Автоматизирана градинска система, изградена на Raspberry Pi за открито или закрито - MudPi: 16 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Харесвате ли градинарството, но не намирате време да го поддържате? Може би имате някои стайни растения, които изглеждат малко жадни или търсят начин да автоматизират хидропониката си? В този проект ще решим тези проблеми и ще научим основите на MudPi, като изградим автоматизирана градинска система, която да помогне да се грижим за нещата. MudPi е градинска система с отворен код, която направих, за да управлявам и поддържам градински ресурси, изградени върху Raspberry Pi. Можете да използвате MudPi както за вътрешни, така и за външни градинарски проекти, мащабирани според вашите нужди, тъй като дизайнът е персонализиран.

Днес ще започнем с основна настройка, която използвах у дома, за да видим как MudPi може да бъде разгърнат, за да управлява градина на открито и да контролира напояването. В този урок ще научите как да разгърнете основен контролер, работещ с MudPi. Ще има някои допълнителни ресурси близо до края за тези, които искат да разширят своите настройки по -далеч от основите или които биха искали да видят да научат повече за различни настройки, като на закрито. MudPi може да бъде конфигуриран за различни настройки и на сайта на проекта има куп документация.

Консумативи

Чувствайте се свободни да добавяте/премахвате всякакви специфични сензори или компоненти, които може да ви трябват за вашата собствена система, тъй като вашите изисквания могат да се различават от моите.

Общи доставки

• Raspberry Pi с Wifi (използвах Pi 3 B)

  Debian 9/10

• Монитор/клавиатура/мишка (за настройка на Pi)
• SD карта за Raspbian (8 gb)
• Външен номинален кабел (4 проводника)
• Водоустойчива разпределителна кутия за открито
• Кабелни уплътнения
• Din Rail (за монтиране на прекъсвачи и DC захранване)
• PVC тръби
• Свредло с накрайници

Електронни консумативи

• DHT11 сензор за температура / влажност
• Сензор за ниво на плаваща течност x2
• 2 -канално реле

• 12v помпа (или 120v, ако използвате мрежово напрежение)

  DC към DC конвертор, ако използвате 12v

• 5v захранване

  или DC захранване (ако захранвате pi от мрежата)

• 10k резистори за изтегляне нагоре/надолу

Инструменти

• Отвертка
• Машина за сваляне на тел
• Мултиметър
• Поялник
• Припой
• Винтове (за монтаж на кутии отвън)
• Силиконов калк

Стъпка 1: Градинско планиране и напояване

Уверете се, че сте планирали напояването си, ако създавате нова система. Ще бъде важно тези неща да са вече на място, когато отидете да подготвите хардуера, за да знаете нуждите на вашия компонент. Нуждите могат да се променят с течение на времето, но е добра практика да се подготвите за бъдещето. Вашите две основни възможности за доставка на вода са или използване на помпа във воден резервоар или маркуч със соленоид за отваряне и затваряне на тръбата. Изборът зависи от вас в зависимост от нуждите на вашата градина. По -голяма и по -сложна система може да използва и двете (т.е. изпомпване на вода през електромагнитни клапани за поливане в зона). Ако планирате да използвате MudPi на закрито, вероятно ще използвате помпа. MudPi може да контролира вашите стайни светлини за растенията, като използва и реле.

Съвет на създателя: Имайте предвид, че можете да изградите своя проект във всякакъв мащаб. Ако просто искате да изпробвате MudPi за първи път, опитайте просто нещо като бутилка с вода и 3.3v помпа за напояване на стайно растение!

Помислете и за възможностите за доставка на вода. Ще използвате ли капкови линии, накисване или пръскачки? Ето няколко често срещани метода:

• Разпръсквач
• Soakerhose
• Капкови линии
• Ръчна ръчна вода

За да предпазите обхвата на този урок от прекалено голям, нека предположим, че вече имате напояване и просто бихте искали да го автоматизирате. В моята настройка имам резервоар за вода с помпа, закачена към няколко капкови линии. Нека научим как да автоматизираме тази помпа.

Стъпка 2: Сензори и планиране на компоненти

Другият важен аспект на планирането, който трябва да имате предвид, е какви данни ще искате да получите от градината си. Обикновено температурата и влажността винаги са полезни. Откриването на влажност на почвата и дъжд е чудесно, но може да не е необходимо за вътрешна настройка. Това ще бъде вашето окончателно решение какви условия е важно да наблюдавате за вашите нужди. За нашия основен урок на открито ще следим:

• Температура
• Влажност
• Нива на водата (поплавъчен превключвател x2)

Използвах 5 датчика за нивото на водата за определяне на нива от 10%, 25%, 50%, 75%и 95%в голям резервоар. В този урок ще направим 10% за критично ниско и 95% пълно за по -простота.

Може също да искате да контролирате устройства във вашата градина. Ако планирате да включите помпа или светлини, които не работят на 3.3v (pi GPIO ограничение), тогава ще ви трябва реле. Релето ви позволява да управлявате вериги с по -високо напрежение, докато използвате по -ниско напрежение за превключване на релето. За нашите цели имаме помпа, която работи с напрежение по -високо от 3.3V, така че ще ни трябва реле за превключване на помпата. Само едно реле е необходимо за управление на помпата. Въпреки че за бъдещи цели (и тъй като релетата са евтини) инсталирах 2 -канално реле и оставих допълнителния слот на разположение за по -късни надстройки.

Най -важното нещо, което трябва да планирате, е захранването. Как ще се захранва Pi и откъде. Също така трябва да помислите за устройствата, които използвате, и как те ще получат своята мощ. Обикновено Pi може да се захранва от USB захранващ адаптер, но това изисква сам щепсел. Ако захранваме други устройства с по -високо напрежение, може да се използва DC към DC захранване, за да се намали напрежението до 5v за Pi. Ако планирате да получите захранване, за да намалите напрежението, препоръчвам да не използвате най -евтиния вариант.

Не забравяйте, че Raspberry Pi може да поддържа само цифров GPIO по подразбиране. Това означава, че не можете просто да свържете сензор за почва, който взема аналогови показания към Pi GPIO. За да бъдете съвместими с аналогови компоненти, трябва да използвате микроконтролер с аналогова поддръжка като Arduino или ESP32 (или ESP8266).

За щастие MudPi има поддръжка за управление на такива устройства като подчинени възли за издаване на команди за множество устройства от един главен контролер (pi). Това дава възможност да има основен контролер с множество сензорни блокове, които той може да контролира заедно с прикрепените към тях аналогови компоненти. Използвах основен контролер за наблюдение на зоната на помпата и сензорен блок за всяко повдигнато градинско легло. Днес нека да продължим изграждането на основния контролер, за да започнем.

Стъпка 3: Съберете консумативи

Време е да съберем нашите материали. Компонентите и инструментите, използвани в тази конструкция, са налични в търговската мрежа от рафтовете, за да улеснят другите да създават свои собствени у дома. Повечето от тях могат да бъдат намерени онлайн или в местни магазини за хардуер. Точната сметка на материалите ще зависи от вашето специфично оформление на градината. В името на този урок ще запазим нещата по същество, както е планирано, за да получим работеща единица, преди да продължим по -нататък.

Забележка: Бих искал да отбележа в този момент, ако планирате да превключвате компоненти, които се захранват от мрежовото напрежение, моля, бъдете ВНИМАНИЕ! Важно е да сте в безопасност при изграждането на електроника и да не се занимавате с високи напрежения, ако не знаете какво правите. С това казах, че използвах 120v помпа в домашната си настройка. Процесът е същият за 12v помпа, като основната разлика е, че се нуждае от 12v регулатор. Можете също да използвате релета за превключване на светлини или други устройства.

Стъпка 4: Инсталирайте MudPi на Raspberry Pi

С готов план и налични материали е време да подготвите хардуера. За да започнете, трябва да подготвите малиновото си пи за инсталиране на MudPi. Ще ви е необходим Raspberry Pi с Wi -Fi възможности, работещи с Debian 9 или по -нова версия. Ако нямате инсталиран Raspbian, ще трябва да изтеглите Raspbian от тяхната страница тук.

С изтегления файл с изображение го запишете на SD картата с помощта на писател на изображения по ваш избор. Raspberry pi има ръководство за записване на файловете на SD карта, ако имате нужда от помощ.

Включете SD картата във вашето pi и я включете. Свържете вашия Pi към Wi -Fi с помощта на графичния интерфейс, ако сте инсталирали Raspbian Desktop или като редактирате /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf файла през терминала на Raspbian Lite.

Следващото нещо, което трябва да направите, след като Wifi е свързан, е да стартирате актуализации и надстройки на pi.

За да актуализирате данните за вход в Pi и от изпълнението на терминала:

sudo apt-get update

sudo apt-get надстройка

След като приключи рестартирането

sudo рестартиране

След като Pi се стартира отново, сега можем да инсталираме MudPi. Можете да направите това с помощта на MudPi Installer със следната команда:

curl -sL https://install.mudpi.app | баш

Инсталаторът ще се погрижи за всички необходими пакети и конфигурации за MudPi. По подразбиране MudPi е инсталиран в директорията/home/mudpi с ядро, разположено на/home/mudpi/core.

Можете да стартирате MudPi ръчно със следната команда:

cd /home /mudpi

mudpi --debug

MudPi обаче има надзорна работа, която ще я изпълнява вместо вас. Освен това първо ще имате нужда от конфигурационен файл, преди да стартирате MudPi. За да направите конфигурационен файл, ще трябва да знаете какви щифтове сте свързали и какви компоненти, което се прави в следващата стъпка. Напред!

Стъпка 5: Свържете сензори и компоненти към Pi за тестване

Следващата стъпка е да свържете нашите компоненти към Pi. (Моля, обърнете внимание, че тествах допълнителни компоненти на снимката) Може да използвате джъмперни проводници и платки за тестване, което е добре, но не забравяйте да надстроите до нещо по -надеждно, когато изграждате последен блок за полето.

Свържете DATA щифта на DHT11/22 сензора към GPIO извод 25.

Свържете захранването и заземяването на DHT11/22.

Свържете единия край на всеки 2 сензора за течност с поплавък към GPIO щифтове 17 и 27 съответно с 10k издърпващи се резистори.

Свържете другите краища на поплавъчните сензори към 3.3v, така че GPIO да бъде нормално издърпан НИСКО, но да бъде ВИСОК, когато поплавковият превключвател се затвори.

Прикрепете 2 -каналните релейни превключващи щифтове към GPIO щифтове 13 и 16.

Прикрепете релето 5V към захранването и земята към земята.

Ще се тревожим за връзките с високо напрежение на релето в по -късна стъпка, когато свържем щепселите. Засега трябва да сме готови да направим конфигурационния файл на MudPi и да тестваме компонентите.

Стъпка 6: Конфигурирайте MudPi

С прикрепените сензори и компоненти можете да направите конфигурационния файл на MudPi и да проверите дали всичко работи, преди да завършите монтажа на устройството. За да конфигурирате MudPi, ще актуализирате файла mudpi.config, намиращ се в/home/mudpi/core/mudpi директория. Това е JSON форматиран файл, който можете да актуализирате, за да отговаря на нуждите на вашия компонент. Не забравяйте да проверите за правилното форматиране, ако имате някакви проблеми.

Ако следвате следното, следният конфигурационен файл ще работи за компонентите, които сме свързали:

В горната конфигурация се случва много. Препоръчвам да се ровите в конфигурационните документи за по -задълбочена информация. Задаваме DHT11 и поплавъци в сензорния масив и поставяме настройките на релето в матрицата за превключване. Автоматизацията се осъществява чрез задаване на тригери и действия. Задействането е начин да кажем на MudPi да слуша за определени условия, при които искаме да предприемем действия, като например твърде висока температура. Задействането не е твърде полезно, докато не му предоставим действие за задействане. В горната конфигурация има два задействания за време. Задействането на време отнема низ, форматиран с задание на cron, за да определи кога трябва да се активира. Посочените по -горе времеви тригери се задават на всеки 12 часа (така два пъти на ден). Те ще задействат двете действия, които сме конфигурирали, които просто ще включат/изключат нашето реле със събитие, излъчено от MudPi. Вторият спусък се компенсира с 15 минути, така че нашата помпа ще се включи и ще полива за 15 минути, преди да бъде изключена обратно. Това ще се случва всеки ден два пъти на ден.

Сега можете да рестартирате MudPi, като кажете на супервизора да рестартира програмата:

sudo supervizorctl рестартирайте mudpi

MudPi сега трябва да презареди конфигурациите и да работи във фонов режим, като отчита показанията на сензорите и слуша за събития за превключване на релетата. Можете да проверите дали MudPi работи с:

sudo supervizorctl статус mudpi

MudPi също ще съхранява регистрационни файлове в директорията/home/mudpi/logs. Ако срещнете проблеми, това е добро място да проверите първо.

Ако сте проверили, че MudPi работи, е време да започнете окончателното сглобяване на устройството. Изключете Raspberry Pi и ви позволява да завършите сглобяването на хардуера.

Стъпка 7: Запоявайте компонентите към прототипната платка

Сега, когато MudPi е конфигуриран, можете да продължите да работите върху хардуера. Компонентите, които остават в кутията, трябва да бъдат запоени към прототипна платка за по -голяма стабилност от джъмперните проводници. Не е толкова хубаво, колкото персонализираната платка, но засега ще работи. Сензорът DHT11, който използваме, ще бъде външен, но по желание можете да включите още един вътрешен за вътрешни температури в кутията.

Запоявах кабел за прекъсване на pi към платка заедно с някои терминални съединители за по -лесни GPIO връзки, след като свържем отново сензорите и релето. Пробивният кабел направи приятно възможността да изключите pi, без да се налага да изваждате целия модул. Включих и необходимите резистори за плувки. С това можем да поставим всичко в хубава външна разпределителна кутия, за да го защитим.

Стъпка 8: Започнете да поставяте електрониката във външна разпределителна кутия

До този момент всичко е тествано при работа с MudPi и е време да се сглоби външното тяло, за да издържи елементите. Местният ви магазин за хардуер ще има избор от разклонителни кутии в раздела за електроника, които можете да закупите за по -малко от 25 $. Потърсете такъв, който е с правилния размер и има водонепроницаемо уплътнение. Похарчих малко повече, за да получа кутия, подсилена с влакна с пружинни ключалки. Всичко, от което се нуждаете, е нещо, което ще задържи влагата и ще побере всичките ви компоненти. В тази кутия ще пробиете дупки, за да прокарате и кабели.

Стъпка 9: Свържете щекерите към релето и ги инсталирайте в разпределителната кутия *Предупреждение за високо напрежение *

Pi трябва да бъде изключен при свързване на компоненти. Ако използвате 120v или 12v за помпата, помислете за използване на щепсела. Помпите, работещи с 12v, обикновено използват съединител за варел. Работейки със 120v, можете да работите с женски удължител. Сега не режете удължител и не се забърквайте с това без подходящо оборудване.

С помощта на бормашина или накрайник пробийте два 3/4 -инчови отвора в долната част на външната съединителна кутия и поставете две 3/4 -инчови кабелни уплътнения. Прокарайте мъжкия удължителен кабел през едната, а женската половина през другата. Ако искате да използвате другия релеен канал, инсталирайте друг женски край.

В кутията съм инсталирал малка част от din релса. На релсата има захранване с постоянен ток, за да намалите 120v до 5v, за да включите Pi, както и някои предпазители. Използвам само два прекъсвача, за да мога да изключа Pi, без да изключвам цялата система. Един прекъсвач би бил достатъчен. Сега вътре в удължителя има три цветни кабела. БЯЛО е неутрално, ЗЕЛЕНОТО е смляно, а ЧЕРНОТО е 120v+. Зеленото и бялото влизат директно в DC захранването. Черното първо влиза в прекъсвачите, а след това към DC захранването. На захранването има малък винт, който е потенциометър за намаляване на напрежението до 5v.

Ще използваме клемни блокове за свързване между щепселите. С помощта на един блок свържете всички бели неутрални кабели заедно. Ако нямате клемни блокове, електрическата лента ще бъде достатъчна. Зелените заземителни кабели също трябва да бъдат свързани заедно. Страната на релето с високо напрежение има три връзки: COM (обща), NC (нормално затворена) и NO (нормално отворена). В зависимост от вашето реле може да има само NC или NO, но не и двете. Свържете малко допълнителен кабел от прекъсвача, който ще захранва 120v към нашите релета COM (общ) терминал от страната на високото напрежение. Сега свържете женските удължителни кабели черна 120v линия към NC терминала. Това ще означава, че щепселът обикновено ще бъде изключен и няма да бъде свързан, но когато включим релето, то ще подаде 120v към щепсела, като по този начин ще включи нашата помпа.

В този момент всички удължителни кабели трябва да имат свързани бели неутрали и зелени основи. Женските кабели имат своите черни 120v, прикрепени към NC терминала на релето. Удължителният кабел на мъжа трябва да бъде насочен към прекъсване на din шината и след това да се раздели на DC захранването и COM на релетата.

Важно е да инсталирате всичко във водоустойчива кутия и правилно да защитите/прокарате всичките си кабели. Последното нещо, което искате, е пожар или някой да бъде убит. Също така не се забърквайте с високо напрежение, ако не можете да сте в безопасност. Все още можете да направите доста с 12v и по -ниски компоненти.

Стъпка 10: Поставете сензорите в защитно жилище

Природата и влагата не са прекалено приятелски настроени към електрониката. Вие сте защитили Pi с външната разпределителна кутия, но сега трябва да защитите всички външни компоненти. Можете да направите някакъв приличен корпус за защита на външни компоненти, като използвате някои PVC тръби или други парчета скрап тръби. Направих обикновена вентилирана капачка за сензора DHT11, за да го предпазя от дъжд и бъгове, но да му позволя да диша за точни външни показания. Използвайте силиконов кал, за да запечатате около кабелите в следващата стъпка.

Не е най -доброто решение, но работи за евтин 4 $ сензор. (Направих и някои за почвени сензори, които също тествах по това време.) Поплавъчните сензори ще бъдат инсталирани в резервоара за вода и не изискват допълнителен корпус.

Ще откриете също, че сензорите обикновено идват само с евтин тънък проводник. Това няма да продължи дълго при някои общи условия или извън климата. В следващата стъпка ще разгледаме това.

Стъпка 11: Свържете сензорите с външен кабел и щепсели

Получаването на външен номинален кабел е задължително, ако искате да имате външни сензори, свързани към кутията. Външният кабел с екраниране има екраниране за защита на вътрешните проводници. Взех някакъв 4 -жилен кабел и щепсели. Не се нуждаете от щепсели и вместо това можете да използвате повече кабелни уплътнения, но исках да мога бързо да сменя сензорите.

Нарежете кабел по дължината на вашия сензор за температура и сензори за поплавък. Бих му дал няколко допълнителни крака, тъй като винаги е хубаво да имаш допълнително изрязване, ако е необходимо. Предлагам запояване на кабелите за най -добри връзки и след това обвиване с електрическа лента. Предлагам да използвате един и същи цвят за захранване и заземяване с всеки проводник, за да запомните нещата лесно. Пъхнете кабела в корпуса със силиконово уплътнение в останалата част от дъното на корпуса, така че само вентилираната капачка да е входната точка.

Другият край на кабела можете да прокарате в кутията чрез кабелни уплътнения и да се свържете към Pi на същите щифтове като преди. Ако решите да използвате щепсели, поставете краищата на щепсела върху кабела. Пробийте и монтирайте другите краища в съединителната кутия и след това свържете вътрешните части.

Стъпка 12: Инсталирайте поплавъчните сензори в резервоара

С останалите сензори, защитени и готови да отидат, е време да инсталирате поплавъчните сензори в резервоара за вода. Тъй като използваме само две, трябва да инсталирате 1 на критично ниско ниво, при което помпата не трябва да работи, и такава, която трябва да отбележи, че резервоарът е пълен. Намерете свредлото с правилния размер и направете дупка в резервоара на правилните нива. Завийте поплавъчните сензори в резервоара с предоставената шайба и гайка. Погледнете вътре в резервоара и се уверете, че сензорите за поплавък са ориентирани така, че да са в изключено положение и да се повдигнат, когато водата се вдигне, да ги затвори.

Поради издърпващите се резистори това означава, че когато нивото на водата е достигнато, поплавковият сензор на това ниво с показание 1. В противен случай сензорът за поплавък ще върне 0, ако водата в момента не повдига сензора, затварящ веригата.

Стъпка 13: Разгърнете устройството отвън

Устройството MudPi е готово за работа и можем да го монтираме навън на крайното му място. Външната разпределителна кутия обикновено идва с капак, който да се завинтва, за да се направи водонепроницаемото уплътнение. Трябва също да намерите някои монтажни отвори на гърба, които да използвате за монтиране на устройството. Инсталирах кутията си точно до бараката отвън, тъй като сензорите за поплавък имаха само ограничен кабел.

Можете да включите мъжкия удължителен кабел в гнездо и да обърнете прекъсвача, за да включите MudPi онлайн. Уверете се, че всичко работи, преди да го оставите за продължителен период. Проверете дали сензорите отчитат показанията, като потърсите в redis за съхранени стойности или проверете регистрационните файлове на MudPi. Ако всичко изглежда добре, тогава е време да оставите MudPi да работи, докато се отпуснете.

Стъпка 14: Мониторинг на MudPi

Сега, когато MudPi работи, може да се чудите начините за наблюдение на вашата система. Най -лесният и най -директен начин е да наблюдавате регистрационния файл на MudPi:

tail -f /home/mudpi/logs/output.log

Друга възможност е чрез интерфейс като локална уеб страница. Все още нямам време да пусна публичен потребителски интерфейс на MudPi, но можете лесно да вземете сензорите и състоянието на компонентите си от redis с PHP. Научете как MudPi съхранява вашите данни в redis повече в документите.

Последните показания на сензора ще се съхраняват в redis под ключовата опция, която сте задали в конфигурацията. Използвайки това, можете да направите просто приложение за PHP, за да вземете показанията при зареждане на страницата и да ги покажете. След това просто опреснете страницата за нови данни.

Възможно е също да слушате за MudPi събития на redis и това е по -добър вариант да получавате актуализации в реално време от системата. Можете да прочетете събитията директно чрез redis-cli

redis-cli psubscribe '*'

Стъпка 15: Сменете прототипните платки с персонализирани печатни платки (по избор)

Отидох малко по -далеч и направих някои персонализирани платки, както и за MudPi. Те ми помагат да ускоря процеса на изграждане с изграждането на множество MudPi модули и са далеч по -надеждни. Започнах да заменям старите си прототипни платки с по -надеждни печатни платки във всички съществуващи единици, които имам. В бъдеще искам да направя тези платки достъпни за продажба в малки количества, за да подпомогна работата ми с отворен код. MudPi не изисква никакви персонализирани платки за работа, той просто помага за намаляване на хардуерното натоварване с вече инсталирани вградени компоненти, като например резистори за изтегляне и сензори за температура/влажност.

Стъпка 16: Отпуснете се и гледайте как растенията ви растат

Сега имате своя собствена автоматизирана градинска система, която можете да разширявате и мащабирате, както желаете. Направете повече единици или разширете тази, която вече сте построили. Можете да направите много повече с MudPi и много информация на уебсайта на проекта на адрес https://mudpi.app. Целта ми беше да превърна MudPi в ресурса, който търсех, когато започнах с проекта за градината. Надявам се да намерите голяма полза в MudPi и да споделите думата, ако харесвате работата, която върша. Аз лично използвам MudPi както отвън, така и отвътре у дома, за да управлявам растенията си и съм много доволен от резултатите досега.

MudPi все още се актуализира с повече функции и разработки. Можете да посетите сайта за подробности върху това, върху което работя и да разгледате някои от връзките по -долу, за да ви насочим към още ресурси. Влязох и в MudPi в конкурса Raspberry Pi 2020. Ако харесвате MudPi и искате да ми помогнете, дайте ми глас по -долу.

Полезни ресурси за напредване

MudPi документация

Изходен код на MudPi

MudPi Ръководства

Споделете MudPi Build

Подкрепете работата ми върху MudPi

Поддръжка на MudPi

Честит отглеждане на всички!

- Ерик

Произведено с ♥ от Уисконсин

Първа награда в конкурса Raspberry Pi 2020