Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bu projenin temel hedeflerinden biri, Nesnelerin İnterneti'nin (IoT) gücünü kullanarak bir bahçenin refahını sürdürebilmekti. Mevcut araçların ve yazılımın çok yönlülüğü ile ekim makinemiz, bitkilerin gerçek zamanlı durumunu izleyen sensörlerle entegre edilmiştir. Verilere erişmemizi ve gerekirse gerekli işlemleri yapmamızı sağlayan bir akıllı telefon uygulaması geliştirdik.

Ekicimizin tasarımı ölçeklenebilir, düşük maliyetli ve inşa edilmesi kolaydır, bu da onu kişinin terasına veya arka bahçesine yeşillik eklemek için mükemmel bir seçenek haline getirir. Akıllı bahçenin su tüketiminde daha verimli olduğu kanıtlanmıştır ve bakım ve izlemeyi kolaylaştırır.

Tek bir tıklamayla izlenebilen bir bahçe oluşturarak kendi veritabanınızı ve uygulamanızı nasıl oluşturacağınızı öğrenmek için devam edin!

Adım 1: IOT Sistemine Genel Bakış

Io sistemi aşağıdaki süreçler aracılığıyla çalışır. Bir Raspberry Pi, çeşitli sensörlerden gelen parlaklık, nem ve topraktaki nem içeriği gibi bahçeyle ilgili faydalı bilgileri bir bulut veritabanına aktarmak için kullanılır. Bilgiler bulutta olduğunda, oluşturduğumuz bir akıllı telefon uygulaması kullanılarak her yerden erişilebilir. Bu işlem de tersine çevrilebilir, kullanıcı su pompasının durumu gibi talimatları gerekli komutları yerine getirecek olan bahçeye geri gönderebilir.

Bahçemizin temel özelliklerinden bazıları şunlardır:

Bahçenin çeşitli sensörlerinin gerçek zamanlı geri bildirimi

Bahçenin sağlık durumunun veritabanı

Küresel izleme ve işletim kapasiteleri

Damla sulama sistemi

Uygulama kontrollü su sistemi

Otomatik sulama programları

Kendi ücretsiz bulut veritabanımızı oluşturmak için IOT sistemimizin aracısı olarak Google'ın Firebase'ini kullanmaya karar verdik. Daha sonra Firebase veritabanı ve Raspberry Pi ile uyumlu bir akıllı telefon uygulaması oluşturmak için MIT'nin App Inventor'ını kullandık. Ayrıca ücretsiz bir Python kütüphanesi yardımıyla veritabanı ile iletişim kurabilir.

Adım 2: Gerekli Malzemeler:

Iot ekici yapmak için gereken malzemeler yerel veya çevrimiçi mağazalarda kolayca bulunabilir. Aşağıdaki liste, gerekli tüm parçaların bir açıklamasıdır.

DONANIM:

1" Çam Ahşap Tahta - boyutlar; 300cm x 10cm (ahşap dış mekan olacağı için işlenmiş ahşabı tavsiye ederiz)

1/4" Kontrplak - boyutlar; 120cm x 80cm

Branda Levha - boyutlar; 180cm x 275cm

PVC Boru - boyutlar; uzunluk 30cm, Çap 2cm

Cerrahi Tüp - boyutlar; 250cm

Dirsek Eklemi x 2

Ahşap Vida x 30

ELEKTRONİK:

Rasberry Pi3 Model B

Grove Pi + Sensör Kalkanı

12V Solenoid Valf

Nem ve Sıcaklık Sensörü (dht11)

Nem Sensörü

Parlaklık Sensörü

Röle Modülü

12V Güç Kaynağı

Bu projenin toplam maliyeti kabaca 50 USD'dir.

Adım 3: 3d Basılı Parçalar

Bu proje için özelleştirilmesi gereken çeşitli bileşenler 3d baskı yardımı ile yapılmıştır. Aşağıdaki liste, parçaların tam listesini ve bunların yazdırma özelliklerini içerir. Tüm STL dosyaları, gerektiğinde gerekli değişiklikleri yapmasına izin veren, yukarıda ekli bir klasörde sağlanır.

Boru Ek yeri x 1, %30 dolgu

Nozul Adaptörü x 3, %30 dolgu

Tüp Tapası x 3, %10 dolgu

Kanca x 2, %30 dolgu

Sensör Montajı x 1, 20% dolgu

Valf Adaptörü x 1, 20% dolgu

Kablolama Kapağı x 1, 20% dolgu

12 parça için yaklaşık 8 saat süren parçaları basmak için Creality Ender 3'ü kullandık.

4. Adım: Planlar

Biri ekici yapmak için seçtiğimiz boyutlarla sınırlı değil, projeyi yapmak için gereken tüm detaylar yukarıda ekli. Aşağıdaki adımlarda, ahşabı kesmek için bu resimlere başvurabilirsiniz.

Adım 5: Kenarları İnşa Etme

Bitkileri tutmak için ahşaptan bir ekici yapı yapmaya karar verdik. Kutumuzun iç ölçüleri 70cm x 50cm olup yüksekliği 10cm'dir. Kenarları oluşturmak için çam kalasları kullandık.

Daire testere kullanarak dört parçayı uzunlamasına kestik (yukarıda verilen boyutlar). İşaretli noktalara pilot delikler açtık ve delikleri vida başları aynı hizada olacak şekilde havşa açtık. İşimiz bittiğinde, çerçeveyi sabitleyen kenarların kare olduğundan emin olarak 8 ahşap vidayı sürdük.

Adım 6: Alt Panelin Takılması

Alt paneli yapmak için dikdörtgen şeklinde 5 mm kontrplaktan kestik ve ardından yan çerçeveye vidaladık. Vidaların tabanla aynı hizada olması için deliklerin havşalı olduğundan emin olun. Gerekli boyutlar yukarıda ekte bulunabilir.

Adım 7: Boru Delikleri

Ekicimiz üç sıra bitkiyi barındıracak şekilde yapılmıştır. Bu nedenle damla sulama sistemi için bir taraftan su girişi için boruların tutulması gerekir.

Konektörlerin çaplarını ölçerek başlayın ve bunları çerçevenin kısa tarafından eşit aralıklarla dışarı çekin. Öncü bir parçamız olmadığı için 10 mm'lik bir delik açtıktan sonra dekupaj testeresi ile genişlettik. Pürüzlü kenarları düzeltmek için konektörler oturana kadar Dremel kullanılabilir.

Adım 8: Su Borularının Bağlanması

Derzleri bağlamak için 12 cm uzunluğunda iki adet PVC boru kesmeniz yeterlidir. Her şeyin rahatça uyup uymadığını kontrol etmek için kurulumu kurutun.

Ardından, orta deliğe 3d baskılı eklemi ve karşılıklı uçlardaki iki PVC dirsek konektörünü aynı hizada olana kadar itin. Paneli çerçeveye geri takın ve konektörleri 3d baskılı adaptörlerle içeriden kapatın. Tüm bağlantılar sürtünmeye uygundur ve su geçirmez olmalıdır, aksi takdirde derzler sıcak tutkal veya Teflon bant ile kapatılabilir.

Adım 9: Solenoid Valf

Damla sulama sistemine su akışını kontrol etmek için bir solenoid valf kullandık. Valf, bir elektrik sinyali gönderildiğinde açılan ve otomatik olarak kontrol edilebilir hale getiren bir kapı görevi görür. Bunu birleştirmek için bir ara adaptör kullanarak bir ucunu su kaynağına, diğer ucunu da ekicinin su giriş borusuna bağladık. Vanayı, su girişi (bir musluk) için genellikle "GİRİŞ" ve su çıkışı (ekici) için "ÇIKIŞ" olarak etiketlenen doğru yönde bağlamak önemlidir.

Adım 10: Elektroniği Kablolama

Aşağıda, grovepi+ kalkanı üzerindeki ilgili bağlantı noktalarına sahip çeşitli modüller ve sensörler içeren bir tablo bulunmaktadır.

• Sıcaklık ve Nem Sensörü ==> port D4
• Röle Modülü ==> bağlantı noktası D3
• Nem Sensörü ==> bağlantı noktası A1
• Işık Sensörü ==> bağlantı noktası A0

Referans olarak yukarıda ekli kablo şemasını kullanın.

Adım 11: Sensör Bölmesi

Artık kontrplak ile tüm elektronikleri tutan bir bölme kutusu yaptık. Ahşabı elektronik düzenine göre kestik ve parçaları birbirine yapıştırdık. Yapıştırıcı kuruduktan sonra güç kaynağını ve Raspberry Pi'yi bölme kutusuna monte ettik ve sensörlerin kablolarını bir yuvadan besledik. Boşlukları kapatmak için yuvaları kapatmak için baskılı kapaklara bastırdık.

Sensör Montajı, sensörleri monte edebileceğiniz mandalları takmak için deliklere sahiptir. Parlaklık ve nem sensörünü üste ve nem sensörünü ayarlanabilir yuvaya takın. Bölme kutusunun kolayca çıkarılabilmesi için 3D baskılı kancaları ve kutunun ana yapıya takılmasını sağlayan sensör montaj parçasını vidaladık. Bu şekilde elektronik ve iot sistem ünitesi herhangi bir ekiciye kolayca entegre edilebilir.

Adım 12: Veritabanını Oluşturma

İlk adım, sistem için bir veritabanı oluşturmaktır. Sizi Firebase web sitesine götürecek olan aşağıdaki bağlantıya (Google firebase) tıklayın (Google hesabınızla giriş yapmanız gerekecektir). Sizi firebase konsoluna götürecek olan "Başlayın" düğmesine tıklayın. Daha sonra "Proje Ekle" butonuna tıklayarak yeni bir proje oluşturun, gereksinimleri (isim, detaylar vb.) doldurun ve "Proje Oluştur" butonuna tıklayarak tamamlayın.

Yalnızca Firebase'in veritabanı araçlarına ihtiyacımız var, bu nedenle sol taraftaki menüden "veritabanı"nı seçin. Ardından "Veritabanı Oluştur" düğmesine tıklayın, "test modu" seçeneğini seçin ve "etkinleştir"e tıklayın. Ardından, üstteki açılır menüyü tıklayarak veritabanını "bulut firestore" yerine "gerçek zamanlı veritabanı" olarak ayarlayın. "Kurallar" sekmesini seçin ve iki "yanlış"ı "doğru" olarak değiştirin, son olarak "veri" sekmesine tıklayın ve veritabanı URL'sini kopyalayın, bu daha sonra gerekli olacaktır.

Yapmanız gereken son şey, projeye genel bakışın yanındaki dişli simgesine tıklamak, ardından "proje ayarları"na, ardından "hizmet hesapları" sekmesini seçmek, son olarak "Veritabanı Sırları"na tıklayıp güvenlik kodunu not etmektir. veritabanınızın. Bu adım tamamlandığında, akıllı telefonunuzdan ve Raspberry Pi'den erişilebilen bulut veritabanınızı başarıyla oluşturdunuz. (Belirli şüpheleriniz olması durumunda yukarıdaki ekteki resimleri kullanın veya yorum bölümüne bir soru veya yorum bırakın)

Adım 13: Uygulamayı Ayarlama

IoT sisteminin bir sonraki kısmı akıllı telefon uygulamasıdır. Kendi özelleştirilmiş uygulamamızı yapmak için MIT App Inventor'ı kullanmaya karar verdik. Oluşturduğumuz uygulamayı kullanmak için önce aşağıdaki bağlantıyı (MIT App Inventor) açın, bu sizi onların web sayfasına yönlendirecektir. Ardından ekranın üst kısmına doğru "uygulama oluştur"a tıklayın ve Google hesabınızla giriş yapın.

Aşağıda bağlantısı verilen.aia dosyasını indirin. "Projeler" sekmesini açın ve "Bilgisayarımdan projeyi (.aia) içe aktar"a tıklayın, ardından az önce indirdiğiniz dosyayı seçin ve "tamam"a tıklayın. Bileşenler penceresinde, "FirebaseDB1" görene kadar aşağı kaydırın, üzerine tıklayın ve "FirebaseToken", "FirebaseURL"yi önceki adımda not ettiğiniz değerlere değiştirin.

Bu adımlar tamamlandıktan sonra uygulamayı indirip yüklemeye hazırsınız. "Oluştur" sekmesine tıklayıp "Uygulama (.apk için QR kodu sağlayın)" seçeneğine tıklayıp ardından akıllı telefonunuzla QR kodunu tarayarak veya "Uygulama (.apk'yi bilgisayarıma kaydet)'i tıklayarak uygulamayı doğrudan telefonunuza indirebilirsiniz.)" "Akıllı telefonunuza kaydırmanız ve ardından yüklemeniz gereken apk dosyasını bilgisayarınıza indireceksiniz.

Adım 14: Raspberry Pi'nin Programlanması

Raspberry Pi'nin Raspbian'ın (Raspbian) en son sürümüyle güncellenmesi gerekiyor. GrovePi+ kalkanını bizim yaptığımız gibi kullanmayı planlıyorsanız, Raspberry Pi'nizi bunun yerine "Raspbian for Robots"un en son sürümüyle (Raspbian for Robots) güncelleyin. Raspberry Pi'nizi flashladıktan sonra ek bir python kütüphanesi kurmanız gerekecek. Terminali açın ve aşağıdaki komutları yapıştırın:

1. sudo pip yükleme istekleri ==1.1.0
2. sudo pip kurulum python-firebase

Bu yapıldıktan sonra, aşağıda ekli dosyayı indirin ve Raspberry Pi'nizdeki bir dizine kaydedin. Dosyayı açın ve 32. satıra ilerleyin. Bu satırda "URL'nizi buraya yapıştırın" yazan kısmı daha önce not ettiğiniz veritabanınızın URL'si ile değiştirin, URL'yi ' ler arasına yapıştırdığınızdan emin olun. Bununla işiniz bitti, terminali açın ve "python" komutunu kullanarak python betiğini çalıştırın.

Adım 15: Uygulamayı Kullanma

Uygulamamızın arayüzü oldukça açıklayıcıdır. En üstteki dört kutu, parlaklık, sıcaklık, nem ve toprak nem içeriğinin gerçek zamanlı değerlerini yüzde olarak gösterir. Bu değerler, Raspberry Pi'ye bulut veritabanını güncelleme talimatı veren "değerleri al" düğmesini ve ardından veritabanı güncellendikten sonra ekranı yenileyen "yenile" düğmesini tıklayarak güncellenebilir.

Ekranın alt kısmı damla sulama sistemi içindir. "Açık" düğmesi su pompasını açarken "kapalı" düğmesi kapatır. "Otomatik" düğmesi, günlük olarak ihtiyaç duyulan tam suyu hesaplamak için çeşitli sensör değerlerini kullanır ve bitkileri günde iki kez sabah 8 ve akşam 4'te sular.

Adım 16: Tente Astarı

Toprağın nemi zamanla ahşabı çürütebileceğinden, boyutuna göre bir branda yaprağı kestik ve saksının iç yüzeyine astarladık. Kenarlardan çektiğinizden emin olun ve sonunda bir miktar yapıştırıcı ile yerinde tutun. İşimiz bittiğinde yerel bir çiftlikten aldığımız toprağı doldurduk. Toprağı tepeye kadar eşit bir şekilde yayın ve ardından damla sulama hortumunun üç sırasını gömün.

Su borularının yanındaki köşede elektronik kutuyu takın ve nem sensörünü toprağa gömün. Bunlar, solenoid valf elektroniğe yakın olduğundan ve kolayca bağlanabildiğinden kablolama işini kolaylaştırır.

Adım 17: Damla Sulama Sistemi

Saksı boyunca uzanan (yaklaşık 70 cm) cerrahi tüpün üç parçasını kesin, bu bitkiler için ana damlama hattı görevi görecektir. Bu nedenle, bitkiler arasında gerekli aralığı planlayın ve 1 mm'lik bir delik ve aralıklar açın. Suyun kolayca damlayıp damlamadığını test edin ve gerekirse delikleri genişletin. Uçları kapatmak için üç tapayı kullanın, suyun yalnızca damlama deliklerinden dışarı çıkması sınırlandırıldığından emin olun.

Tüpleri hafifçe toprağa gömün ve bitkilerinizi sulamaya hazırsınız!

Adım 18: Dikim Sonuçları

Yukarıdaki resimler, bir ay boyunca çalışan iot bahçesinin sonuçlarıdır. Bitkiler sağlıklı ve nane, kişniş gibi otlar yetiştirmeyi başardık.

Deneyler yoluyla, otomatik modun günde %12'ye yakın su tasarrufu sağladığını fark ettik. Bitkiler damla sulama ile sulandığından kökleri düz büyür ve ekicide daha fazla bitki yetiştirmek için daha fazla alan sağlar. Gözlemlediğimiz tek dezavantaj, daha büyük bitkilerin daha fazla toprak derinliğine ihtiyaç duymasıydı. Bu, modüler yapı nedeniyle gereksinimlerine kolayca daha derin bir temel ekleyebileceğini söyledi.

Sonuç olarak, bu sistem sadece bahçenizi daha verimli hale getirmekle kalmaz, aynı zamanda gerçek zamanlı veri geri bildirimi doğru miktarda su ve güneş ışığı vermek için sağlam bir yöntem sağladığından bitkilerinizin refahını da sağlar. Talimatın yararlı olduğunu ve kendi iot bahçenizi büyütmenize yardımcı olacağını umuyoruz.

Mutlu yapım!

IoT Challenge'da Birincilik Ödülü