Raspberry Pi Powered IOT Garden: 18 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Um dos objetivos principais deste projeto era ser capaz de manter o bem-estar de um jardim usando o poder da Internet das Coisas (IoT). Com a versatilidade das ferramentas e softwares atuais, nossa plantadora é integrada a sensores que monitoram o estado em tempo real das plantas. Construímos um aplicativo para smartphone que permite acessar os dados e realizar as ações necessárias, se necessário.

O design do nosso plantador é escalonável, de baixo custo e fácil de construir, tornando-o a opção perfeita para adicionar vegetação ao terraço ou quintal. O jardim inteligente tem se mostrado mais eficiente no consumo de água e facilita a manutenção e o monitoramento.

Continue para aprender como fazer seu próprio banco de dados e aplicativo, criando um jardim que pode ser monitorado com um clique de um botão!

Etapa 1: Visão geral do sistema IOT

O sistema Iot funciona por meio dos seguintes processos. Um Raspberry Pi é usado para transmitir informações úteis do jardim, como luminosidade, umidade e o teor de umidade no solo de vários sensores em um banco de dados em nuvem. Uma vez que as informações estão na nuvem, podem ser acessadas de qualquer lugar usando um aplicativo de smartphone que construímos. Este processo também é reversível, o usuário pode enviar instruções, como o estado da bomba d'água, de volta para o jardim que executará os comandos necessários.

A seguir estão algumas das principais características do nosso jardim:

Feedback em tempo real dos vários sensores do jardim

Banco de dados do estado de saúde do jardim

Monitoramento global e capacidades operacionais

Sistema de irrigação por gotejamento

Sistema de água controlado por aplicativo

Cronogramas de rega automáticos

Decidimos usar o Firebase do Google como intermediário de nosso sistema IOT, para criar nosso próprio banco de dados em nuvem gratuito. Em seguida, usamos o App Inventor do MIT para criar um aplicativo para smartphone compatível com o banco de dados Firebase e o Raspberry Pi. Ele também pode se comunicar com o banco de dados com a ajuda de uma biblioteca Python gratuita.

Etapa 2: Materiais necessários:

Os materiais necessários para fazer o plantador de iot podem ser facilmente encontrados em lojas locais ou online. A lista a seguir é uma descrição de todas as peças necessárias.

HARDWARE:

Tábua de madeira de pinho de 1 "- dimensões; 300cm x 10cm (como a madeira será ao ar livre, recomendamos madeira tratada)

1/4 "Contraplacado - dimensões; 120 cm por 80 cm

Folha de lona - dimensões; 180cm x 275cm

Tubo de PVC - dimensões; comprimento 30cm, diâmetro 2cm

Tubo cirúrgico - dimensões; 250cm

Articulação do cotovelo x 2

Parafuso de madeira x 30

ELETRÔNICOS:

Rasberry Pi3 Modelo B

Escudo do sensor Grove Pi +

Válvula Solenóide 12V

Sensor de umidade e temperatura (dht11)

Sensor de Umidade

Sensor de luminosidade

Módulo de Relé

Fonte de alimentação 12V

O custo total deste projeto é de cerca de 50 USD

Etapa 3: peças impressas em 3D

Vários componentes que precisaram ser customizados para este projeto foram feitos com a ajuda da impressão 3D. A lista a seguir contém a lista completa de peças e suas especificações de impressão. Todos os arquivos STL são fornecidos em uma pasta anexada acima, permitindo fazer as modificações necessárias, se necessário.

Junta de tubo x 1, enchimento de 30%

Adaptador de bico x 3, enchimento de 30%

Plugue do tubo x 3, preenchimento de 10%

Gancho x 2, enchimento de 30%

Montagem do sensor x 1, preenchimento de 20%

Adaptador de válvula x 1, enchimento de 20%

Tampa da fiação x 1, enchimento de 20%

Usamos nosso Creality Ender 3 para imprimir as peças, o que levou cerca de 8 horas para as 12 peças.

Etapa 4: os planos

Um não se restringe às dimensões que escolhemos para fazer nossa plantadeira, mas em anexo estão todos os detalhes necessários para fazer o projeto. Nos passos seguintes pode-se referir a fazer essas imagens para cortar a madeira.

Etapa 5: Construindo os Lados

Para segurar as plantas, decidimos fazer uma estrutura de plantador de madeira. As dimensões internas da nossa caixa são 70cm por 50cm com uma altura de 10cm. Usamos pranchas de madeira de pinho para construir as laterais.

Usando uma serra circular, cortamos as quatro peças no comprimento (dimensões anexadas acima). Fizemos orifícios piloto nos pontos marcados e rebaixamos os orifícios de forma que as cabeças dos parafusos fiquem niveladas. Uma vez feito isso, colocamos 8 parafusos para madeira enquanto nos certificamos de que os lados estavam quadrados que prendiam a moldura.

Etapa 6: encaixando o painel inferior

Para fazer o painel inferior cortamos um pedaço retangular de compensado de 5mm, que aparafusamos no lugar na moldura lateral. Certifique-se de que os orifícios sejam escareados de forma que os parafusos fiquem alinhados com a base. As dimensões necessárias podem ser encontradas anexadas acima.

Etapa 7: Orifícios para o tubo

Nosso plantador é feito para acomodar três fileiras de plantas. Portanto, para o sistema de irrigação por gotejamento, um lado precisa conter os tubos para a entrada de água.

Comece medindo os diâmetros dos conectores e desenhe-os equidistantemente no lado mais curto da estrutura. Como não tínhamos broca forstner, fizemos um furo de 10 mm e depois alargamos com um quebra-cabeças. Para suavizar as arestas, pode-se usar uma Dremel até que os conectores se encaixem.

Etapa 8: Conectando os canos de água

Para ligar as juntas basta cortar dois pedaços de tubo de PVC com 12 cm de comprimento. Seque a configuração para verificar se tudo se encaixa perfeitamente.

Em seguida, empurre a junta impressa em 3D no orifício central e os dois conectores de cotovelo de PVC nas extremidades opostas até que fiquem nivelados. Fixe o painel de volta ao quadro e tampe os conectores por dentro com os adaptadores impressos em 3D. Todas as conexões são ajustadas por fricção e devem ser estanques, caso contrário, pode-se selar as juntas com cola quente ou fita de Teflon

Etapa 9: Válvula Solenóide

Para controlar o fluxo de água no sistema de irrigação por gotejamento, usamos uma válvula solenóide. A válvula atua como uma comporta que se abre quando um sinal elétrico é enviado, tornando-a controlável automaticamente. Para incorporá-lo, conectamos uma extremidade à fonte de água e a outra à tubulação de entrada de água da plantadora usando um adaptador intermediário. É importante conectar a válvula na orientação correta geralmente marcada como "ENTRADA" para a entrada de água (uma torneira) e "SAÍDA" para a saída de água (a plantadeira).

Etapa 10: Fiação da Eletrônica

Abaixo está uma tabela com os vários módulos e sensores com suas respectivas portas no escudo grovepi +.

• Sensor de Temperatura e Umidade ==> porta D4
• Módulo de relé ==> porta D3
• Sensor de umidade ==> porta A1
• Sensor de luz ==> porta A0

Use o diagrama de fiação anexado acima como referência.

Etapa 11: Compartimento do sensor

Construímos uma caixa de compartimento que continha todos os componentes eletrônicos com as sobras de madeira compensada. Cortamos a madeira de acordo com o layout da eletrônica e colamos as peças. Assim que a cola secou, montamos a fonte de alimentação e o Raspberry Pi na caixa do compartimento, passando os fios dos sensores por uma fenda. Para cobrir as ranhuras, inserimos capas impressas para vedar quaisquer lacunas.

O suporte do sensor tem orifícios para prender pinos nos quais você pode montar os sensores. Fixe o sensor de luminosidade e umidade na parte superior e o sensor de umidade na ranhura ajustável. Para tornar a caixa do compartimento facilmente removível, aparafusamos ganchos impressos em 3D e a montagem do sensor que permitia que a caixa se encaixasse na estrutura principal. Dessa forma, a unidade de sistema eletrônico e iot pode ser facilmente integrada a qualquer plantadora.

Etapa 12: Criação do banco de dados

A primeira etapa é criar um banco de dados para o sistema. Clique no link a seguir (Google firebase), que o levará ao site do Firebase (você terá que fazer login com sua conta do Google). Clique no botão "Começar", que o levará ao console do firebase. Em seguida, crie um novo projeto clicando no botão "Adicionar Projeto", preencha os requisitos (nome, detalhes, etc) e conclua clicando no botão "Criar Projeto".

Precisamos apenas das ferramentas de banco de dados do Firebase, então selecione "banco de dados" no menu à esquerda. Em seguida clique no botão "Criar Banco de Dados", selecione a opção "modo de teste" e clique em "ativar". Em seguida, defina o banco de dados para um "banco de dados em tempo real" em vez de "nuvem firestore" clicando no menu suspenso no topo. Selecione a aba "regras" e troque as duas "falsas" para "verdadeiras", por fim clique na aba "dados" e copie a URL do banco de dados, que será solicitado posteriormente.

A última coisa que você precisa fazer é clicar no ícone de engrenagem ao lado da visão geral do projeto, depois em "configurações do projeto", selecionar a guia "contas de serviço" e, por fim, clicar em "Segredos do banco de dados" e anotar o código de segurança do seu banco de dados. Com esta etapa concluída, você criou com sucesso seu banco de dados em nuvem que pode ser acessado de seu smartphone e do Raspberry Pi. (Use as fotos anexas acima em caso de certas dúvidas, ou apenas deixe uma pergunta ou comentário na seção de comentários)

Etapa 13: Configurando o aplicativo

A próxima parte do sistema IoT é o aplicativo do smartphone. Decidimos usar o MIT App Inventor para fazer nosso próprio aplicativo personalizado. Para usar o aplicativo que criamos, primeiro abra o seguinte link (MIT App Inventor), que o levará à sua página web. Em seguida, clique em "criar aplicativos" no topo da tela e faça login com sua conta do Google.

Baixe o arquivo.aia que está vinculado abaixo. Abra a aba "projetos" e clique em "Importar projeto (.aia) do meu computador" em seguida selecione o arquivo que você acabou de baixar e clique em "ok". Na janela de componentes, role tudo para baixo até ver "FirebaseDB1", clique nele e modifique "FirebaseToken", "FirebaseURL" para os valores que você anotou na etapa anterior.

Depois que essas etapas forem concluídas, você está pronto para baixar e instalar o aplicativo. Você pode baixar o aplicativo diretamente para o seu telefone clicando na guia "Construir" e clicando em "Aplicativo (fornecer código QR para.apk)" e digitalizando o código QR com seu smartphone ou clicando em "Aplicativo (salvar.apk no meu computador) ", você fará o download do arquivo apk em seu computador, que deverá ser transferido para o smartphone para depois instalar.

Etapa 14: Programando o Raspberry Pi

O Raspberry Pi precisa ser atualizado com a versão mais recente do Raspbian (Raspbian). Caso você planeje usar o escudo GrovePi + como fizemos, atualize seu Raspberry Pi com a versão mais recente de "Raspbian para robôs" (Raspbian para robôs). Depois de atualizar seu Raspberry Pi, você precisará instalar uma biblioteca python adicional. Abra o terminal e cole os seguintes comandos:

1. solicitações de instalação do sudo pip == 1.1.0
2. sudo pip install python-firebase

Feito isso, baixe o arquivo anexado abaixo e salve-o em um diretório em seu Raspberry Pi. Abra o arquivo e role para baixo até a linha 32. Nessa linha, substitua a parte que diz "cole sua URL aqui" pela URL do seu banco de dados que você anotou anteriormente, certifique-se de colar a URL entre os. Com isso, você está pronto, abra o terminal e execute o script python usando o comando "python".

Etapa 15: usando o aplicativo

A interface do nosso aplicativo é bastante autoexplicativa. As quatro caixas superiores exibem valores em tempo real de luminosidade, temperatura, umidade e o teor de umidade do solo em porcentagens. Esses valores podem ser atualizados clicando no botão "obter valores" que instrui o Raspberry Pi a atualizar o banco de dados em nuvem seguido pelo botão "atualizar" que atualiza a tela assim que o banco de dados for atualizado.

A seção inferior da tela é para o sistema de irrigação por gotejamento. O botão "ligar" liga a bomba d'água enquanto o botão "desligar" a desliga. O botão "auto" utiliza os vários valores do sensor para calcular a quantidade exata de água necessária diariamente e rega as plantas duas vezes por dia às 8h00 e às 16h00.

Etapa 16: forro de lona

Como a umidade do solo pode apodrecer a madeira com o tempo, cortamos uma folha de lona no tamanho certo e a alinhamos na superfície interna da plantadeira. Certifique-se de puxá-lo pelas laterais e, finalmente, segurá-lo no lugar com um pouco de cola. Uma vez feito isso, enchemos o solo que obtivemos de uma fazenda local. Espalhe o solo uniformemente até o topo e, em seguida, incorpore as três fileiras do tubo de irrigação por gotejamento.

No canto próximo aos canos de água, encaixe a caixa eletrônica e insira o sensor de umidade no solo. Isso torna o trabalho de fiação mais fácil, pois a válvula solenóide fica próxima aos componentes eletrônicos e pode ser facilmente conectada.

Etapa 17: Sistema de irrigação por gotejamento

Corte três pedaços do tubo cirúrgico estendendo-se ao longo do comprimento da plantadeira (cerca de 70cm). Isso funcionará como a principal linha de gotejamento das plantas. Portanto, planeje o espaçamento necessário entre as plantas e faça um furo de 1 mm e os intervalos. Teste se a água pinga facilmente e alargue os orifícios, se necessário. Use os três plugues para fechar as pontas certificando-se de que a água fique restrita para sair apenas pelos orifícios de gotejamento.

Incorpore ligeiramente os tubos no solo e você estará pronto para regar suas plantas!

Etapa 18: Resultados do plantio

As fotos acima são o resultado de um jardim iot trabalhando por um mês. As plantas são saudáveis e conseguimos cultivar ervas como a hortelã e o coentro.

Através da experimentação, notamos que o modo automático economiza cerca de 12% de água por dia. À medida que as plantas são regadas por meio de irrigação por gotejamento, suas raízes crescem retas, dando mais espaço para o cultivo de mais plantas na plantadeira. A única desvantagem que observamos foi que as plantas maiores precisam de mais profundidade no solo. Dito isso, devido à construção modular, pode-se facilmente adicionar uma base mais profunda aos seus requisitos.

Para concluir, este sistema não apenas torna seu jardim mais eficiente, mas também garante o bem-estar de suas plantas, pois o feedback de dados em tempo real fornece um método robusto para fornecer a quantidade certa de água e luz solar. Esperamos que o instrutivo tenha sido útil e o ajude a cultivar seu próprio jardim.

Feliz fabricação!

Primeiro prêmio no Desafio IoT