IoT APIS V2 - Sistemi Autonome i Ujitjes së Impianteve të Mundësuar nga IoT: 17 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:16

Ky projekt është një evolucion i udhëzimit tim të mëparshëm: APIS - Sistemi i automatizuar i ujitjes së bimëve

Unë kam përdorur APIS për gati një vit tani, dhe doja të përmirësohesha me modelin e mëparshëm:

1. Aftësia për të monitoruar bimën nga distanca. Kështu u bë ky projekt i aktivizuar me IoT.
2. Zëvendësohet lehtë sonda e lagështisë së tokës. Unë kam kaluar nëpër tre modele të ndryshme të sondës së lagështisë, dhe pa marrë parasysh se cilin material kam përdorur, ai gërryhet herët a vonë. Pra, dizajni i ri ishte menduar të zgjasë sa më gjatë të jetë e mundur dhe të zëvendësohet shpejt dhe lehtë.
3. Niveli i ujit në kovë. Doja të isha në gjendje të tregoja sa ujë është ende në dispozicion në kovë dhe të ndaloj lotimin kur kova është bosh.
4. Pamje më të mira. Një kuti projekti gri ishte një fillim i mirë, por unë doja të krijoja diçka që dukej pak më mirë. Ju do të jeni gjykatësi nëse do të isha në gjendje ta arrija atë qëllim…
5. Autonomi. Doja që sistemi i ri të ishte autonom sa i përket fuqisë dhe/ose disponueshmërisë së internetit.

Projekti që rezulton nuk është më pak i konfigurueshëm se paraardhësi i tij, dhe ka veçori shtesë të dobishme.

Unë gjithashtu doja të shfrytëzoja printerin tim 3D të fituar rishtas, kështu që disa nga pjesët do të duhet të printohen.

Hapi 1: Pajisje kompjuterike

Ju do të keni nevojë për përbërësit e mëposhtëm për të ndërtuar IoT APIS v2:

1. Bordi i Zhvillimit NodeMcu Lua ESP8266 ESP -12E WIFI - në banggood.com
2. Moduli i matjes së distancës së sensorit tejzanor SODIAL (R) 3-pin, dhënës i dyfishtë, tre-pin në bord-në amazon.com
3. Pompë e vogël uji zhytëse DC 3V -6V 5V Tank rezervuari peshku - në ebay.com
4. LED me tre ngjyra - në amazon.com
5. Bordi Vero - në amazon.com
6. Transistor PN2222 - në amazon.com
7. Vida plastike, bulona dhe arra
8. Pajisjet dhe furnizimet e saldimit
9. Tela, rezistorë, tituj dhe përbërës të tjerë të ndryshëm elektronikë
10. Kavanoz Empty Tropicana OJ 2.78 QT
11. 2 gozhdë të galvanizuar

Hapi 2: Dizajni i përgjithshëm

Dizajni i përgjithshëm përbëhet nga përbërësit e mëposhtëm: 1. Sonda e lagështisë së tokës dhe rrethimi i ujitjes së bimëve (të kombinuara - të shtypura në 3D) 2. Tubat dhe instalimet elektrike3. Sensori i rrjedhjes së ujit në tabaka (i printuar në 3D) 4. Moduli i kontrollit i montuar në majë të kavanozit OJ (i vendosur dhe i mbyllur në kutinë e printuar 3D) 5. Pompë uji e zhytur6. Skica NodeMCU7. Konfigurimi IoT8. Furnizimi me energji elektrike: USB përmes prizës së energjisë - ose - panel diellor (modaliteti autonom) Le të diskutojmë secilin komponent individualisht

Hapi 3: Pompë uji e zhytur

Pompë uji e zhytur ndodhet nën dorezën e kavanozit OJ (për të shmangur ndërhyrjen në matjen e nivelit të ujit). Pompë është e vendosur në atë mënyrë që të "rri pezull" rreth 2-3 mm mbi pjesën e poshtme të kavanozit për të lejuar rrjedhjen e lirë të ujit në marrje.

Meqenëse pompa duhet të jetë e zhytur plotësisht për funksionimin normal, niveli minimal i ujit në kavanoz duhet të jetë rreth 3 cm (rreth 1 inç).

Hapi 4: Moduli i Kontrollit i montuar në majë të kavanozit OJ

Zgjodha kavanozin standard të madh Tropicana OJ për të qenë një enë me ujë. Ato janë gjerësisht të disponueshme dhe standarde.

Moduli i kontrollit vendoset në majë të kavanozit pasi hiqet rubineti origjinal.

Platforma në të cilën ndodhet moduli i kontrollit është e printuar në 3D. Skedari STL ofrohet në skedarët dhe skicat e këtij udhëzuesi.

Pompë, tuba dhe instalime elektrike kalojnë nëpër dorezën e kavanozit Tropicana për të pastruar hapësirën për matjen e nivelit të ujit.

Niveli i ujit matet nga sensori i distancës tejzanor i integruar me platformën e modulit të kontrollit. Niveli i ujit përcaktohet si një ndryshim në matjen e distancës së një kavanozi bosh dhe kavanoza e mbushur me ujë në një nivel të caktuar.

Moduli i kontrollit dhe sensori amerikan janë të mbuluara me një "kube" të printuar në 3D. Skedari STL i kupolës jepet në seksionin skedarë dhe skica të këtij udhëzuesi.

Hapi 5: Moduli i Kontrollit - Skemat

Skemat për modulin e kontrollit (përfshirë listën e përbërësve), dhe skedarët e dizajnit të tabelës së bukës janë dhënë në seksionin e skedarëve dhe skicave të këtij udhëzuesi.

SH NOTNIM: Puna me NodeMCU rezultoi të ishte një detyrë sfiduese për sa i përket kunjave të disponueshëm GPIO. Pothuajse të gjithë GPIO shërbejnë një numër funksionesh, gjë që i bën ata ose të padisponueshëm për përdorim, ose të pamundur për t'u përdorur në modalitetin e gjumit të thellë (për shkak të funksioneve të veçanta që luajnë gjatë procesit të nisjes). Në fund arrita të gjej një ekuilibër midis përdorimit të GPIO -ve dhe kërkesave të mia, por u deshën disa përsëritje frustruese.

Për shembull, një numër GPIO -ve mbeten "të nxehtë" gjatë gjumit të thellë. Lidhja e LED me ata që mposhtën qëllimin e zvogëlimit të konsumit të energjisë gjatë gjumit të thellë.

Hapi 6: Sensori i rrjedhjes së ujit në sirtar

Nëse tenxherja juaj ka një vrimë të tejmbushur në pjesën e poshtme, atëherë ekziston rreziku që uji të vërshojë tepsia e poshtme dhe të derdhet në dysheme (rafti ose çfarëdo që të jetë bima juaj ndodhet).

Kam vënë re se matja e lagështisë së tokës ndikohet shumë nga pozicioni i sondës, dendësia e tokës, distanca nga priza e ujitjes, etj. Me fjalë të tjera, lagështia e tokës mund të jetë e dëmshme për shtëpinë tuaj nëse uji derdhet në tabakun e poshtëm dhe derdhet.

Sensori i tejmbushjes është një ndarës midis tenxhere dhe tabaka e poshtme, me dy tela të mbështjellë rreth shufrave. Kur uji mbush tabaka, të dy telat lidhen, duke sinjalizuar kështu mikrokontrolluesin se uji është i pranishëm në tabakun e poshtëm.

Përfundimisht, uji avullon, dhe telat shkyçen.

Sirtari i poshtëm është i printuar në 3D. Skedari STL është i disponueshëm nga seksioni skedarë dhe skica i këtij udhëzuesi.

Hapi 7: Sonda e Lagështisë së Tokës dhe Rrethimi i Lotimit

Unë projektova një rrethim gjashtëkëndësh të printuar 3d për të qenë një sondë e kombinuar e lagështisë së tokës dhe një rrethim ujitje.

Një skedar printimi 3D (STL) është i disponueshëm në seksionin skedarë dhe skica të këtij udhëzuesi.

Rrethimi përbëhet nga dy pjesë, të cilat duhet të ngjiten së bashku. Një pajisje e ndryshuar me gjemba është ngjitur në anën e rrethimit për të bashkuar tubin.

Dy vrima 4.5 mm janë siguruar për të vendosur thonjtë e galvanizuar, duke shërbyer si sonda lagështie të tokës. Lidhshmëria me mikrokontrolluesin arrihet nëpërmjet ndarësve metalikë të zgjedhur posaçërisht për t’iu përshtatur thonjve.

Dizajni 3d është bërë duke përdorur www.tinkercad.com i cili është një mjet i shkëlqyeshëm dhe i lehtë për t’u përdorur por i fuqishëm i dizajnit 3d.

SHENIM: Ju mund të dëshironi të pyesni pse nuk kam përdorur thjesht një nga sondat e para-prodhuara të tokës? Përgjigja është: petë e atyre që treten brenda javëve. Në fakt, edhe me një kohë të kufizuar thonjtë janë nën tension, ato ende gërryhen dhe duhet të zëvendësohen të paktën një herë në vit. Dizajni i mësipërm lejon zëvendësimin e thonjve brenda sekondave.

Hapi 8: Tubat dhe telat

Uji i dërgohet planit përmes tubave gjysmë të qartë të gomës Latex Super-Soft (me 1/4 "Diametër të brendshëm dhe 5/16" Diametër të Jashtëm).

Dalja e pompës kërkon tuba më të mëdhenj dhe një përshtatës: Pajisje me gjemba të polipropilenit rezistente ndaj kimikateve, duke reduktuar drejt për 1/4 "x 1/8" ID të tubit.

Së fundi, një montim me gjemba polipropileni rezistent ndaj kimikateve, i drejtë për ID-në e tubit 1/8 shërben si lidhës me rrethimin e ujitjes.

Hapi 9: Skica e NodeMCU

Skica NodeMCU zbaton disa veçori të IoT APIS v2:

1. Lidhet me rrjetin ekzistues WiFi - ose - funksionon si një pikë hyrjeje WiFi (në varësi të konfigurimit)
2. Pyet serverët NTP për të marrë kohën lokale
3. Zbaton serverin e uebit për monitorimin e bimëve dhe rregullimin e parametrave të ujitjes dhe rrjetëzimit
4. Mat lagështinë e tokës, rrjedhjet e ujit në tabaka të poshtme, nivelin e ujit në kavanoz dhe siguron tregues vizual përmes LED me 3 ngjyra
5. Zbaton mënyrat e funksionimit në internet dhe të kursimit të fuqisë
6. Ruan informacionin për secilën prej vaditjeve në lokalisht në flash memorjen e brendshme

Hapi 10: NodeMCU Sketch - WiFi

Si parazgjedhje IoT APIS v2 do të krijojë një pikë hyrjeje WiFi WiFi të quajtur "Plant_XXXXXX", ku XXXXXX është numri serik i çipit ESP8266 në bordin e NodeMCU.

Ju mund të hyni në serverin e integruar të internetit përmes URL-së: https://plant.io serveri i brendshëm DNS do të lidhë pajisjen tuaj me faqen e statusit APIS.

Nga faqja e statusit, mund të lundroni te faqja e parametrave të ujitjes dhe faqja e parametrave të rrjetit, ku mund të bëni që IoT APIS v2 të lidhet me rrjetin tuaj WiFi dhe të filloni të raportoni statusin në re.

IoT APIS mbështet mënyrat e funksionimit në internet dhe kursimin e energjisë:

1. Në modalitetin online IoT APIS mban lidhjen WiFi gjatë gjithë kohës, kështu që ju mund të kontrolloni statusin e uzinës tuaj në çdo kohë
2. Në modalitetin e kursimit të energjisë, IoT APIS kontrollon lagështinë e tokës dhe nivelin e ujit në mënyrë periodike, duke e vendosur pajisjen në modalitetin e "gjumit të thellë", duke zvogëluar kështu në mënyrë dramatike konsumin e saj të energjisë. Sidoqoftë, pajisja nuk është e disponueshme në internet gjatë gjithë kohës, dhe parametrat mund të ndryshohen vetëm gjatë kohës kur pajisja ndizet (aktualisht çdo 30 minuta, e përafruar me orën në kohë reale orë/gjysmë ore). Pajisja do të qëndrojë në internet për 1 minutë çdo 30 minuta për të lejuar ndryshimet e konfigurimit dhe më pas do të hyjë në modalitetin e gjumit të thellë. Nëse përdoruesi lidhet me pajisjen, koha "up" zgjatet në 3 minuta për çdo lidhje.

Kur pajisja është e lidhur me rrjetin WiFi WiFi, adresa e saj IP raportohet në serverin cloud IoT dhe është e dukshme në pajisjen e monitorimit celular.

Hapi 11: Skica NodeMCU - NTP

IoT APIS v2 përdor protokollin NTP për të marrë kohën lokale nga serverët e kohës NIST. Koha e saktë përdoret për të përcaktuar nëse pajisja duhet të hyjë në modalitetin "natë", domethënë të shmangë funksionimin e pompës ose ndezjen e LED.

Koha e natës mund të konfigurohet veçmas për ditët e punës dhe mëngjesin e fundjavës.

Hapi 12: NodeMCU Sketch - Serveri lokal i uebit

IoT APIS v2 zbaton një web server lokal për raportimin e statusit dhe ndryshimet e konfigurimit. Faqja kryesore siguron informacion në lidhje me lagështinë dhe nivelin e ujit aktual, praninë e ujit të tejmbushur në tabakun e poshtëm dhe statistikat e ujitjes më të fundit. Faqja e konfigurimit të rrjetit (e arritshme përmes butonit të konfigurimit të rrjetit) siguron aftësinë për t'u lidhur me rrjetin WiFi lokal dhe për të ndryshuar midis mënyrave në internet dhe kursimit të energjisë. (Ndryshimet në konfigurimin e rrjetit do të bëjnë që pajisja të rivendoset) Faqja e konfigurimit të ujitjes (e arritshme përmes butonit të konfigurimit të ujit) siguron aftësinë për të ndryshuar parametrat e ujitjes (lagështia e tokës për të filluar/ndaluar lotimin, kohëzgjatja e rrjedhjes së ujitjes dhe pauzën e ngopjes midis vrapimeve, numri i vrapimeve, etj) Skedarët HTML të serverit të uebit janë të vendosur në dosjen e të dhënave të skicës IoT APIS Arduino IDE. Ato duhet të ngarkohen në memorjen flash NodeMCU si një sistem skedar SPIFF duke përdorur mjetin "ESP8266 Sketch Data Upload" të vendosur këtu.

Hapi 13: Skica e NodeMCU - Regjistri i ujitjes lokale dhe qasja në sistemin e brendshëm të skedarëve

Në rast se lidhja me rrjetin nuk është e disponueshme, sistemi IoT APIS v2 po regjistron të gjitha aktivitetet e ujitjes në vend.

Për të hyrë në regjistër, lidheni me pajisjen dhe lundroni te faqja '/edit', pastaj shkarkoni skedarin watering.log. Ky skedar përmban historinë e të gjitha drejtimeve të ujitjes që kur ka filluar regjistrimi.

Shembulli i një skedari të tillë log (në format të ndarë me skedë) i bashkëngjitet këtij hapi.

SH NOTNIM: Faqja e shkarkimit nuk është e disponueshme kur IoT APIS v2 po funksionon është në modalitetin e Pikës së Qasjes (për shkak të varësisë nga biblioteka online e Java Script).

Hapi 14: Skica e NodeMCU - Lagështia e Tokës, Rrjedhja e Ujit të Fundit, Niveli i Ujit, LED me 3 Ngjyra

Matja e lagështisë së tokës bazohet në të njëjtin parim si APIS origjinal. Ju lutemi referojuni asaj që udhëzohet për detaje.

Rrjedhjet e tabaka të ujit zbulohen duke aplikuar në çast tension në telat e vendosura nën tenxhere duke përdorur rezistorë të brendshëm PULLUP. Nëse gjendja PIN e rezultuar është e ULT, atëherë ka ujë në tabaka. Gjendja PIN e LART HIGH tregon se qarku është "i prishur", prandaj nuk ka ujë në tabakun e poshtëm.

Niveli i ujit përcaktohet duke matur distancën nga maja e kavanozit në sipërfaqen e ujit dhe duke e krahasuar atë me distancën deri në fund të një kavanozi të zbrazët. Ju lutemi vini re përdorimin e sensorit me 3 kunja! Ato janë më të shtrenjta se sensorët me katër kunja HC-SR04. Fatkeqësisht, unë mbarova GPIO -të në NodeMCU dhe më duhej të ndërprisja çdo tela që mundja për ta bërë dizajnin të funksiononte në vetëm një NodeMCU pa qarqe shtesë.

LED me 3 ngjyra përdoret për të treguar vizualisht gjendjen e APIS:

1. Jeshile e ndezur mesatarisht - lidhet me rrjetin WiFi
2. Po ndez shpejt GREEN - pyet serverin NTP
3. E gjelbër e shkurtër e ngurtë - e lidhur me WiFi dhe marrë kohën aktuale nga NTP me sukses
4. Shkurtër i ngurtë WHITE - fillimi i rrjetit përfundoi
5. Pulsim i shpejtë WHITE - fillimi i modalitetit të pikës së hyrjes
6. Pulson shpejt BLUE - lotim
7. Zbardh mesatarisht BLUE - i ngopur
8. Shkurtimisht AMBER i ngurtë i ndjekur nga DAR i shkurtër solid - i paaftë për të marrë kohë nga NTP
9. Shkurtimisht WHITE solid gjatë qasjes në serverin e brendshëm të uebit

LED nuk funksionon në modalitetin "natë". Mënyra e drejtë mund të përcaktohet me besueshmëri nëse pajisja ishte në gjendje të merrte kohën lokale nga serverët NTP të paktën një herë (Ora lokale në kohë reale do të përdoret derisa të krijohet lidhja tjetër me NTP)

Shembulli i funksionit LED është i disponueshëm në YouTube këtu.

Hapi 15: Energjia diellore, Banka e energjisë dhe funksionimi autonom

Një nga idetë që qëndron pas IoT APIS v2 ishte aftësia për të vepruar në mënyrë autonome.

Dizajni aktual përdor një panel të energjisë diellore dhe një bankë të përkohshme prej 3600 mAh për ta arritur këtë.

1. Paneli diellor është në dispozicion në amazon.com
2. Power bank është gjithashtu në dispozicion në amazon.com

Paneli diellor ka ndërtuar edhe bateri 2600 mAh, por nuk ishte në gjendje të mbante funksionimin 24 orë APIS edhe në modalitetin e kursimit të energjisë (dyshoj se bateria nuk merret mirë me ngarkimin dhe shkarkimin e njëkohshëm). Një kombinim i dy baterive duket se siguron energji të mjaftueshme dhe lejon rimbushjen e të dy baterive gjatë ditës. Paneli diellor ngarkon power bank, ndërsa power bank fuqizon pajisjen APIS.

Ju lutemi vini re:

Ato përbërës janë opsionalë. Thjesht mund ta furnizoni pajisjen me çdo përshtatës USB i cili siguron rrymë 1A.

Hapi 16: Integrimi IoT - Blynk

Një nga qëllimet për modelin e ri ishte aftësia për të monitoruar lagështinë e tokës, nivelin e ujit dhe parametrat e tjerë nga distanca.

Zgjodha Blynk (www.blynk.io) si një platformë IoT për shkak të lehtësisë së përdorimit dhe dizajnit tërheqës vizual.

Meqenëse skica ime bazohet në bibliotekën bashkëpunuese me shumë detyra TaskScheduler, nuk doja të përdor bibliotekat e pajisjeve Blynk (ato nuk janë të aktivizuara për TaskScheduler). Në vend të kësaj, kam përdorur Blynk HTTP RESTful API (e disponueshme këtu).

Konfigurimi i Aplikacionit është aq intuitiv sa mund të jetë. Ju lutemi ndiqni pamjet e bashkangjitura të ekranit.

Hapi 17: Skica dhe skedarë

Skica IoT APIS v2 ndodhet në github këtu: Skicë

Disa biblioteka të përdorura nga skica janë të vendosura këtu:

1. TaskScheduler - bibliotekë bashkëpunuese me shumë detyra për Arduino dhe esp8266
2. AvgFilter - zbatimi i plotë i filtrit mesatar për zbutjen e të dhënave të sensorit
3. RTCLib - zbatimi i harduerit dhe softuerit Ora në kohë reale (modifikuar nga unë)
4. Koha - Ndryshime për bibliotekën Koha
5. Zona kohore - biblioteka që mbështet llogaritjet e zonës kohore

SHËNIM:

Fletët e të dhënave, dokumentacioni pin dhe skedarët 3D janë të vendosura në nën-dosjen "skedarë" të skicës kryesore.

Skedarët HTML për serverin e integruar në internet duhet të ngarkohen në memorjen flash NODE MCU duke përdorur shtojcën arduino-esp8266fs (e cila krijon një skedar të sistemit të skedarëve nga nën-dosja "të dhëna" e dosjes kryesore të skicës dhe e ngarkon atë në kujtesën flash)

Vrapues në Konkursin e Kopshtarisë së Brendshme 2016