IDC2018IOT เชื่อมต่อระบบอาหารสัตว์ น้ำ และระบบตรวจสอบ: 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

บทนำ

ไม่ว่าคุณจะเป็นนักเรียนภายใต้ความกดดัน คนทำงานหนัก หรือเพียงแค่ต้องอยู่ไกลบ้านมากกว่าสองสามชั่วโมงต่อวัน ในฐานะเจ้าของสัตว์เลี้ยงที่ห่วงใย เราต้องการให้แน่ใจว่าสัตว์เลี้ยงอันเป็นที่รักของเรามีสุขภาพแข็งแรง ได้รับอาหาร และแน่นอนว่าไม่ได้นอนบนโซฟา (ไอ้สารเลว!) ถึงเวลาแล้วที่จะหยุดขอความกรุณาหรือแม้แต่จ่ายค่าบริการดังกล่าว

ด้วยโปรเจ็กต์เจ๋งๆ นี้ เราตั้งเป้าที่จะให้คุณสามารถทำเองได้ (ฉันได้ยินมาว่าตอนนี้มีแล้ว) เราจะสร้างโซลูชันสำหรับการเฝ้าติดตามสัตว์เลี้ยงของเราได้ดีขึ้น และแม้กระทั่งดำเนินการในขณะที่อยู่ที่สำนักงาน โรงเรียน หรือเพียงแค่ไปเที่ยวกับเพื่อนหรือคนสำคัญของเรา

ระบบนี้จะช่วยให้คุณสามารถป้อนอาหารสัตว์เลี้ยงของคุณจากระยะไกลในขณะที่ควบคุมปริมาณอาหารที่คุณเทจากภาชนะ เติมน้ำในชามทุกครั้งที่มันหมด นอกจากนี้ ตอนนี้เราสามารถติดตามระดับน้ำในชามแบบเรียลไทม์ วัดปริมาณภาชนะบรรจุอาหารและที่สำคัญที่สุด ดูสัตว์เลี้ยงสดโดยใช้โมดูลกล้องที่เรียบง่าย

เกี่ยวกับเรา

Tomer Maimon, Gilad Ram และ Alon Shprung นักศึกษาวิชา Computer-Science สามคนของ IDC Herzeliya นี่เป็นโครงการ Instructables แรกของเราซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเวิร์กช็อป IoT เราหวังว่าคุณจะพบว่ามันน่าสนใจและสนุกกับการสร้าง!

ขั้นตอนที่ 1: ทำความเข้าใจสถาปัตยกรรม:

เราสามารถแบ่งระบบนี้ออกเป็น 2 ส่วนหลัก ๆ คือ

1. ช่องข้อมูลขาเข้า:

   • เซ็นเซอร์น้ำ - สุ่มตัวอย่างระดับน้ำภายในชามสัตว์เลี้ยง ข้อมูลจากหน่วย Node-MCU ไปยังเซิร์ฟเวอร์ Blynk และสุดท้ายจะถูกนำเสนอผ่าน Pet Dashboard
   • เซ็นเซอร์โซนาร์ - สุ่มตัวอย่างเนื้อหาของภาชนะบรรจุอาหาร ข้อมูลจากหน่วย Arduino (พร้อมส่วนต่อขยายอีเทอร์เน็ตชิลด์) ไปยังเซิร์ฟเวอร์ Blynk และสุดท้ายจะถูกนำเสนอผ่าน Pet Dashboard
   • Pi Camera Module - สุ่มตัวอย่างเฟรมของพื้นที่สัตว์เลี้ยง Pi กำลังโฮสต์เซิร์ฟเวอร์ของตัวเองซึ่งให้ฟีดข้อมูลสดไปยังแดชบอร์ดสัตว์เลี้ยง

2. กระแสคำสั่ง:

   • ปุ่มฟีด (แดชบอร์ด) - อัปเดตค่าพินเสมือนผ่าน Blynk ฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องจะถูกทริกเกอร์บนบอร์ด Arduino จากนั้นเซอร์โวจะเคลื่อนที่เพื่อให้อาหารผ่านฝาได้
   • ให้น้ำ (แดชบอร์ด) - อัปเดตค่าพินเสมือนอย่างแข็งขันผ่าน Blynk ฟังก์ชั่นที่เกี่ยวข้องถูกเรียกใช้บนบอร์ด Node-MCU รีเลย์เปิดอยู่ ปั๊มน้ำจะเริ่มส่งน้ำไปยังชามของสัตว์เลี้ยง
   • Pet Live Feed (แดชบอร์ด) - ฝังอยู่ภายในแดชบอร์ดและนำเสนอข้อมูลสดผ่านเซิร์ฟเวอร์ขวดที่ทำงานบนอุปกรณ์ Pi

ขั้นตอนที่ 2: รายการอะไหล่

ในการเริ่มทำงานกับระบบนี้ คุณจะต้องมีส่วนประกอบ (หรือส่วนที่คล้ายกัน) ต่อไปนี้:

1. ทางกายภาพ:

   • ภาชนะบรรจุอาหาร: เราใช้ท่ออุตสาหกรรมสองด้านขนาด 45 ซม. ซึ่งเราซื้อในห้างสรรพสินค้าในบ้าน สิ่งสำคัญคือต้องมีทางออก 2 ทาง หนึ่งสำหรับการวัดเนื้อหา และทางออกที่สองสำหรับกลไกการเปิด/ปิด
   • Duct Tape: เพื่อเก็บของเข้าไว้ด้วยกัน;)
   • สายจัมเปอร์: ยิ่งสนุก ยิ่งดีเสมอหากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น
   • สายเคเบิลอีเธอร์เน็ต: สำหรับเชื่อมต่อ Arduino (พร้อมอีเธอร์เน็ตชิลด์) กับอินเทอร์เน็ต
   • กระป๋องสวน: ใช้เป็นภาชนะสำหรับใส่น้ำและปั๊มน้ำ
   • Short Water Tube: เชื่อมต่อกับปั๊มและเทน้ำลงในชามของสัตว์เลี้ยง

2. เซนเซอร์:

   • WINGONEER Water Level Sensor: วัดระดับน้ำภายในชามสัตว์เลี้ยง
   • Sonar Sensor - วัดระยะห่างของระดับอาหารจากฝาด้านบนภายในภาชนะ
   • TONGLING Relay: ช่วยให้เราสามารถเปิด/ปิดปั๊มน้ำที่ไหลน้ำได้
   • โมดูลกล้อง Pi: เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ Pi ราสเบอร์รี่และสตรีมรูปภาพของพื้นที่สัตว์เลี้ยง
   • เซอร์โวทั่วไป: ล็อคและปลดล็อกภาชนะบรรจุอาหาร

3. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ / บอร์ด:

   • Arduino Uno: ควบคุมการใช้งานหน่วยภาชนะบรรจุอาหาร
   • Arduino Ethernet Shield: ให้การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตกับบอร์ดของเรา
   • NodeMCU(ESP-8266): ควบคุมหน่วยน้ำ ทั้งสำหรับการวัดและการเทน้ำ บอร์ดนี้มีความสามารถในการเชื่อมต่อผ่าน WiFi
   • Raspberry Pi 3 - โฮสต์เซิร์ฟเวอร์กล้องและให้ฟีดข้อมูลสดไปยังแดชบอร์ดสัตว์เลี้ยง
   • VicTsing 80 GPH ปั๊มน้ำแบบจุ่ม: สูบน้ำจากกระป๋องทำสวนไปยังชามพร้อมกับท่อน้ำ

ขั้นตอนที่ 3: การเดินสายไฟและวางสิ่งของเข้าด้วยกัน

การเดินสายไฟ

ก่อนที่เราจะเริ่ม ขอแนะนำให้วาง Arduino / Node-MCU ไว้บนเขียงหั่นขนม เพื่อให้ง่ายต่อการวางสายทั้งหมดเข้าด้วยกันและวางไว้ในตำแหน่งทางกายภาพใดๆ นอกจากนี้ ขอแนะนำให้ใช้สายไฟยาวเพื่อป้องกันข้อผิดพลาดที่เกิดจากการถอดสายเคเบิล เราได้จัดทำแผนภาพการเดินสายไฟสำหรับ Node-MCU (หน่วยน้ำ) และ Arduino (หน่วยอาหาร)

1. หน่วยอาหาร (Arduino):

   • โซนาร์เซนเซอร์:

     • GND (สีดำ) = GND
     • VCC (สีแดง) = 5V
     • Trig (สีม่วง) = 3
     • เสียงสะท้อน (สีน้ำเงิน) = 4

   • เซอร์โว:

     • GND (สีดำ) = GND
     • VCC (สีแดง) = 5V
     • สัญญาณ (สีเหลือง) = 9

2. หน่วยน้ำ (โหนด):

   • เซ็นเซอร์ระดับน้ำ:

     • S (สีน้ำเงิน) = A0
     • + (สีแดง) = 3v3
     • - (สีดำ) = GND

   • รีเลย์ (ต่อสายไฟฟ้าเข้าปั้มน้ำ):

     • IN (สีเหลือง) = D1
     • VCC (สีแดง) = Vin
     • GND (สีดำ) = GND

3. หน่วยกล้อง (Pi):

   • เซนเซอร์กล้อง:

     • เชื่อมต่อกับพอร์ตกล้องเดี่ยวของ Pi (สายฟลักซ์)
     • หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Pi พร้อมโมดูลกล้อง - Link

การประกอบชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน

ในส่วนนี้ คุณสามารถปรับแต่งและแก้ไขโครงการนี้เพื่อ "ทำให้เป็นของคุณ" แต่เราจะจัดเตรียมรูปภาพและคำอธิบายให้คุณเพื่อสร้างเวอร์ชันของผลิตภัณฑ์ขึ้นใหม่

1. หน่วยอาหาร (Arduino): ภาชนะค่อนข้างตรงไปตรงมา เราจะเน้นการประดิษฐ์ฝาทั้งสอง

   • ฝาด้านบน: ตัด 2 รูในฝาเพื่อให้เซ็นเซอร์โซนาร์พอดี (ดูภาพที่แนบมา)
   • ฝาล่าง + กลไก: เริ่มต้นด้วยการยึดพลาสติกหนึ่งชิ้น (ให้มาพร้อมกับเซ็นเซอร์เซอร์โว) และสร้างรูปร่าง "ค้อนเลื่อน" โดยใช้เทปพันสายไฟ/แท่งไม้ (เราใช้เทปเท่านั้น) จากนั้นติดเซอร์โว ตอนนี้เราต้องการ 2 รูบนฝาเอง อันแรกควรอนุญาตให้เซอร์โวพอดีกับกลไกที่เราสร้างขึ้นโดยวางไว้ที่ "ด้านใน" ของฝา ตัดอีกรูหนึ่งตามด้านข้างของ "หัวค้อน" ที่คุณสร้างขึ้น ด้วยวิธีนี้ เมื่อใดก็ตามที่เซอร์โวเปิด หางของค้อนจะกวาดอาหารไปทางทางออกและป้องกันไม่ให้ชิ้นใหญ่ติดกัน
2. หน่วยน้ำ (Node-MCU): เพียงต่อท่อน้ำเข้ากับปั๊มน้ำ ตอนนี้วางไว้ในกระป๋องทำสวน (ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้วางส่วนที่ไม่ถูกต้องกับรีเลย์และสายไฟไว้ในน้ำ)
3. หน่วยกล้อง: สิ่งที่คุณต้องทำคือวาง Pi พร้อมโมดูลกล้องในตำแหน่งที่คุณเลือก

ขั้นตอนที่ 4: ตั้งค่า Blynk

ความสามารถระยะไกลทั้งหมดในโปรเจ็กต์นี้ใช้ Blynk บริการนี้โดยพื้นฐานแล้วจะมี Web-Server และ RESTful API ฟรีสำหรับการสื่อสารกับอุปกรณ์ Arduino/Node-MCU ของเราผ่านทางอินเทอร์เน็ตโดยใช้โปรโตคอล HTTP Blynk ช่วยให้เราสามารถกำหนดพินเสมือน ซึ่งจะใช้เป็นที่อยู่สำหรับดำเนินการฟังก์ชันเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการเทน้ำ ป้อนและสุ่มตัวอย่างเซ็นเซอร์ต่างๆ (เราทำส่วนนั้นให้คุณแล้ว สิ่งที่คุณต้องทำคือรับโทเค็นแอปพลิเคชันของคุณเอง ซึ่งจะอธิบายต่อไป)

วิธีรับโทเค็นการตรวจสอบสิทธิ์ Blynk ของฉัน

1. ดาวน์โหลดแอป Blynk ผ่าน AppStore / PlayStore สำหรับอุปกรณ์มือถือของคุณ
2. สมัครใช้บริการนี้ (ใช้งานได้ฟรี)
3. เริ่มโครงการใหม่ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เลือกอุปกรณ์ที่ถูกต้อง (ในกรณีของเราคือ ESP8266)
4. หลังจากสร้างแล้ว อีเมลที่มี AUTHENTICATION TOKEN จะถูกส่งไป - บันทึกโทเค็นสำหรับขั้นตอนต่อไป

หมายเหตุ: สามารถใช้ Blynk ได้อย่างเต็มที่ผ่านแอป แต่เราตัดสินใจที่จะใช้แดชบอร์ดที่กำหนดเองของเรา

สุดท้าย เพื่อดำเนินการในขั้นตอนต่อไป คุณควรดาวน์โหลดและติดตั้งไลบรารี Blynk - ลิงก์ (ข้ามไปยังส่วนที่ 3)

ขั้นตอนที่ 5: กำหนดค่าภาชนะบรรจุอาหาร ปั๊มน้ำ และกล้องถ่ายทอดสด

ณ จุดนี้ เราประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าด้วยกันเสร็จแล้ว และรับ blynkAuthAppToken ของเรา (ดูขั้นตอนที่ 3)

เราได้จัดเตรียมรหัสทั้งหมดที่คุณต้องการเพื่อเรียกใช้โครงการนี้ สิ่งที่คุณต้องทำคือเปลี่ยนตัวแปรสองสามตัวในรหัส ซึ่งจะทำให้ระบบส่วนตัวเป็น "ของคุณเอง"

ก่อนอื่น เริ่มด้วยการดาวน์โหลด Arduino IDE (ถ้าคุณยังไม่ได้ทำ) - Link

กล่องใส่อาหาร Arduino

1. ตั้งค่า IDE ให้กับบอร์ด Arduino: เครื่องมือ -> บอร์ด -> Arduino/Genuino Uno

2. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้ติดตั้งไลบรารีเหล่านี้แล้ว: Sketch -> Include Library -> Manage Libraries

   รีเลย์ (โดย ราฟาเอล)

3. เปิดไฟล์สเก็ตช์ PetFeeder.ino กำหนดค่าพารามิเตอร์ต่อไปนี้ (ดูภาพที่แนบมาเพื่อขอความช่วยเหลือ):

   auth = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";

4. รวบรวมและอัปโหลดภาพร่างไปยังอุปกรณ์ Arduino ของคุณ

หน่วยน้ำ Node-MCU

1. ตั้งค่า IDE ไปยังบอร์ด Node-MCU:

   ดูส่วนแรกของคำแนะนำนี้สำหรับคำอธิบายโดยละเอียด

2. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้ติดตั้งไลบรารีเหล่านี้แล้ว: Sketch -> Include Library -> Manage Libraries

   ตัวจัดการ WiFi (โดย tzapu)

3. เปิดไฟล์สเก็ตช์ PetFeeder.ino กำหนดค่าพารามิเตอร์ต่อไปนี้ (ดูภาพที่แนบมาเพื่อขอความช่วยเหลือ):

   • auth = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";
   • ssid = "YOUR_WIFI_SSID"; // โดยทั่วไปจะเป็นชื่อเครือข่าย WiFi ของคุณ
   • ผ่าน = "YOUR_WIFI_PASSWORD"; // หากคุณไม่มีรหัสผ่าน ให้ใช้สตริงว่าง ""
4. รวบรวมและอัปโหลดภาพร่างไปยังอุปกรณ์ Node-MCU ของคุณ

โมดูลกล้องถ่ายทอดสด Pi

1. เชื่อมต่อโมดูลกล้อง pi
2. เรียกใช้ " sudo raspi-config " และตั้งค่าตัวเลือก "กล้อง" ให้เปิดใช้งาน

3. ทดสอบกล้องโดยใช้คำสั่ง "raspistill" เพื่อถ่ายภาพ

   r aspistill -o image.jpg

4. ตั้งค่าเซิร์ฟเวอร์กล้องเว็บ Flask:

   • ติดตั้งข้อกำหนดทั้งหมดโดยใช้ pip install -r requirements.txt
   • ใช้ python เพื่อเรียกใช้ camera_server.py
   • ดูได้บน 127.0.0.1:5000/video_feed

5. ตั้งค่าเว็บเซิร์ฟเวอร์ Flask ให้ทำงานขณะบู๊ต:

   • เพิ่มบรรทัดต่อไปนี้ใน /etc/rc.local (ก่อนออกจากบรรทัด):

     หลาม /camera_server.py

ขั้นตอนที่ 6: วิธีใช้แผงควบคุม

ติดตั้ง

ส่วนนี้ค่อนข้างง่าย สิ่งที่คุณต้องทำคือแทรกไฟล์ "blynk app token" ลงในไฟล์ "index.js" ดังนี้:

const blynkToken = "YOUR_BLYNK_APP_TOKEN" // ใช้โทเค็นเดียวกันจากขั้นตอนก่อนหน้า

การใช้งาน

1. เปิดแดชบอร์ดโดยดับเบิลคลิกที่ไฟล์ "index.html"
2. แดชบอร์ดจะสุ่มตัวอย่างระบบโดยอัตโนมัติทุกๆ 10 นาที
3. มาตรการน้ำและภาชนะบรรจุอาหารสามารถทำได้ด้วยตนเอง
4. ปุ่ม "ให้น้ำ" และ "ป้อนอาหาร" ใช้เพื่อป้อนอาหารและน้ำให้สัตว์เลี้ยงของคุณ
5. ส่วนล่างของแดชบอร์ดจะแสดงฟีดข้อมูลสดจากโมดูลกล้องหากคุณปฏิบัติตามคำแนะนำขั้นตอนก่อนหน้าอย่างระมัดระวัง

หมายเหตุ: หากคุณต้องการปรับแต่งจำนวนครั้งที่ภาชนะบรรจุอาหารเปิดขึ้นเมื่อคุณป้อนอาหาร ให้เปิดไฟล์ "index.js" และเปลี่ยน "value" ในบรรทัดถัดไปจาก "3" เป็นจำนวนเท่าใดก็ได้ที่คุณเลือก:

ดึงข้อมูล(baseURL + '/update/V1?value=3');

ขั้นตอนที่ 7: ความท้าทาย ข้อจำกัด และแผนในอนาคต

ความท้าทาย

ความท้าทายหลักสำหรับเราในโครงการนี้ เกี่ยวข้องกับการออกแบบกลไกเปิด/ปิดของภาชนะบรรจุอาหาร และสร้างรหัสพร้อมกันที่เสถียรสำหรับการควบคุมและการวัดหน่วยอาหาร ฉันเชื่อว่าเราได้ลองอย่างน้อย 4 เวอร์ชันที่แตกต่างกันจนกว่าเราจะพอใจ ความกังวลหลักคืออาหารปิดกั้นทางออก เพื่อป้องกันสิ่งนั้น เราเลือกการออกแบบ Sledge-Hammer ด้วยวิธีนี้ทุกครั้งที่เราเปิดภาชนะ หางของ "ค้อน" จะกวาดอาหารไปทางทางออก ยิ่งกว่านั้นการใช้ท่อสองด้านทำให้ชีวิตของเราง่ายขึ้นมากในขณะที่สร้างภาชนะบรรจุอาหาร วัตถุดังกล่าวเหมาะสำหรับวางกลไกทางออกไว้ด้านหนึ่ง และเซ็นเซอร์วัดระยะอีกด้านหนึ่งสำหรับวัดเนื้อหา

ขีดจำกัด

ในขั้นตอนนี้ของโครงการ มีข้อ จำกัด บางประการเกี่ยวกับระบบ:

1. มันไม่ได้เป็นแบบอัตโนมัติทั้งหมด หมายความว่าการป้อนและเทน้ำทำได้ด้วยตนเองผ่านแดชบอร์ดการตรวจสอบโดยไม่มีตัวกำหนดตารางเวลาอัจฉริยะ (ซึ่งคุณสามารถเพิ่มได้ในอนาคต หรือคุณเป็นผู้ดำเนินการเอง!)
2. แดชบอร์ดทำงานภายในเครื่องจากแล็ปท็อปของคุณเอง เพื่อให้สามารถเข้าถึงได้มากขึ้น สามารถโฮสต์บนแพลตฟอร์มยอดนิยม เช่น "Heroku"
3. เราใช้โมดูลกล้องที่เรียบง่าย ซึ่งสามารถแทนที่ด้วยโมดูลที่ซับซ้อนกว่าได้มาก เพื่อให้คุณภาพของภาพดีขึ้น และเพิ่มช่องทางการสื่อสารกับสัตว์เลี้ยงของคุณ (โดยใช้ลำโพง)

แผนการในอนาคต

หากเรามีเวลาและงบประมาณในการพัฒนาระบบนี้ต่อไป เราก็มีแนวคิดบางประการและกำหนดการที่เป็นไปได้ในใจ:

1. เพิ่มระบบตั้งเวลาให้อาหารสัตว์เลี้ยงอัตโนมัติ - 2~3 วันของการทำงาน
2. การสร้างเว็บไซต์เพื่อให้ผู้ใช้ระบบของเราสร้างแดชบอร์ดที่กำหนดเองซึ่งโฮสต์ออนไลน์และสามารถเข้าถึงได้จากอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ - ทำงาน 1-2 เดือน
3. ทำงานในเวอร์ชันอุตสาหกรรมสำหรับระบบนี้ ซึ่งช่วยให้เจ้าของสัตว์เลี้ยงจำนวนมากขึ้นสามารถควบคุมและสื่อสารกับสัตว์เลี้ยงของพวกเขาทางออนไลน์ได้ดียิ่งขึ้น เราได้รับความสนใจอย่างมากจากเพื่อน ๆ ที่เห็นผลของคำแนะนำนี้ ดังนั้น หากคุณมีความกระตือรือร้นที่จะนำโปรเจ็กต์ไปสู่อีกระดับ คุณก็จะได้รับการสนับสนุนอย่างเต็มที่!

เราหวังว่าคุณจะสนุกกับการอ่าน (และหวังว่าจะสร้าง!) โครงการนี้:)