Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

หนึ่งในวัตถุประสงค์หลักของโครงการนี้คือการรักษาความเป็นอยู่ที่ดีของสวนโดยใช้พลังของอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ด้วยความเก่งกาจของเครื่องมือและซอฟต์แวร์ที่มีอยู่ ผู้ปลูกของเราจึงถูกรวมเข้ากับเซ็นเซอร์ที่ตรวจสอบสถานะแบบเรียลไทม์ของโรงงาน เราสร้างแอปสมาร์ทโฟนที่ช่วยให้เข้าถึงข้อมูลและดำเนินการที่จำเป็นหากจำเป็น

การออกแบบของชาวไร่ของเรานั้นสามารถปรับขนาดได้ ต้นทุนต่ำ และสร้างง่าย ทำให้เป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบในการเพิ่มพื้นที่สีเขียวให้กับระเบียงหรือสวนหลังบ้าน สวนอัจฉริยะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าใช้น้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และอำนวยความสะดวกในการบำรุงรักษาและติดตามตรวจสอบ

ติดตามเพื่อเรียนรู้วิธีสร้างฐานข้อมูลและแอพของคุณเองด้วยการสร้างสวนที่สามารถตรวจสอบได้ด้วยการคลิกปุ่ม!

ขั้นตอนที่ 1: ภาพรวมของระบบ IOT

ระบบ Iot ทำงานผ่านกระบวนการต่อไปนี้ Raspberry Pi ใช้เพื่อถ่ายทอดข้อมูลที่เป็นประโยชน์ของสวน เช่น ความส่องสว่าง ความชื้น และความชื้นในดินจากเซ็นเซอร์ต่างๆ ไปยังฐานข้อมูลบนคลาวด์ เมื่อข้อมูลอยู่ในระบบคลาวด์แล้ว สามารถเข้าถึงได้จากทุกที่โดยใช้แอปสมาร์ทโฟนที่เราสร้างขึ้น กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้เช่นกัน ผู้ใช้สามารถส่งคำแนะนำเช่นสถานะของปั๊มน้ำกลับไปที่สวนซึ่งจะดำเนินการตามคำสั่งที่จำเป็น

ต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติที่สำคัญบางประการของสวนของเรา:

คำติชมแบบเรียลไทม์ของเซ็นเซอร์ต่างๆ ของสวน

ฐานข้อมูลสถานะสุขภาพของสวน

ความสามารถในการติดตามและปฏิบัติการทั่วโลก

ระบบน้ำหยด

แอพควบคุมระบบน้ำ

ตารางรดน้ำอัตโนมัติ

เราตัดสินใจใช้ Firebase ของ Google เป็นตัวกลางของระบบ IOT เพื่อสร้างฐานข้อมูลระบบคลาวด์ฟรีของเราเอง จากนั้นเราใช้ App Inventor ของ MIT เพื่อสร้างแอปพลิเคชันสมาร์ทโฟนที่เข้ากันได้กับฐานข้อมูล Firebase และ Raspberry Pi นอกจากนี้ยังสามารถสื่อสารกับฐานข้อมูลด้วยความช่วยเหลือของไลบรารี Python ฟรี

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุที่จำเป็น:

วัสดุที่จำเป็นในการทำเครื่องปลูก iot สามารถพบได้ง่ายในร้านค้าในพื้นที่หรือร้านค้าออนไลน์ รายการต่อไปนี้เป็นคำอธิบายของชิ้นส่วนทั้งหมดที่จำเป็น

ฮาร์ดแวร์:

แผ่นไม้สน 1" - ขนาด 300 ซม. x 10 ซม. (เนื่องจากเป็นไม้กลางแจ้ง เราขอแนะนำไม้ที่ผ่านการบำบัดแล้ว)

ไม้อัด 1/4" - ขนาด 120 ซม. x 80 ซม

แผ่นผ้าใบกันน้ำ - ขนาด; 180cm x 275cm

ท่อพีวีซี - ขนาด; ยาว 30 ซม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 ซม

หลอดผ่าตัด - ขนาด; 250ซม.

ข้องอ x 2

สกรูไม้ x 30

อิเล็กทรอนิกส์:

ราสเบอร์รี่ Pi3 รุ่น B

Grove Pi + ตัวป้องกันเซนเซอร์

โซลินอยด์วาล์ว 12V

เซ็นเซอร์ความชื้นและอุณหภูมิ (dht11)

เซ็นเซอร์ความชื้น

เซนเซอร์ความส่องสว่าง

โมดูลรีเลย์

พาวเวอร์ซัพพลาย 12V

ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของโครงการนี้คือประมาณ 50 USD

ขั้นตอนที่ 3: ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ

ส่วนประกอบต่างๆ ที่จำเป็นต้องปรับแต่งสำหรับโปรเจ็กต์นี้สร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือของการพิมพ์ 3 มิติ รายการต่อไปนี้ประกอบด้วยรายการชิ้นส่วนทั้งหมดและข้อกำหนดการพิมพ์ ไฟล์ STL ทั้งหมดมีอยู่ในโฟลเดอร์ที่แนบมาด้านบน ทำให้สามารถแก้ไขไฟล์ที่จำเป็นได้หากจำเป็น

ข้อต่อท่อ x 1, เติม 30%

อะแดปเตอร์หัวฉีด x 3, ไส้เติม 30%

ปลั๊กหลอด x 3, ไส้ 10%

ตะขอ x 2, เติม 30%

เมาท์เซนเซอร์ x 1, ไส้เติม 20%

อะแดปเตอร์วาล์ว x 1, ไส้ 20%

ปลอกหุ้มสายไฟ x 1, ไส้ 20%

เราใช้ Creality Ender 3 เพื่อพิมพ์ชิ้นส่วน ซึ่งใช้เวลาประมาณ 8 ชั่วโมงสำหรับ 12 ส่วน

ขั้นตอนที่ 4: แผน

ไม่จำกัดขนาดที่เราเลือกทำชาวไร่ แต่สิ่งที่แนบมาข้างต้นคือรายละเอียดทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการทำโครงการ ในขั้นตอนต่อไปนี้เราสามารถอ้างถึงภาพเหล่านี้เพื่อตัดไม้

ขั้นตอนที่ 5: สร้างด้านข้าง

เพื่อยึดต้นไม้ เราตัดสินใจสร้างโครงสร้างชาวไร่จากไม้ ขนาดกล่องด้านใน 70 ซม. x 50 ซม. สูง 10 ซม. เราใช้แผ่นไม้สนทำด้านข้าง

ใช้เลื่อยวงเดือนตัดสี่ชิ้นให้ยาว (ขนาดที่แนบมาด้านบน) เราเจาะรูนำร่องที่จุดที่ทำเครื่องหมายไว้และเจาะรูเพื่อให้หัวสกรูเข้าที่ เมื่อเสร็จแล้ว เราขันสกรูไม้ 8 ตัว โดยตรวจสอบให้แน่ใจว่าด้านข้างเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสซึ่งยึดโครงไว้

ขั้นตอนที่ 6: ติดตั้งแผงด้านล่าง

ในการทำแผงด้านล่าง เราตัดชิ้นไม้อัดสี่เหลี่ยมขนาด 5 มม. ซึ่งเราขันเข้าที่กับโครงด้านข้าง ตรวจสอบให้แน่ใจว่ารูเป็นรูตรงเพื่อให้สกรูชิดกับฐาน ขนาดที่ต้องการสามารถดูได้แนบด้านบน

ขั้นตอนที่ 7: รูสำหรับท่อ

ชาวไร่ของเราทำขึ้นเพื่อรองรับพืชสามแถว ดังนั้นสำหรับระบบน้ำหยดด้านหนึ่งต้องยึดท่อสำหรับป้อนน้ำ

เริ่มต้นด้วยการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของคอนเนคเตอร์และดึงออกให้เท่ากันที่ด้านที่สั้นกว่าของเฟรม เนื่องจากเราไม่มีดอกสว่านเจาะลึก เราจึงเจาะรูขนาด 10 มม. แล้วขยายด้วยจิ๊กซอว์ ในการทำให้ขอบหยาบเรียบ คุณสามารถใช้เดรเมลจนกว่าคอนเนคเตอร์จะพอดี

ขั้นตอนที่ 8: เชื่อมต่อท่อน้ำ

ในการเชื่อมต่อข้อต่อให้ตัดท่อพีวีซีสองชิ้นยาว 12 ซม. สวมชุดให้พอดีตัวเพื่อตรวจสอบว่าทุกอย่างกระชับพอดีหรือไม่

จากนั้นดันข้อต่อที่พิมพ์ 3 มิติเข้าไปในรูตรงกลางและขั้วต่อข้อศอก PVC สองตัวที่ปลายด้านตรงข้ามจนกว่าจะล้างออก ติดแผงกลับเข้ากับกรอบและปิดขั้วต่อจากด้านในด้วยอะแดปเตอร์ที่พิมพ์ 3 มิติ ข้อต่อทั้งหมดเป็นแบบเสียดทานและควรเป็นแบบกันน้ำ หากไม่ สามารถปิดผนึกข้อต่อด้วยกาวร้อนหรือเทปเทฟลอน

ขั้นตอนที่ 9: โซลินอยด์วาล์ว

เพื่อควบคุมการไหลของน้ำเข้าสู่ระบบชลประทานน้ำหยด เราใช้โซลินอยด์วาล์ว วาล์วทำหน้าที่เป็นประตูที่เปิดขึ้นเมื่อมีการส่งสัญญาณไฟฟ้าทำให้สามารถควบคุมได้โดยอัตโนมัติ ในการรวมมันเข้าด้วยกัน เราได้แนบปลายด้านหนึ่งเข้ากับแหล่งน้ำและอีกด้านเข้ากับท่อป้อนน้ำของชาวไร่โดยใช้อะแดปเตอร์ตัวกลาง สิ่งสำคัญคือต้องเชื่อมต่อวาล์วในทิศทางที่ถูกต้อง โดยทั่วไปจะติดแท็กว่า "IN" สำหรับน้ำเข้า (ก๊อก) และ "OUT" สำหรับการจ่ายน้ำ (ชาวไร่)

ขั้นตอนที่ 10: การเดินสายไฟอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ด้านล่างนี้คือตารางที่มีโมดูลและเซ็นเซอร์ต่างๆ พร้อมพอร์ตตามลำดับบนแผงป้องกัน grovepi+

• เซ็นเซอร์อุณหภูมิและความชื้น ==> พอร์ต D4
• โมดูลรีเลย์ ==> พอร์ต D3
• เซ็นเซอร์ความชื้น ==> พอร์ต A1
• เซนเซอร์ตรวจจับแสง ==> พอร์ต A0

ใช้แผนภาพการเดินสายไฟที่แนบมาด้านบนเป็นข้อมูลอ้างอิง

ขั้นตอนที่ 11: ช่องเซ็นเซอร์

เราสร้างกล่องสำหรับใส่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดด้วยไม้อัดที่เหลือ เราตัดไม้ตามเลย์เอาต์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และติดกาวเข้าด้วยกัน เมื่อกาวแห้งแล้ว เราก็ติดตั้งพาวเวอร์ซัพพลายและ Raspberry Pi ลงในกล่องช่อง โดยป้อนสายไฟของเซ็นเซอร์ผ่านช่อง เพื่อปิดช่องเราจึงดันปกพิมพ์เพื่อปิดผนึกช่องว่าง

Mount Sensor Mount มีรูสำหรับยึดหมุดซึ่งคุณสามารถติดตั้งเซ็นเซอร์ได้ ติดเซ็นเซอร์วัดความส่องสว่างและความชื้นที่ด้านบน และเซ็นเซอร์ความชื้นบนช่องแบบปรับได้ เพื่อให้กล่องของช่องถอดออกได้ง่าย เราขันขอเกี่ยวที่พิมพ์ 3 มิติและตัวยึดเซ็นเซอร์ ซึ่งช่วยให้กล่องสามารถหนีบเข้ากับโครงสร้างหลักได้ ด้วยวิธีนี้ หน่วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และ iot สามารถรวมเข้ากับชาวไร่ได้อย่างง่ายดาย

ขั้นตอนที่ 12: การสร้างฐานข้อมูล

ขั้นตอนแรกคือการสร้างฐานข้อมูลสำหรับระบบ คลิกที่ลิงก์ต่อไปนี้ (Google firebase) ซึ่งจะนำคุณไปยังเว็บไซต์ Firebase (คุณจะต้องเข้าสู่ระบบด้วยบัญชี Google ของคุณ) คลิกที่ปุ่ม "เริ่มต้นใช้งาน" ซึ่งจะนำคุณไปยังคอนโซล firebase จากนั้นสร้างโครงการใหม่โดยคลิกที่ปุ่ม "เพิ่มโครงการ" กรอกข้อกำหนด (ชื่อ รายละเอียด ฯลฯ) และเสร็จสิ้นโดยคลิกที่ปุ่ม "สร้างโครงการ"

เราแค่ต้องการเครื่องมือฐานข้อมูลของ Firebase ดังนั้นให้เลือก "ฐานข้อมูล" จากเมนูทางด้านซ้ายมือ จากนั้นคลิกที่ปุ่ม "สร้างฐานข้อมูล" เลือกตัวเลือก "โหมดทดสอบ" และคลิกที่ "เปิดใช้งาน" ถัดไปตั้งค่าฐานข้อมูลเป็น "ฐานข้อมูลเรียลไทม์" แทน "cloud firestore" โดยคลิกที่เมนูแบบเลื่อนลงที่ด้านบน เลือกแท็บ "กฎ" และเปลี่ยน "เท็จ" ทั้งสองเป็น "จริง" สุดท้ายคลิกที่แท็บ "ข้อมูล" และคัดลอก URL ฐานข้อมูล ซึ่งจำเป็นในภายหลัง

สิ่งสุดท้ายที่คุณต้องทำคือคลิกที่ไอคอนรูปเฟืองถัดจากภาพรวมโครงการ จากนั้นไปที่ "การตั้งค่าโครงการ" จากนั้นเลือกแท็บ "บัญชีบริการ" สุดท้ายคลิกที่ "ความลับของฐานข้อมูล" และจดรหัสความปลอดภัย ของฐานข้อมูลของคุณ เมื่อขั้นตอนนี้เสร็จสมบูรณ์ คุณได้สร้างฐานข้อมูลบนคลาวด์ของคุณสำเร็จ ซึ่งสามารถเข้าถึงได้จากสมาร์ทโฟนของคุณและจาก Raspberry Pi (ใช้ภาพที่แนบมาข้างบนนี้ เผื่อมีอะไรสงสัย หรือเพียงแค่ทิ้งคำถามหรือแสดงความคิดเห็นในส่วนความคิดเห็น)

ขั้นตอนที่ 13: การตั้งค่าแอพ

ส่วนต่อไปของระบบ IoT คือแอปพลิเคชันสมาร์ทโฟน เราตัดสินใจใช้ MIT App Inventor เพื่อสร้างแอปที่ปรับแต่งเอง หากต้องการใช้แอปที่เราสร้างขึ้นก่อนอื่น ให้เปิดลิงก์ต่อไปนี้ (MIT App Inventor) ซึ่งจะนำคุณไปยังหน้าเว็บของพวกเขา คลิกถัดไปที่ "สร้างแอป" ที่ด้านบนของหน้าจอและลงชื่อเข้าใช้ด้วยบัญชี Google ของคุณ

ดาวน์โหลดไฟล์.aia ที่ลิงก์ด้านล่าง เปิดแท็บ "โครงการ" และคลิกที่ "นำเข้าโครงการ (.aia) จากคอมพิวเตอร์ของฉัน" จากนั้นเลือกไฟล์ที่คุณเพิ่งดาวน์โหลดและคลิก "ตกลง" ในหน้าต่างส่วนประกอบ ให้เลื่อนลงมาจนสุดจนเห็น "FirebaseDB1" คลิกที่มันแล้วแก้ไข "FirebaseToken", "FirebaseURL" เป็นค่าที่คุณจดบันทึกไว้ในขั้นตอนที่แล้ว

เมื่อขั้นตอนเหล่านี้เสร็จสิ้น คุณก็พร้อมที่จะดาวน์โหลดและติดตั้งแอป คุณสามารถดาวน์โหลดแอปลงในโทรศัพท์ของคุณได้โดยตรงโดยคลิกที่แท็บ "สร้าง" และคลิกที่ "แอป (ระบุรหัส QR สำหรับ.apk)" จากนั้นสแกนรหัส QR ด้วยสมาร์ทโฟนของคุณหรือคลิก "แอป (บันทึก.apk ลงในคอมพิวเตอร์ของฉัน))" คุณจะดาวน์โหลดไฟล์ apk ลงในคอมพิวเตอร์ของคุณ ซึ่งคุณต้องเปลี่ยนไปใช้สมาร์ทโฟนของคุณจึงจะติดตั้งได้

ขั้นตอนที่ 14: การเขียนโปรแกรม Raspberry Pi

Raspberry Pi ต้องแฟลชด้วย Raspbian (Raspbian) เวอร์ชันล่าสุด ในกรณีที่คุณวางแผนที่จะใช้ GrovePi+ shield เหมือนที่เราทำ ให้แฟลช Raspberry Pi ของคุณด้วย "Raspbian for Robots" เวอร์ชันล่าสุดแทน (Raspbian for Robots) เมื่อคุณแฟลช Raspberry Pi แล้ว คุณจะต้องติดตั้งไลบรารี python เพิ่มเติม เปิดเทอร์มินัลแล้ววางคำสั่งต่อไปนี้:

1. คำขอติดตั้ง sudo pip==1.1.0
2. sudo pip ติดตั้ง python-firebase

เมื่อเสร็จแล้ว ให้ดาวน์โหลดไฟล์ที่แนบมาด้านล่างและบันทึกลงในไดเร็กทอรีบน Raspberry Pi ของคุณ เปิดไฟล์และเลื่อนลงไปที่บรรทัดที่ 32 ในบรรทัดนี้ให้แทนที่ส่วนที่ระบุว่า "วาง URL ของคุณที่นี่" ด้วย URL ของฐานข้อมูลที่คุณระบุไว้ก่อนหน้านี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้วาง URL ไว้ระหว่าง ' ' เท่านี้ก็เสร็จแล้ว เปิดเทอร์มินัลแล้วรันสคริปต์ python โดยใช้คำสั่ง "python"

ขั้นตอนที่ 15: การใช้แอพ

อินเทอร์เฟซของแอพของเราค่อนข้างอธิบายตนเองได้ กล่องสี่อันดับแรกแสดงค่าความส่องสว่าง อุณหภูมิ ความชื้น และความชื้นในดินแบบเรียลไทม์เป็นเปอร์เซ็นต์ ค่าเหล่านี้สามารถอัปเดตได้โดยคลิกที่ปุ่ม "รับค่า" ซึ่งสั่งให้ Raspberry Pi อัปเดตฐานข้อมูลบนคลาวด์ตามด้วยปุ่ม "รีเฟรช" ซึ่งจะรีเฟรชหน้าจอเมื่อฐานข้อมูลได้รับการอัปเดตแล้ว

ส่วนล่างของหน้าจอใช้สำหรับระบบน้ำหยด ปุ่ม "เปิด" จะเปิดเครื่องสูบน้ำในขณะที่ปุ่ม "ปิด" จะปิดการทำงาน ปุ่ม "อัตโนมัติ" ใช้ค่าเซ็นเซอร์ต่างๆ เพื่อคำนวณปริมาณน้ำที่ต้องการในแต่ละวัน และรดน้ำต้นไม้วันละสองครั้ง เวลา 8.00 น. และ 16.00 น.

ขั้นตอนที่ 16: ผ้าใบกันน้ำ Liner

เนื่องจากความชื้นในดินอาจทำให้ไม้เน่าเปื่อยเมื่อเวลาผ่านไป เราจึงตัดผ้าใบกันน้ำเป็นแผ่นตามขนาดและปูไว้บนพื้นผิวด้านในของกระถางต้นไม้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ดึงมันจากด้านข้าง แล้วสุดท้ายก็จับเข้าที่ด้วยกาว เสร็จแล้วก็เติมดินที่ได้จากฟาร์มท้องถิ่น เกลี่ยดินให้ทั่วถึงด้านบนแล้วฝังท่อน้ำหยดสามแถว

ตรงมุมใกล้ท่อน้ำจะติดตั้งกล่องอิเล็กทรอนิกส์และฝังเซ็นเซอร์ความชื้นลงในดิน ทำให้การเดินสายไฟง่ายขึ้นเนื่องจากโซลินอยด์วาล์วอยู่ใกล้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และสามารถเชื่อมต่อได้ง่าย

ขั้นตอนที่ 17: ระบบน้ำหยด

ตัดท่อผ่าตัดสามชิ้นที่ทอดยาวไปตามความยาวของกระถางต้นไม้ (ประมาณ 70 ซม.) ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นสายหยดหลักสำหรับพืช ดังนั้นจงวางแผนระยะห่างที่จำเป็นระหว่างต้นไม้และเจาะรู 1 มม. และช่วงเวลา ทดสอบว่าน้ำหยดง่ายหรือไม่และขยายรูถ้าจำเป็น ใช้ปลั๊กสามตัวเพื่อปิดปลายเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำถูกจำกัดให้ออกมาจากรูหยดเท่านั้น

ฝังท่อเล็กน้อยในดินและพร้อมที่จะรดน้ำต้นไม้ของคุณ!

ขั้นตอนที่ 18: ผลการปลูก

ภาพข้างบนนี้เป็นผลพวงของการทำสวนไอโอทเป็นเวลาหนึ่งเดือน พืชมีสุขภาพที่ดีและเราสามารถปลูกสมุนไพรเช่นสะระแหน่และผักชีได้

จากการทดลอง เราสังเกตเห็นว่าโหมดอัตโนมัติช่วยประหยัดน้ำได้เกือบ 12% ต่อวัน ในขณะที่พืชได้รับการรดน้ำผ่านการชลประทานแบบหยด รากของพวกมันจะเติบโตตรง ทำให้มีพื้นที่มากขึ้นในการปลูกพืชในกระถางมากขึ้น ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวที่เราสังเกตเห็นคือพืชที่ใหญ่กว่าต้องการความลึกของดินมากขึ้น ที่กล่าวว่าเนื่องจากโครงสร้างแบบแยกส่วนทำให้สามารถเพิ่มฐานที่ลึกกว่าตามความต้องการของพวกเขาได้อย่างง่ายดาย

โดยสรุป ระบบนี้ไม่เพียงแต่ทำให้สวนของคุณมีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ยังช่วยให้พืชของคุณอยู่ดีมีสุข เนื่องจากการตอบรับข้อมูลแบบเรียลไทม์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการให้น้ำและแสงแดดในปริมาณที่เหมาะสม เราหวังว่าคำแนะนำนี้จะเป็นประโยชน์และจะช่วยให้คุณปลูกสวน iot ของคุณเองได้

มีความสุขในการทำ!

รางวัลที่หนึ่งในความท้าทาย IoT