IoT-Terrarium: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Minha namorada é obcecada por plantas caseiras e há pouco mencionou que queria construir um terrário. Com vontade de fazer o melhor trabalho, ela pesquisou no Google como fazer e as melhores práticas de como criar e cuidar de um deles. Acontece que há um milhão de postagens em blogs e nenhuma resposta direta, e tudo parece se resumir à aparência de como os terrários individuais estão crescendo. Como sou um homem da ciência e gosto de dados para saber se algo está realmente funcionando, eu queria colocar meu conhecimento de IoT e eletrônica em bom uso e criar um monitor IoT Terrarium.

O plano era construir um sistema baseado em sensor que pudesse monitorar a temperatura, umidade e umidade do solo a partir de uma página da web simples, mas elegante. Isso nos permitiria monitorar a saúde do terrário para que soubéssemos sempre que ele estava nas melhores condições. Como também adoro LEDs (quero dizer, quem não gosta), também queria adicionar um neopixel que tornasse o terrário no estado de espírito perfeito ou luz noturna também!

Depois de planejar a construção, eu sabia que queria compartilhar isso para que outras pessoas pudessem fazer as suas próprias. Portanto, para permitir que todos possam reproduzir este projeto, usei apenas materiais fáceis de obter, que podem ser adquiridos na maioria das lojas físicas ou facilmente em sites como Adafruit e Amazon. Portanto, se você estiver interessado em construir seu próprio Iot-Terrarium em uma tarde de domingo, continue lendo!

Suprimentos

Na maioria das vezes, você deve ser capaz de comprar itens semelhantes aos meus. Mas eu o encorajo a diversificar e ir maior e melhor, então alguns dos itens listados abaixo você pode querer adaptar a sua construção específica. Também vou listar alguns materiais e métodos alternativos ao longo deste inescrutável para aqueles que não têm acesso a tudo. Portanto, para começar, existem algumas ferramentas de que você precisará para acompanhar, estas são;

• Drill & Bits - Usado para perfurar a tampa do recipiente do terrário para montar seus sensores, luzes e controladores.
• Pistola de cola quente - Utilizada para colar os sensores na tampa do terrário. Você pode escolher usar um método de montagem diferente, como supercola ou porcas e parafusos.
• Ferro de Soldar (Opcional) - Decidi fazer um PCB dedicado para este projeto para que as conexões fossem as melhores possíveis. Você também pode usar uma placa de pão e fios de jumper e obter o mesmo resultado.
• Cerca de 4 horas - Este projeto do início ao fim na construção levou cerca de 4 horas para ser concluído. Isso vai depender de como você decidir construir sua versão

Abaixo está uma lista de materiais para os componentes eletrônicos para detectar e controlar o terrário. Você não precisa usar todos os sensores, nem precisa usar os mesmos sensores para o seu terrário, mas para o código fornecido, esses materiais funcionarão fora da caixa. Um pouco mais à frente, eu uso links associados da Amazon para isso, então, obrigado pelo suporte se você decidir comprar qualquer coisa desses links.

• Um ESP8266 - usado para controlar o neopixel, ler os dados dos sensores e mostrar a página da web. Você também pode optar por usar o Adafruit HUZZAH
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (ou de Adafruit) - Esses são pequenos neopixels incríveis em um formato excelente. Eles têm todos os outros componentes passivos necessários para facilitar o controle.
• Sensor de umidade de temperatura DHT11 (ou da Adafruit) - Um sensor básico de temperatura e umidade. Você também pode usar o DHT22 ou DHT21 para isso também.
• Sensor de Umidade do Solo (ou da Adafruit) - Existem dois sabores. Usei um tipo resistivo, mas recomendo o tipo capacitivo como o da Adafruit. Mais sobre isso mais tarde.
• Uma fonte de alimentação de 5 V (1 A) - você precisará de uma fonte de alimentação de 5 V para este projeto. Ela precisa ter pelo menos 1A de potência, então você também pode usar uma tomada de parede USB padrão.
• Um protótipo de PCB - usado para conectar tudo junto em uma mansão robusta. Também pode usar uma placa de ensaio e alguns fios de jumper.
• Alguns parafusos de montagem - usados para montar seu PCB na tampa de seu frasco. Você também pode usar cola quente.
• Cabeçalhos de PCB - para montar o NodeMCU no PCB.
• Fio - qualquer variedade de fio para conectar o PCB e os sensores juntos.

Para o seu terrário real, você tem opções ilimitadas. Eu recomendo fortemente ir ao centro de jardinagem mais próximo para todos os seus suprimentos, bem como conselhos. Lá você também pode pedir ajuda sobre a melhor combinação de materiais para construir um Terrário para as plantas que usa. Para mim, meu centro de jardinagem local tinha todos os materiais necessários em pequenas bolsas convenientes. Estes foram;

• Uma jarra de vidro - normalmente encontrada em sua loja doméstica. Ele pode ter qualquer formato ou tamanho que você desejar, mas deve ter uma tampa que permitirá que você perfure e fixe os componentes eletrônicos.
• Plantas - a parte mais importante. Escolha sabiamente e certifique-se de combinar todos os materiais na construção para se adequar à sua planta. Eu usei uma ajudinha daqui.
• Solos, areias, seixos, carvão e musgo - estes são os blocos básicos de construção de um terrário e geralmente são fáceis de encontrar em uma loja de ferragens com uma seção de jardinagem ou no viveiro local

Verifique também um grande número de construções de terrários aqui no Instructables!

Etapa 1: fazendo seu terrário

Para começar, precisamos construir um terrário antes de podermos conectá-lo à internet! Não existe uma forma certa ou errada de compilar um terrário, mas existem melhores práticas que tentarei delinear.

A primeira e mais importante é que você pretende imitar o ambiente em que as plantas escolhidas prosperam. Normalmente, um terrário usa mais plantas tropicais que adoram umidade, mas muitas pessoas ainda usam coisas como suculentas em um recipiente com tampa aberta. Eu escolhi uma planta mais tropical para esta construção para que eu pudesse ter uma tampa selada que usarei para montar a eletrônica.

A próxima prática recomendada é a ordem de como os ingredientes de um terrário são colocados juntos. Para obter os melhores resultados, você precisará aplicá-los em camadas corretamente para que a água possa drenar e filtrar através do sistema e circular de volta. Cuidado com o excesso de zelo com plantas e materiais. Verifique seu jarro, plantas e materiais antes de colocá-los juntos, caso contrário, tudo pode não caber.

Seguindo com as fotos para esta etapa, as instruções abaixo mostram como você pode colocar em camadas o seu terrário para obter o melhor resultado;

1. Coloque algumas pedrinhas no fundo da jarra. Isso é para drenagem e deixa um lugar para a água se acumular.
2. Em seguida, coloque uma camada de musgo, este é um filtro para impedir que o solo caia pelas rachaduras dos seixos e, eventualmente, arruíne o efeito que os seixos dão. Isso também pode ser alcançado com uma malha de arame
3. Em seguida, adicione o carvão por cima. Este carvão atua como um filtro de água
4. Em cima do carvão, agora você pode adicionar solo. Nesta fase, você deve verificar se o seu frasco está cheio, pois você pode esvaziar tudo e começar de novo aqui, mais fácil do que mais tarde
5. (Opcional) Você também pode adicionar outros materiais, como areia para um efeito de camadas. Eu adicionei uma camada muito fina de areia para um efeito estético, em seguida, espalhei o resto do meu solo.
6. Em seguida, faça um buraco no meio, retire os vasos das plantas e coloque-as delicadamente no centro.
7. Se você puder alcançar, dê batidinhas no solo ao redor de suas plantas para embuti-las firmemente no solo.
8. Termine adicionando algumas pedras decorativas por cima e um pouco mais de musgo, que ganhará vida com um pouco de umidade.

Foi super fácil encher um ou dois terrários em uma tarde de domingo! Mas não acredite na minha palavra como evangelho, certifique-se de dar uma olhada em como outros construíram as suas.

Etapa 2: Tornando-o Inteligente

É hora de fazer o seu terrário se destacar dos outros. É hora de torná-lo inteligente. Para fazer isso, precisamos saber o que queremos medir e por quê. Não sou especialista em jardinagem, então esta é uma novidade para mim, mas eu entendo muito bem de sensores e microcontroladores, então, aplicar meu conhecimento em um irá preencher a lacuna para o outro.

Depois de pesquisar no Google para descobrir quais métricas seriam as melhores, fui às compras para encontrar sensores adequados para trabalhar. Acabei escolhendo 3 coisas para medir. Eram temperatura, umidade e umidade do solo. Essas três métricas darão uma visão geral da saúde do nosso terrário e nos ajudarão a saber se ele está saudável ou precisa de cuidados.

Para medir a temperatura e umidade, escolhi o DHT11. Estes estão disponíveis em muitas fontes, como Adafruit e outras lojas de eletrônicos. Eles também são totalmente suportados no ambiente Arduino, juntamente com outros sensores da mesma família, como o DHT22 e o DHT21. O código no final deste Instructable suporta qualquer versão, portanto, você pode escolher qualquer versão para se adequar ao seu orçamento e disponibilidade.

Os sensores de umidade do solo vêm em dois sabores; resistivo e capacitivo. Para este projeto acabei com um sensor resistivo, pois era o que estava disponível para mim na época, mas um sensor capacitivo ofereceria o mesmo resultado.

Os sensores resistivos funcionam aplicando uma tensão a dois pinos no solo e medindo a queda de tensão. Se o solo estiver úmido haverá menor queda de tensão e, portanto, maior valor lido pelo ADC do microcontrolador. A beleza disso está na simplicidade e no custo, por isso acabei usando essa versão.

Os sensores capacitivos funcionam enviando um sinal para um dos dois pinos no solo como a versão resistiva, a diferença é que ele procura um atraso quando a tensão chega no próximo pino. Isso acontece muito rapidamente, mas toda a inteligência geralmente é resolvida a bordo do sensor. A saída, como as versões resistivas, geralmente também é analógica, permitindo que seja conectada ao pino analógico do microcontrolador.

Agora, a ideia por trás desses sensores não é dar um valor absoluto a tudo, pois suas técnicas de medição e propriedades físicas dependem de muitas variáveis do seu terrário. A forma de ver os dados desses sensores, principalmente a umidade do solo, é relativa, pois eles não estão realmente calibrados. Portanto, para ajudar a eliminar o jogo de adivinhação de quando regar ou cuidar do seu jardim, você precisará olhar um pouco como está o seu terrário e combinar isso mentalmente com os dados do seu sensor.

Etapa 3: Fazendo o PCB

Para este projeto, decidi fazer minha própria PCB a partir da placa protótipo. Eu escolhi isso para que tudo fosse conectado de forma mais robusta do que uma placa de pão ou por meio de cabos conectores. Dito isso, se você comprar o fator de forma correto de sensores e controladores, poderá construí-lo em uma placa de ensaio se não tiver acesso a um ferro de solda.

Agora, seu terrário provavelmente usará um frasco diferente do meu e, portanto, não usará o PCB exato que fiz, então não entrarei em detalhes sobre o método exato que usei para criá-lo. Em vez disso, a seguir, há uma série de etapas indicativas que você pode seguir para ter certeza de obter o mesmo resultado. No final, tudo que você precisa fazer para fazer o projeto funcionar é seguir o diagrama de circuito nas imagens.

1. Comece colocando o PCB em cima da tampa para ver como tudo vai caber. Em seguida, marque todas as linhas de corte e orifícios de montagem no PCB. nesta etapa, você também deve marcar onde deve ficar o orifício da tampa para os fios.
2. Em seguida, corte sua placa se você estiver usando uma placa de protótipo. Você pode fazer isso usando uma faca e uma lâmina reta, marcando ao longo dos buracos e quebrando.
3. Em seguida, usando uma furadeira, faça os orifícios de montagem para os parafusos passarem em sua tampa. O diâmetro do orifício deve ser maior do que os parafusos. Usei um orifício de 4 mm para parafusos M3. Você também pode usar cola quente para montar o PCB na tampa.
4. Nesse estágio, é uma boa idéia fazer também os orifícios de montagem em sua tampa, enquanto não há componentes na placa de circuito impresso. Portanto, coloque seu PCB em cima de sua tampa, marque os orifícios e faça-os usando um diâmetro menor do que seus parafusos de montagem. Isso permitirá que os parafusos mordam a tampa.
5. Faça o orifício para que os fios percorram todo o caminho. Fiz um orifício de 5 mm para o meu que era do tamanho certo. Nesta fase, também é uma boa ideia marcar e furar o mesmo orifício na tampa.
6. Agora você pode dispor os componentes em seu PCB e começar a soldar. Comece com os cabeçalhos do ESP8266.
7. Com os conectores ESP8266 no lugar, você agora sabe onde os pinos se alinham, então agora você pode cortar alguns fios para conectar seus sensores. Ao fazer isso, certifique-se de que eles são mais longos do que o necessário, pois você pode cortá-los mais tarde. Esses fios devem ser para todas as suas linhas de alimentação + e -, bem como as linhas de dados. Eu também codifiquei por cores para saber qual era o quê.
8. Em seguida, solde todos os fios necessários para a placa de acordo com o diagrama do circuito e empurre-os através do orifício da placa de circuito impresso, prontos para montagem na tampa e conexão aos sensores.
9. Por último, você precisará fazer uma conexão para sua fonte de alimentação. Eu adicionei um pequeno conector (não nas fotos) para isso. Mas você também pode soldá-lo diretamente.

Isso é para a montagem do PCB! São sugestões principalmente mecânicas, pois caberá a você definir o layout do seu PCB para se adequar à sua tampa. Neste estágio, não monte o PCB na tampa, pois precisaremos montar o sensor na parte inferior na próxima etapa.

Etapa 4: fazendo a tampa

É hora de montar os sensores e as luzes na tampa! Se você seguiu a última etapa, deverá ter uma tampa com todos os orifícios de montagem do PCB e um orifício grande para o fio do sensor passar. Se você fizer isso, agora pode fazer o layout das luzes e sensores da maneira que gostaria. Assim como na última etapa, o método que você usa provavelmente será um pouco diferente, mas aqui está uma lista de etapas para ajudá-lo a fazer o layout de sua tampa

Cuidado: As linhas de dados dos neopixels têm uma direção. Preste atenção à entrada e saída de cada luz, olhando para as setas no PCB. Certifique-se de que os dados sempre vão da saída para a entrada.

1. Comece colocando as luzes e o sensor de temperatura na tampa para ver onde você gostaria de colocá-los. Eu sugiro manter o sensor de temperatura longe das luzes, pois elas emitem um pouco de calor. Mas, fora isso, o layout é inteiramente com você.
2. Com tudo pronto, você pode cortar alguns fios para conectar as luzes. Eu fiz isso cortando uma peça de teste e usando-a como guia para cortar o resto.
3. Em seguida, usei um pouco de blue-tak para segurar as luzes e soldei os fios usando as almofadas nas laterais das placas de flora. Preste atenção às direções dos dados das luzes.
4. Em seguida, removi o blue-tak das luzes e usei cola quente para prendê-las na tampa junto com o sensor de temperatura no local com o qual eu estava feliz.
5. Agora pegue seu PCB e monte-o na tampa onde você fez e perfurou os orifícios anteriormente. Empurre os fios através do orifício grande, prontos para serem conectados aos sensores.
6. Em seguida, solde cada um dos fios aos sensores corretos, seguindo o diagrama de circuito fornecido na etapa anterior.
7. Como o sensor de solo não está montado na tampa, você precisará se certificar de que os fios são deixados tempo suficiente para que sejam plantados no solo. Depois de cortado, solde em seu sensor de solo.

Parabéns, agora você deve ter uma tampa totalmente montada com base em sensor, completa com sensores de temperatura, umidade e umidade do solo. Em etapas posteriores, você verá que adicionei um chapéu impresso em 3D de resina de madeira para cobrir o ESP8266 também. Não descrevi como fazer isso porque a forma e o tamanho finais do seu terrário provavelmente serão diferentes e nem todos têm acesso a uma impressora 3D. Mas eu quero apontar isso serve como uma ideia de como você pode querer terminar seu projeto!

Etapa 5: codificando o ESP8266 com o Arduino

Com sua tampa equipada com sensor pronta para usar, é hora de colocar a sua inteligência nela. Para fazer isso, você precisará do ambiente Arduino com as placas ESP8266 instaladas. Isso é bom e fácil de começar, graças à grande comunidade por trás dele.

Para esta etapa, sugiro não ter o ESP8266 conectado ao PCB para que você possa depurar quaisquer problemas ao fazer o upload e executá-lo primeiro. Assim que o ESP8266 estiver funcionando e conectado ao WiFi pela primeira vez, sugiro que você o conecte ao PCB.

Configure o ambiente Arduino:

Primeiro, você precisará do ambiente Arduino, que pode ser baixado aqui para a maioria dos sistemas operacionais. Siga as instruções de instalação e aguarde o término. Depois de pronto, abra-o e podemos adicionar as placas ESP8266 seguindo as grandes etapas no repositório oficial do GitHub aqui.

Depois de adicionado, você precisará selecionar o tipo de placa e o tamanho do flash para que este projeto funcione. No menu "ferramentas" -> "placa" você precisará selecionar o módulo "NodeMCU 1.0", e nas opções de tamanho do Flash você precisará selecionar "4M (1M SPIFFS)".

Adicionando as bibliotecas

É aqui que a maioria das pessoas se descola ao tentar replicar o projeto de alguém. As bibliotecas são meticulosas e a maioria dos projetos depende de uma versão específica a ser instalada para funcionar. Embora o ambiente Arduino trate parcialmente desse problema, geralmente é a fonte de problemas de tempo de compilação encontrados por novos iniciantes. Este problema é resolvido por outras linguagens e ambientes usando algo chamado "empacotamento", mas o ambiente Arduino não suporta isso … tecnicamente.

Para pessoas com uma nova instalação do ambiente Arduino, você pode pular isso, mas para outras pessoas que desejam saber como ter certeza de que qualquer projeto que façam com o ambiente Arduino funcionará (desde que saia da caixa para começar) você consegue fazer isso. A solução alternativa depende de você criar uma nova pasta em qualquer lugar que desejar e direcionar a localização do seu "Sketchbook" no menu "arquivo" -> "preferências". Bem no topo, onde diz a localização do bloco de desenho, clique em navegar e navegue até sua nova pasta.

Depois de fazer isso, você não terá nenhuma biblioteca instalada aqui, o que permite adicionar qualquer uma que desejar, sem as que instalou anteriormente. Isso significa que para um projeto específico como este, você pode adicionar as bibliotecas que vêm com meu repositório GitHub e não ter conflito com outras que você possa ter instalado. Perfeito! Se você gostaria de voltar para suas bibliotecas antigas, tudo o que você precisa fazer é mudar a localização do seu caderno de desenho de volta para o original, é muito fácil.

Agora, para adicionar as bibliotecas para este projeto, você precisará baixar o arquivo zip do repositório GitHub e instalar todas as bibliotecas na pasta "bibliotecas" incluída. Todos eles são armazenados como arquivos.zip e podem ser instalados usando as etapas sugeridas na página oficial do Arduino para isso.

Altere as variáveis necessárias

Depois de baixar e instalar tudo, é hora de começar a compilar e enviar o código para a placa. Então, com esse repositório baixado, também deve haver uma pasta chamada "IoT-Terrarium" com um monte de arquivos.ino nela. Abra o arquivo principal chamado "IoT-Terrarium.ino" e role para baixo até a parte Variáveis Principais do esboço perto do topo.

Aqui você precisa alterar algumas variáveis-chave para corresponder ao que você construiu. As primeiras coisas que você precisa adicionar são suas credenciais de WiFi ao esboço para que o ESP8266 faça o login em seu WiFi para que você possa acessá-lo. Estas são sensíveis a maiúsculas e minúsculas, por isso tome cuidado.

String SSID = "";

String Password = "";

O próximo é o fuso horário em que você está. Pode ser um número positivo ou negativo. Por exemplo, Sydney é +10;

#define UTC_OFFSET +10

Depois disso, é o período de amostragem e a quantidade de dados que o dispositivo deve armazenar. O número de amostras coletadas deve ser pequeno o suficiente para o microcontrolador manipular. Eu descobri que qualquer coisa abaixo de 1024 está ok, qualquer coisa maior é instável. O período de coleta é o tempo entre as amostras em milissegundos.

A multiplicação desses dados dá a você por quanto tempo os dados voltarão, os padrões de 288 e 150000 (2,5 minutos), respectivamente, dão um período de 12 horas, altere-os para se adequar a quanto tempo você gostaria de ver.

# define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

Nas etapas anteriores conectei os LEDs ao pino D1 (pino 5) do ESP8266. Se você alterou isso ou adicionou mais ou menos LEDs, você pode alterar isso nas duas linhas;

#define NUM_LEDS 3 // O número de LEDs que você conectou

#define DATA_PIN 5 // O pino em que a linha de dados do LED está ligada

A última coisa que você precisa alterar são as configurações do DHT11. Simplesmente mude o pino ao qual está conectado e o tipo se você não tiver usado o DHT11;

#define DHT_PIN 4 // O pino de dados ao qual você conectou seu sensor DHT

#define DHTTYPE DHT11 // Descomente ao usar o DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Descomente ao usar o DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Descomente ao usar o DHT21

Compilar e fazer upload

Depois de alterar tudo que você precisa, você pode prosseguir e compilar o esboço. Se tudo estiver certo, ele deve compilar e não apresentar erros na parte inferior da tela. Se você tiver algum problema, pode comentar abaixo e eu poderei ajudar. Vá em frente e conecte o ESP8266 com um cabo USB ao seu computador e clique em upload. Uma vez feito isso, ele deve ser inicializado e conectado ao WiFi. Também há algumas mensagens no monitor serial para informar o que ele está fazendo. Os usuários do Android devem anotar o endereço IP que ele indica, pois você precisará conhecê-lo.

É isso! Você carregou o código com sucesso. Agora vamos colocar a tampa no terrário e ver o que os sensores têm a dizer.

Etapa 6: o produto final

Uma vez que todos juntos, cole o sensor de solo no solo para que os dois pinos sejam cobertos. Em seguida, basta fechar a tampa, conectar a fonte de alimentação e ligar! Agora você pode navegar para a página da web do EPS8266 se estiver na mesma rede WiFi que ele. Isso pode ser feito acessando seu endereço IP ou usando mDNS em; https://IoT-Terrarium.local/ (Atualmente compatível com Android, suspiro)

O site existe para mostrar todos os dados que você está coletando e para verificar o estado de saúde de suas plantas. Agora você pode ver todas as estatísticas de todos os seus sensores e, o mais importante, ligar os LEDs para obter uma pequena luz noturna exclusiva, incrível!

Você também pode salvar a página na tela inicial do iOS ou Android para que funcione como um aplicativo. Apenas certifique-se de estar na mesma rede WiFi que o ESP8266 ao clicar nele.

É isso para este projeto, se você tiver algum comentário ou dúvida deixe-os nos comentários. Obrigado por ler e feliz por fazer!