодите за уникална малка нощна светлина, страхотна!

Можете също така да запазите страницата на началния си екран под iOS или Android, така че да действа като приложение. Просто не забравяйте да сте в същата WiFi мрежа като вашия ESP8266, когато щракнете върху нея.

Това е всичко за този проект, ако имате някакви коментари или запитвания, оставете ги в коментарите. Благодаря за четенето и приятно правене!