IoT APIS V2 - Autonomous IoT-pinagana ng Automated Plant Irrigation System: 17 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Ang proyektong ito ay isang ebolusyon ng aking dating itinuro: APIS - Automated Plant Irrigation System

Gumagamit ako ng APIS sa loob ng halos isang taon ngayon, at nais na pagbutihin sa nakaraang disenyo:

1. Kakayahang subaybayan ang halaman nang malayuan. Ganito nagawang paganahin ng IoT ang proyektong ito.
2. Madaling palitan ang probe ng kahalumigmigan sa lupa. Dumaan ako sa tatlong magkakaibang mga disenyo ng pagsisiyasat sa kahalumigmigan, at hindi alintana kung aling materyal ang ginamit ko, mabilis itong gumuho. Kaya't ang bagong disenyo ay dapat tumagal hangga't maaari at mabilis at madaling mapalitan.
3. Antas ng tubig sa timba. Nais kong masabi kung gaano karaming tubig ang magagamit pa sa balde at ihinto ang pagdidilig kapag ang bucket ay walang laman.
4. Mas mahusay na hitsura. Ang isang kulay-abo na kahon ng proyekto ay isang mahusay na pagsisimula, ngunit nais kong lumikha ng isang bagay na mukhang mas mahusay. Ikaw ang magiging hukom kung nagawa ko ang hangarin na iyon …
5. Awtonomiya. Nais kong maging bagong autonomous ang bagong system sa mga tuntunin ng kapangyarihan at / o pagkakaroon ng internet.

Ang nagresultang proyekto ay hindi gaanong mai-configure pagkatapos ng hinalinhan nito, at mayroong karagdagang mga kapaki-pakinabang na tampok.

Nais ko ring gamitin ang aking bagong nakuha na 3D-printer, kaya't ang ilan sa mga bahagi ay kailangang mai-print.

Hakbang 1: Hardware

Kakailanganin mo ang mga sumusunod na sangkap upang mabuo ang IoT APIS v2:

1. NodeMcu Lua ESP8266 ESP-12E WIFI Development Board - sa banggood.com
2. SODIAL (R) 3-Pin Ultrasonic Sensor Distansya sa Pagsukat ng Distansya, Dual Transducer, Three-pin on Board - sa amazon.com
3. DC 3V-6V 5V Maliit na Nailulubog na Tubig na Pump ng Aquarium Fish Tank Pump - sa ebay.com
4. Tatlong kulay na LED - sa amazon.com
5. Vero board - sa amazon.com
6. PN2222 transistor - sa amazon.com
7. Mga plastik na turnilyo, bolt at mani
8. Mga kagamitan at suplay ng paghihinang
9. Mga wire, resistor, header at iba pang mga iba't ibang mga elektronikong sangkap
10. Walang laman na Tropicana OJ 2.78 QT garapon
11. 2 galvanized na mga kuko

Hakbang 2: Pangkalahatang Disenyo

Ang pangkalahatang disenyo ay binubuo ng mga sumusunod na sangkap: 1. Pagsisiyasat ng kahalumigmigan ng lupa at enclosure ng pagtutubig ng halaman (pinagsama - 3d na naka-print) 2. Tubing at mga kable3. Tray water leak sensor (3d na naka-print) 4. Control module na naka-mount sa tuktok ng OJ jar (nakalagay at nakapaloob sa 3d naka-print na kaso) 5. Nailubog na bomba ng tubig6. Sketch ng NodeMCU7. IoT pagsasaayos8. Suplay ng kuryente: USB sa pamamagitan ng power outlet -OR- solar panel (autonomous mode) Talakayin natin bawat isa ang bawat sangkap

Hakbang 3: Submerged Water Pump

Ang ilalim ng tubig na pump ng tubig ay matatagpuan sa ibaba ng hawakan ng jar ng OJ (upang maiwasan ang pagkagambala sa pagsukat sa antas ng tubig). Ang bomba ay inilalagay sa isang paraan na ito ay "umikot" tungkol sa 2-3 mm sa itaas ng ilalim ng garapon upang payagan ang libreng daloy ng tubig sa paggamit.

Dahil ang bomba ay dapat na ganap na lumubog para sa normal na operasyon, ang minimal na antas ng tubig sa garapon ay dapat na humigit-kumulang na 3 cm (halos 1 pulgada).

Hakbang 4: I-mount ang Modyul ng Pagkontrol sa Itaas ng OJ Jar

Pinili ko ang karaniwang malalaking jar ng Tropicana OJ upang maging lalagyan ng tubig. Malawakang magagamit at pamantayan ang mga iyon.

Ang control module ay inilalagay sa tuktok ng garapon pagkatapos na alisin ang orihinal na tapikin.

Ang platform kung saan matatagpuan ang control module ay naka-print na 3d. Ang STL file ay ibinibigay sa mga seksyon ng mga file at sketch na itinuturo nito.

Ang bomba, tubo at mga kable ay isinasakay sa pamamagitan ng hawakan ng Tropicana jar upang malinis ang puwang para sa pagsukat sa antas ng tubig.

Ang antas ng tubig ay sinusukat ng sensor ng distansya ng ultrasonic na isinama sa control module platform. Natutukoy ang antas ng tubig bilang isang pagkakaiba ay pagsukat ng distansya ng isang walang laman na garapon, at garapon na puno ng tubig sa isang tiyak na antas.

Ang module ng kontrol at sensor ng US ay natatakpan ng isang 3d na naka-print na "simboryo". Ang STL file ng simboryo ay ibinibigay sa mga seksyon ng mga file at sketch ng itinuturo na ito.

Hakbang 5: Modyul sa Pagkontrol - Mga Skema

Ang mga iskematika para sa control module (kasama ang listahan ng mga bahagi), at mga file ng disenyo ng board board ay ibinigay sa seksyon ng mga file at sketch na ito na itinuturo.

TANDAAN: Ang pagtatrabaho sa NodeMCU ay napatunayan na maging isang mapaghamong gawain sa mga tuntunin ng magagamit na mga GPIO pin. Halos lahat ng mga GPIO ay nagsisilbi ng isang bilang ng mga pag-andar, na kung saan hindi ito magagamit para magamit, o imposibleng gamitin sa malalim na mode ng pagtulog (dahil sa mga espesyal na pag-andar na nilalaro nila habang proseso ng boot). Sa huli nagawa kong makahanap ng isang balanse sa pagitan ng paggamit ng mga GPIO at aking mga kinakailangan, ngunit tumagal ng ilang nakakainis na mga pag-ulit.

Halimbawa ang isang bilang ng mga GPIO ay mananatiling "mainit" habang mahimbing ang pagtulog. Ang pagkonekta ng LED sa mga natalo sa layunin ng pagbawas ng pagkonsumo ng kuryente habang natutulog.

Hakbang 6: Sensor ng Trak ng Tubig sa Tray

Kung ang iyong palayok ay may isang overflow hole sa ilalim, pagkatapos ay may panganib na umapaw ang tubig sa ilalim ng tray at bubo sa sahig (istante o kung anuman ang iyong halaman ay matatagpuan).

Napansin ko na ang pagsukat ng kahalumigmigan ng lupa ay apektado ng posisyon ng pagsisiyasat, density ng lupa, distansya mula sa outlet ng pagtutubig, atbp. Sa madaling salita, ang pagdaan ng kahalumigmigan ng lupa ay maaaring makapinsala sa iyong bahay kung umapaw ang tubig sa ilalim ng tray at bubo.

Ang overflow sensor ay isang spacer sa pagitan ng palayok at sa ilalim ng tray, na may dalawang wires na nakabalot sa mga bar. Kapag pinunan ng tubig ang tray, nakakonekta ang dalawang wires, sa gayon ay hudyat sa microcontroller na ang tubig ay naroroon sa ilalim na tray.

Sa paglaon, ang tubig ay sumingaw, at ang mga wire ay nag-disconnect.

Sa ilalim ng tray ay naka-print na 3d. Magagamit ang file na STL mula sa seksyon ng mga file at sketch ng itinuturo na ito.

Hakbang 7: Probe ng Humidity ng Lupa at Enclosure ng Watering

Dinisenyo ko ang isang hexagon 3d naka-print na enclosure upang maging isang pinagsamang probe ng kahalumigmigan sa lupa at enclosure ng pagtutubig.

Ang isang file sa pag-print ng 3d (STL) ay magagamit sa seksyon ng mga file at sketch na itinuturo nito.

Ang enclosure ay binubuo ng dalawang bahagi, na kailangang nakadikit nang magkasama. Ang isang nabagong barbed fitting ay nakadikit sa gilid ng enclosure upang maglakip ng tubing.

Ang dalawang 4.5mm na butas ay ibinibigay upang mailagay ang mga galvanized na kuko, na nagsisilbing mga probe ng kahalumigmigan sa lupa. Ang pagkakakonekta sa microcontroller ay nakakamit sa pamamagitan ng mga metal spacer na partikular na napili upang magkasya sa mga kuko.

Ang disenyo ng 3d ay tapos na gamit ang www.tinkercad.com na isang mahusay at madaling gamiting malakas na tool na disenyo ng 3d.

TANDAAN: Maaari mong tanungin kung bakit hindi ko simpleng ginamit ang isa sa paunang paggawa na mga pagsisiyasat sa lupa? Ang sagot ay: ang foil sa mga natutunaw sa loob ng mga linggo. Sa katunayan, kahit na may isang limitadong oras ang mga kuko ay nasa ilalim ng boltahe, nabubulok pa rin ito at kailangang mapalitan kahit isang beses sa isang taon. Pinapayagan ng disenyo sa itaas na palitan ang mga kuko sa loob ng segundo.

Hakbang 8: Tubing at Kable

Ang tubig ay naihatid sa plano sa pamamagitan ng Super-Soft Latex Rubber Semi-Clear Tubing (na may 1/4 "Inside Diameter at 5/16" Outside Diameter).

Ang pump outlet ay nangangailangan ng mas malaking tubing at isang adapter: Chemical-Resistant Polypropylene Barbed Fitting, Pagbawas ng Straight para sa 1/4 "x 1/8" Tube ID.

Sa wakas, isang Chemical-Resistant Polypropylene Barbed Fitting, Straight for 1/8 Tube ID ang nagsisilbing konektor sa enclosure ng pagtutubig.

Hakbang 9: NodeMCU Sketch

Ang sketch ng NodeMCU ay nagpapatupad ng maraming mga tampok ng IoT APIS v2:

1. Kumokonekta sa mayroon nang WiFi network -OR- tumatakbo bilang isang WiFi Access Point (depende sa pagsasaayos)
2. Mga query sa mga server ng NTP upang makakuha ng lokal na oras
3. Nagpapatupad ng webserver para sa pagsubaybay sa halaman, at pag-aayos ng mga parameter ng pagtutubig at networking
4. Sinusukat ang kahalumigmigan ng lupa, paglabas ng tray ng tubig sa tray, antas ng tubig sa garapon, at nagbibigay ng visual na indikasyon sa pamamagitan ng 3 kulay na LED
5. Nagpapatupad ng mga mode ng operasyon ng online at powersave
6. Nagse-save ng impormasyon tungkol sa bawat isa sa pagtutubig na tumatakbo nang lokal sa panloob na memorya ng flash

Hakbang 10: NodeMCU Sketch - WiFi

Bilang default, ang IoT APIS v2 ay lilikha ng isang lokal na access point ng WiFi na tinatawag na "Plant_XXXXXX", kung saan ang XXXXXX ay ang serial number ng ESP8266 chip sa board ng NodeMCU.

Maaari mong ma-access ang built-in na webserver sa pamamagitan ng URL: https://plant.io panloob na DNS server ay ikonekta ang iyong aparato sa pahina ng katayuan ng APIS.

Mula sa pahina ng katayuan, maaari kang mag-navigate sa pahina ng mga parameter ng pagtutubig at pahina ng mga parameter ng network, kung saan maaari mong makakonekta ang IoT APIS v2 sa iyong WiFi network at simulang mag-ulat ng katayuan sa cloud.

Sinusuportahan ng IoT APIS ang mga mode ng pagpapatakbo sa online at power-save:

1. Sa online mode, pinapanatili ng IoT APIS ang koneksyon ng WiFi sa lahat ng oras, upang masuri mo ang katayuan ng iyong halaman anumang oras
2. Sa mode na nakakatipid ng kuryente, suriin ng IoT APIS ang kahalumigmigan sa lupa at antas ng tubig sa pana-panahon, paglalagay ng aparato sa "deep-sleep" mode sa pagitan, kaya't kapansin-pansing binabawasan ang pagkonsumo ng kuryente nito. Gayunpaman, ang aparato ay hindi magagamit online sa lahat ng oras, at ang mga parameter ay mababago lamang sa oras ng paggana ng aparato (kasalukuyang bawat 30 minuto, nakahanay sa oras / kalahating oras na real-time na orasan). Mananatiling online ang aparato nang 1 minuto bawat 30 minuto upang payagan ang mga pagbabago sa pagsasaayos, at pagkatapos ay papasok sa deep mode ng pagtulog. Kung kumokonekta ang gumagamit sa aparato, ang oras na "pataas" ay pinalawig sa 3 minuto para sa bawat koneksyon.

Kapag ang aparato ay konektado sa lokal na WiFi network, ang IP address nito ay naiulat sa IoT cloud server, at nakikita sa mobile monitoring device.

Hakbang 11: NodeMCU Sketch - NTP

Ang IoT APIS v2 ay gumagamit ng NTP protocol upang makakuha ng lokal na oras mula sa mga server ng oras ng NIST. Ginagamit ang tamang oras upang matukoy kung ang aparato ay dapat pumasok sa "night" mode, ibig sabihin iwasan ang pagpapatakbo ng bomba o flashing LED.

Ang oras ng gabi ay mai-configure para sa mga araw ng trabaho at umaga ng katapusan ng linggo nang magkahiwalay.

Hakbang 12: NodeMCU Sketch - Local Web Server

Nagpapatupad ang IoT APIS v2 ng isang lokal na web server para sa pag-uulat ng katayuan at mga pagbabago sa pagsasaayos. Ang home page ay nagbibigay ng impormasyon tungkol sa kasalukuyang kahalumigmigan at antas ng tubig, pagkakaroon ng overflow na tubig sa ibabang tray, at mga istatistika ng pinakahuling pagpapatakbo ng pagtutubig. Pahina ng pagsasaayos ng network (naa-access sa pamamagitan ng pag-configure ng pindutan ng network) ay nagbibigay ng kakayahang kumonekta sa lokal na network ng WiFi, at magbago sa pagitan ng mga mode ng Online at Power Saving. (Ang mga pagbabago sa pagsasaayos ng network ay magdudulot sa pag-reset ng aparato) Ang pahina ng pagsasaayos ng pagtutubig (maa-access sa pamamagitan ng pag-configure ng pindutan ng tubig) ay nagbibigay ng kakayahang baguhin ang mga parameter ng pagtutubig (kahalumigmigan ng lupa upang simulan / ihinto ang pagtutubig, tagal ng pagpapatakbo ng pagtutubig at pag-pause ng saturation sa pagitan ng mga pagpapatakbo, bilang ng mga pagpapatakbo, atbp.) Ang mga file ng Webserver HTML ay matatagpuan sa folder ng data ng sketch ng IoT APIS Arduino IDE. Dapat silang mai-upload sa NodeMCU flash memory bilang isang SPIFF filesystem na gumagamit ng tool na "ESP8266 Sketch Data Upload" na matatagpuan dito.

Hakbang 13: NodeMCU Sketch - Local Watering Log at Pag-access sa Panloob na File System

Kung sakaling hindi magagamit ang pagkakakonekta sa network ang IoT APIS v2 system ay nag-log ng lahat ng mga aktibidad sa pagtutubig nang lokal.

Upang ma-access ang log, kumonekta sa aparato at mag-navigate sa pahina na '/ i-edit', pagkatapos ay mag-download ng watering.log file. Naglalaman ang file na ito ng kasaysayan ng lahat ng pagpapatakbo ng pagtutubig dahil nagsimula na ang pag-log.

Ang halimbawa ng naturang log file (sa tab na pinaghiwalay na format) ay naka-attach sa hakbang na ito.

TANDAAN: Ang pahina ng pag-download ay hindi magagamit kapag ang IoT APIS v2 ay tumatakbo ay ang Access Point mode (dahil sa pagpapakandili sa online na library ng Java Script).

Hakbang 14: Sketch ng NodeMCU - Kalumigmigan ng Lupa, Pagbaba ng Tubig sa Ilaw ng Tray, Antas ng Tubig, 3 Kulay na LED

Ang pagsukat ng halumigmig ng lupa ay batay sa parehong prinsipyo tulad ng orihinal na APIS. Mangyaring mag-refer sa itinuro para sa mga detalye.

Ang mga pagtulo ng tray ng tubig ay napansin sa pamamagitan ng panandaliang paglalagay ng boltahe sa mga wire na matatagpuan sa ilalim ng palayok gamit ang panloob na resistors ng PULLUP. Kung ang nagresultang estado ng PIN ay Mababa, pagkatapos ay may tubig sa tray. Ang estado ng PIN ng TAAS ay nagpapahiwatig na ang circuit ay "sira", samakatuwid walang tubig sa ilalim na tray.

Natutukoy ang antas ng tubig sa pamamagitan ng pagsukat ng distansya mula sa tuktok ng garapon hanggang sa ibabaw ng tubig at ihinahambing ito sa distansya hanggang sa ilalim ng isang walang laman na garapon. Mangyaring tandaan ang paggamit ng 3 pin sensor! Ang mga iyon ay mas mahal kaysa sa HC-SR04 apat na mga sensor ng pin. Sa kasamaang palad naubusan ako ng mga GPIO sa NodeMCU at kailangang putulin ang bawat kawad na magagawa ko upang magawa ang disenyo sa isang NodeMCU lamang nang walang karagdagang mga circuit.

Ginagamit ang 3 kulay na LED upang biswal na ipahiwatig ang estado ng APIS:

1. Katamtamang kumikislap na GREEN - kumokonekta sa WiFi network
2. Mabilis na kumikislap ng GREEN - humihingi ng NTP server
3. Maikling solidong GREEN - konektado sa WiFi at matagumpay na nakuha ang kasalukuyang oras mula sa NTP
4. Maikling solid na PUTI - tapos na ang pagsisimula ng network
5. Mabilis na kumukurap PUTI - nagpapasimula sa Access Point Mode
6. Mabilis na kumukurap ng BLUE - pagtutubig
7. Katamtamang Blinking BLUE - nakakabusog
8. Maikling solidong AMBER na sinusundan ng maikling solidong RED - hindi makakuha ng oras mula sa NTP
9. Maikling solidong PUTI sa panahon ng pag-access sa panloob na web server

Ang LED ay hindi tumatakbo sa mode na "night". Ang ne labing mode ay maaasahan lamang kung ang aparato ay nakakuha ng lokal na oras mula sa mga server ng NTP kahit isang beses (gagamitin ang lokal na Real Time Clock hanggang sa maitaguyod ang susunod na koneksyon sa NTP)

Ang halimbawa ng pagpapaandar ng LED ay magagamit sa YouTube dito.

Hakbang 15: Solar Power, Power Bank at Autonomous Operation

Ang isa sa mga ideya sa likod ng IoT APIS v2 ay ang kakayahang gumana nang autonomiya.

Ang kasalukuyang disenyo ay gumagamit ng isang solar power panel at isang pansamantalang 3600 mAh power bank upang makamit iyon.

1. Magagamit ang solar panel sa amazon.com
2. Magagamit din ang power bank sa amazon.com

Ang solar panel ay nakabuo din ng 2600 mAh na baterya, ngunit hindi nito napapanatili ang operasyon ng 24h APIS kahit na sa powersave mode (pinaghihinalaan ko na ang baterya ay hindi makitungo nang maayos sa sabay na pagsingil at paglabas). Ang isang kumbinasyon ng dalawang baterya ay tila nagbibigay ng sapat na lakas at pinapayagan ang muling pagsingil ng parehong mga baterya sa maghapon. Siningil ng solar panel ang power bank, habang pinapagana ng power bank ang apis na aparato.

Pakitandaan:

Ang mga sangkap na iyon ay opsyonal. Maaari mo lamang paganahin ang aparato sa anumang USB adapter na nagbibigay ng 1A kasalukuyang.

Hakbang 16: Pagsasama ng IoT - Blynk

Ang isa sa mga layunin para sa bagong disenyo ay ang kakayahang masubaybayan ang kahalumigmigan ng lupa, antas ng tubig at iba pang mga parameter mula sa malayo.

Pinili ko ang Blynk (www.blynk.io) bilang isang IoT platform dahil sa kadalian nitong gamitin at nakakaakit na disenyo ng visual.

Dahil ang aking sketch ay batay sa TaskScheduler na kooperatiba na multitasking library, hindi ko nais na gumamit ng mga library ng aparato ng Blynk (hindi sila pinagana para sa TaskScheduler). Sa halip, ginamit ko ang Blynk HTTP RESTful API (magagamit dito).

Ang pag-configure ng App ay madaling maunawaan bilang maaari. Mangyaring sundin ang mga nakalakip na screenshot.

Hakbang 17: Mga Sketch at File

Ang IoT APIS v2 sketch ay matatagpuan sa github dito: Sketch

Ang ilang mga silid-aklatan na ginamit ng sketch ay matatagpuan dito:

1. TaskScheduler - kooperatiba ng multitasking library para sa Arduino at esp8266
2. AvgFilter - pagpapatupad ng integer ng Average na filter para sa pagpapakinis ng data ng sensor
3. RTCLib - pagpapatupad ng hardware at software na Real Time Clock (binago ko)
4. Oras - Mga Pagbabago para sa aklatan ng Oras
5. Timezone - pagsuporta sa library ng mga kalkulasyon ng time zone

TANDAAN:

Ang mga datasheet, dokumentasyon ng pin, at mga 3D file ay matatagpuan sa sub-folder na "mga file" ng pangunahing sketch.

Ang mga HTML file para sa built-in na webserver ay dapat na mai-upload sa NODE MCU flash memory gamit ang arduino-esp8266fs-plugin (na lumilikha ng isang filesystem file mula sa "data" sub-folder ng pangunahing folder ng sketch at ina-upload ito sa flash memory)

Runner Up sa Indoor Gardening Contest 2016