สมาร์ทการ์เด้น "SmartHorta": 9 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

สวัสดีทุกคน ผู้สอนนี้จะนำเสนอโครงการวิทยาลัยของสวนผักอัจฉริยะที่ให้การรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติและสามารถควบคุมได้ด้วยแอปบนอุปกรณ์เคลื่อนที่ เป้าหมายของโครงการนี้คือให้บริการลูกค้าที่ต้องการปลูกที่บ้านแต่ไม่มีเวลาดูแลและรดน้ำในเวลาที่เหมาะสมทุกวัน เราเรียก "SmartHorta" เพราะ horta หมายถึงสวนผักในภาษาโปรตุเกส

การพัฒนาโครงการนี้ดำเนินการเพื่อให้ได้รับการอนุมัติในสาขาวิชา Integration Project ที่ Federal Technological University of Parana (UTFPR) วัตถุประสงค์คือเพื่อรวมหลายๆ ด้านของเมคคาทรอนิกส์ เช่น กลศาสตร์ อิเล็กทรอนิกส์ และวิศวกรรมควบคุม

ขอขอบคุณอาจารย์ที่ UTFPR Sérgio Stebel และ Gilson Sato เป็นการส่วนตัว และถึงเพื่อนร่วมชั้นสี่คนของฉัน (ออกัสโต, เฟลิเป้, มิคาเอล และรีเบก้า) ที่ช่วยในการสร้างโครงการนี้

ผลิตภัณฑ์มีการป้องกันสภาพอากาศเลวร้าย ป้องกันแมลงศัตรูพืช ลมและฝนตกหนัก จำเป็นต้องป้อนโดยถังเก็บน้ำผ่านท่อ การออกแบบที่เสนอเป็นต้นแบบเพื่อให้เหมาะกับพืชสามต้น แต่สามารถขยายไปยังแจกันได้มากขึ้น

ใช้เทคโนโลยีการผลิตสามอย่าง ได้แก่ การตัดด้วยเลเซอร์ การกัด CNC และการพิมพ์ 3 มิติ สำหรับชิ้นส่วนระบบอัตโนมัติ Arduino ถูกใช้เป็นตัวควบคุม โมดูลบลูทู ธ ใช้สำหรับการสื่อสารและแอปพลิเคชัน Android ถูกสร้างขึ้นผ่าน MIT App Inventor

เราสอบผ่านด้วยคะแนนใกล้ 9.0 และมีความสุขมากกับการทำงาน ที่ตลกมากคือทุกคนคิดว่าจะปลูกกัญชาในเครื่องนี้ ไม่รู้ทำไม

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบแนวความคิดและการสร้างแบบจำลองส่วนประกอบ

ก่อนประกอบ ส่วนประกอบทั้งหมดได้รับการออกแบบและสร้างแบบจำลองใน CAD โดยใช้ SolidWorks เพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างลงตัว เป้าหมายก็คือเพื่อให้พอดีกับทั้งโครงการภายในท้ายรถ ดังนั้นขนาดของมันถูกกำหนดเป็น 500 มม. ที่สูงสุด การผลิตส่วนประกอบเหล่านี้ใช้เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ การกัด CNC และเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ เลื่อยตัดไม้และไปป์บางส่วน

ขั้นตอนที่ 2: การตัดด้วยเลเซอร์

การตัดด้วยเลเซอร์ทำบนแผ่นเหล็กชุบสังกะสี AISI 1020 หนา 1 มม. 600 มม. x 600 มม. แล้วพับเป็นแถบขนาด 100 มม. ฐานมีฟังก์ชั่นของตัวเรือนเรือและส่วนไฮดรอลิก รูเหล่านี้ใช้สำหรับผ่านท่อรองรับ เซ็นเซอร์ และสายเคเบิลโซลินอยด์ และเพื่อให้พอดีกับบานพับประตู นอกจากนี้ การตัดด้วยเลเซอร์ยังเป็นแผ่นรูปตัว L ที่ทำหน้าที่ติดตั้งท่อเข้ากับหลังคา

ขั้นตอนที่ 3: เครื่องกัด CNC

ตัวยึดเซอร์โวมอเตอร์ผลิตขึ้นโดยใช้เครื่องกัดซีเอ็นซี ไม้สองชิ้นถูกกลึงแล้วติดกาวและเคลือบด้วยไม้ฉาบ แผ่นอะลูมิเนียมขนาดเล็กยังได้รับการขึ้นรูปเพื่อให้พอดีกับมอเตอร์ในส่วนค้ำยันไม้ โครงสร้างที่แข็งแกร่งได้รับเลือกให้ทนต่อแรงบิดของเซอร์โว นั่นเป็นสาเหตุที่ไม้มีความหนามาก

ขั้นตอนที่ 4: การพิมพ์ 3 มิติ

ในความพยายามที่จะรดน้ำต้นไม้อย่างถูกต้องและควบคุมความชื้นในดินได้ดีขึ้น จึงได้รับการออกแบบโครงสร้างเพื่อควบคุมน้ำจากท่อจ่ายบนฐานไปยังเครื่องพ่นสารเคมี เมื่อใช้งาน เครื่องพ่นสารเคมีจะอยู่ในตำแหน่งที่หันหน้าไปทางดินเสมอ (โดยเอียงลง 20º) แทนใบของพืช พิมพ์ลงบน PLA สีเหลืองโปร่งแสง 2 ส่วน แล้วประกอบด้วยน็อตและสลักเกลียว

ขั้นตอนที่ 5: เลื่อยมือ

โครงสร้างหลังคาไม้ ประตู และท่อพีวีซีถูกตัดด้วยมือด้วยมือ โครงสร้างหลังคาไม้ถูกแฮ็ก ขัด เจาะ และประกอบด้วยสกรูไม้

หลังคาเป็นแผ่นไฟเบอร์กลาสโปร่งแสงอิเทอร์นิต และถูกตัดด้วยกิโยตินตัดไฟเบอร์เฉพาะ จากนั้นเจาะและติดตั้งเข้ากับไม้ด้วยสกรู

ประตูไม้ถูกเจาะ ขัด เจาะ ประกอบด้วยสกรูไม้ เคลือบด้วยมวลไม้ จากนั้นจึงวางมุ้งลวดด้วยที่เย็บกระดาษเพื่อป้องกันความเสียหายต่อพืชจากฝนตกหนักหรือแมลง

ท่อพีวีซีถูกตัดเป็นเลื่อยมือ

ขั้นตอนที่ 6: ส่วนประกอบและการประกอบไฮดรอลิกและเครื่องกล

หลังจากผลิตหลังคา ฐาน ส่วนหัว และประตู เราก็ดำเนินการประกอบชิ้นส่วนโครงสร้าง

ขั้นแรก เราติดตั้งแคลมป์ท่อร้อยสายบนฐานและเพลท L ด้วยน็อตและโบลต์ หลังจากนั้นให้ใส่ท่อพีวีซีสี่ตัวเข้ากับแคลมป์ หลังจากคุณต้องขันสกรูหลังคากับแผ่น L จากนั้นขันสกรูประตูและมือจับด้วยน็อตและสลักเกลียว สุดท้ายคุณต้องประกอบชิ้นส่วนไฮดรอลิก

แต่ให้ความสนใจเราควรกังวลกับการปิดผนึกส่วนไฮดรอลิกเพื่อไม่ให้น้ำรั่ว การเชื่อมต่อทั้งหมดควรปิดผนึกอย่างแน่นหนาด้วยกาวปิดผนึกเกลียวหรือกาวพีวีซี

ซื้อส่วนประกอบทางกลและไฮดรอลิกหลายชิ้น รายการด้านล่างเป็นส่วนประกอบ:

- ชุดชลประทาน

- ที่จับ 2x

- บานพับ 8x

- เข่า PVC 2x1/2"

- แคลมป์ท่อ 16x 1/2"

- เข่า 3x 90º 15mm

- สายยางยาว 1 เมตร

- ปลอกเชื่อมสีน้ำเงิน 1x1/2"

- 1x 1/2 เข่าเชื่อมสีน้ำเงิน

- จุกนมแบบเกลียวได้ 1x

- 3x เรือ

- สกรูไม้ 20x 3.5x40mm

- น๊อตและน๊อต 40x5/32"

- มุ้งลวด 1 เมตร

- ท่อพีวีซี 1/2"

ขั้นตอนที่ 7: ส่วนประกอบและการประกอบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

สำหรับการประกอบชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เราต้องกังวลเกี่ยวกับการเชื่อมต่อสายไฟที่ถูกต้อง หากเกิดการเชื่อมต่อที่ไม่ถูกต้องหรือไฟฟ้าลัดวงจร ชิ้นส่วนราคาแพงที่ต้องใช้เวลาในการเปลี่ยนอาจสูญหายได้

เพื่อให้การติดตั้งและเข้าถึง Arduino ง่ายขึ้น เราควรผลิตชิลด์ที่มีบอร์ดสากล ดังนั้นจึงง่ายต่อการลบและดาวน์โหลดโค้ดใหม่บน Arduino Uno และหลีกเลี่ยงการมีสายไฟจำนวนมากกระจัดกระจาย

สำหรับโซลินอยด์วาล์ว ต้องทำเพลตที่มีการป้องกันแบบ optoisolated สำหรับไดรฟ์รีเลย์ เพื่อป้องกันอันตรายจากการเผาไหม้อินพุต/เอาต์พุตของ Arduino และส่วนประกอบอื่นๆ ควรใช้ความระมัดระวังเมื่อสั่งงานโซลินอยด์วาล์ว: ไม่ควรเปิดเมื่อไม่มีแรงดันน้ำ (มิฉะนั้นอาจไหม้ได้)

เซ็นเซอร์วัดความชื้นสามตัวเป็นสิ่งจำเป็น แต่คุณสามารถเพิ่มได้อีกสำหรับการสำรองสัญญาณ

ซื้อชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์หลายชิ้น รายการด้านล่างเป็นส่วนประกอบ:

- 1x Arduino Uno

- 6x เซ็นเซอร์ความชื้นในดิน

- 1x 1/2 โซลินอยด์วาล์ว 127V

- 1x เซอร์โวมอเตอร์ 15kg.cm

- 1x 5v 3A แหล่ง

- 1x 5v 1A แหล่งที่มา

- 1x โมดูลบลูทูธ hc-06

- 1x นาฬิกาเรียลไทม์ RTC DS1307

- 1x รีเลย์ 5v 127v

- 1x 4n25 ออปโตคัปเปลอร์เอียง

-1x ไทริสเตอร์ bc547

- 1x ไดโอด n4007

- ความต้านทาน 1x 470 โอห์ม

- ความต้านทาน 1x 10k โอห์ม

- 2x เพลทเอนกประสงค์

- รางปลั๊กไฟ 1x พร้อมปลั๊ก 3 ช่อง

- ซ็อกเก็ตชาย 2x

- 1x ปลั๊ก p4

- สายเคเบิล 10 ม. 2 ทาง

- สายอินเตอร์เน็ต 2 เมตร

ขั้นตอนที่ 8: การเขียนโปรแกรม C ด้วย Arduino

การเขียนโปรแกรม Arduino เป็นพื้นฐานเพื่อดำเนินการควบคุมความชื้นในดินของแจกัน "n" สำหรับสิ่งนี้ จำเป็นต้องเป็นไปตามข้อกำหนดในการกระตุ้นโซลินอยด์วาล์ว เช่นเดียวกับตำแหน่งเซอร์โวมอเตอร์และการอ่านตัวแปรกระบวนการ

คุณสามารถปรับเปลี่ยนจำนวนเรือได้

#define QUANTIDADE 3 //Quantidade de plantas

คุณสามารถปรับเปลี่ยนเวลาที่วาล์วจะเปิดได้

#define TEMPO_V 2000 // จังหวะ que a vávula ficará aberta

คุณสามารถปรับเปลี่ยนเวลารอเพื่อให้ดินชุ่มชื้นได้

#define TEMPO 5000 // Tempo de esperar สำหรับ umidecer เดี่ยว

คุณสามารถปรับเปลี่ยนการหน่วงเวลาของผู้รับใช้

#define TEMPO_S 30 // หน่วงเวลาเซอร์โว

สำหรับเซ็นเซอร์ความชื้นในดินแต่ละตัว จะมีช่วงแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันสำหรับดินแห้งและดินที่มีความชื้นเต็มที่ ดังนั้นคุณควรทดสอบค่านี้ที่นี่

umidade[0] = แผนที่(umidade[0], 0, 1023, 100, 0);

ขั้นตอนที่ 9: แอพมือถือ

แอพได้รับการพัฒนาบนเว็บไซต์ MIT App Inventor เพื่อดำเนินการควบคุมโครงการและฟังก์ชั่นการกำหนดค่า หลังจากการเชื่อมต่อระหว่างโทรศัพท์มือถือกับตัวควบคุม แอปพลิเคชันจะแสดงความชื้น (0 ถึง 100%) ในแต่ละแจกันแบบเรียลไทม์และการทำงานที่กำลังดำเนินการอยู่: ไม่ว่าจะอยู่ในโหมดสแตนด์บาย ย้ายเซอร์โวมอเตอร์ไปที่ ตำแหน่งที่ถูกต้องหรือรดน้ำแจกันอันใดอันหนึ่ง นอกจากนี้ แอปยังกำหนดค่าประเภทพืชในแจกันแต่ละประเภทด้วย และขณะนี้การกำหนดค่าพร้อมแล้วสำหรับพืช 9 สายพันธุ์ (ผักกาดหอม มิ้นต์ โหระพา กุ้ยช่าย โรสแมรี่ บร็อคโคลี่ ผักโขม แพงพวย สตรอเบอร์รี่) หรือคุณสามารถป้อนการตั้งค่าการรดน้ำสำหรับพืชที่ไม่อยู่ในรายการด้วยตนเอง พืชที่อยู่ในรายการได้รับการคัดเลือกเนื่องจากปลูกง่ายในกระถางขนาดเล็กเช่นเดียวกับในต้นแบบของเรา

ในการดาวน์โหลดแอป คุณต้องดาวน์โหลดแอป MIT App Inventor บนโทรศัพท์มือถือก่อน เปิด wifi จากนั้นในคอมพิวเตอร์ของคุณ คุณควรลงชื่อเข้าใช้เว็บไซต์ MIT https://ai2.appinventor.mit.edu/ เพื่อเข้าสู่ระบบ นำเข้าโครงการ SmartHorta2.aia จากนั้นเชื่อมต่อโทรศัพท์มือถือของคุณผ่านรหัส QR

ในการเชื่อมต่อ Arduino กับสมาร์ทโฟน คุณต้องเปิดบลูทูธบนโทรศัพท์ของคุณ เปิด Arduino แล้วจับคู่อุปกรณ์ แค่นั้นแหละ คุณเชื่อมต่อกับ SmartHorta แล้ว!