IoT-Terrarium: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

La mia ragazza è ossessionata dalle piante da appartamento e poco fa ha detto che voleva costruire un terrario. Desiderosa di fare il miglior lavoro, ha cercato su Google come e le migliori pratiche su come creare e prendersi cura di uno di questi. Si scopre che ci sono un milione di post sul blog e nessuna risposta diretta, e tutto sembra dipendere dall'aspetto e dalla sensazione di come stanno crescendo i singoli terrari. Dato che sono un uomo di scienza e mi piacciono i dati per sapere se qualcosa sta effettivamente funzionando, ho voluto mettere a frutto la mia conoscenza dell'IoT e dell'elettronica e creare un monitor IoT Terrarium.

Il piano era costruire un sistema basato su sensori in grado di monitorare la temperatura, l'umidità e l'umidità del suolo da una pagina web semplice ma elegante. Questo ci avrebbe permesso di monitorare la salute del terrario in modo da sapere sempre che era nelle migliori condizioni. Dato che adoro anche i LED (intendo chi non li ama), ho voluto aggiungere anche un neopixel che trasformasse il terrario in un'atmosfera perfetta o anche in una luce notturna!

Dopo aver pianificato la build, sapevo che volevo condividere questo in modo che altri potessero crearne uno proprio. Quindi, per consentire a tutti di poter riprodurre questo progetto, ho utilizzato solo materiali di facile reperibilità che possono essere acquistati nella maggior parte dei negozi fisici o facilmente tramite siti come Adafruit e Amazon. Quindi, se sei interessato a costruire il tuo Iot-Terrarium di domenica pomeriggio, continua a leggere!

Forniture

Per la maggior parte dovresti essere in grado di acquistare articoli simili a me. Ma ti incoraggio a diversificare e andare più grande e migliore, quindi alcuni degli elementi elencati di seguito potresti voler adattare alla tua build specifica. Elencherò anche alcuni materiali e metodi alternativi in questo imperscrutabile per coloro che non hanno accesso a tutto. Quindi, per iniziare ci sono alcuni strumenti di cui avrai bisogno per seguire, questi sono;

• Drill & Bits - Utilizzato per forare il coperchio del contenitore del terrario per montare sensori, luci e controller.
• Pistola per colla a caldo - Usata per incollare i sensori al coperchio del terrario. Puoi scegliere di utilizzare un metodo di montaggio diverso come supercolla o dadi e bulloni.
• Saldatore (opzionale) - Ho deciso di realizzare un PCB dedicato per questo progetto in modo che le connessioni fossero le migliori possibili. Puoi anche usare una breadboard e dei ponticelli e ottenere lo stesso risultato.
• Circa 4 ore - Questo progetto dall'inizio alla fine nella costruzione mi ha richiesto circa 4 ore per essere completato. Questo dipenderà da come decidi di creare la tua versione

Di seguito è riportato un elenco di materiali per l'elettronica per il rilevamento e il controllo del terrario. Non devi usare tutti i sensori, né devi usare gli stessi sensori per il tuo terrario, ma per il codice fornito questi materiali funzioneranno fuori dalla scatola. Un piccolo avvertimento, io uso i link associati di Amazon per questo, quindi grazie per il supporto se decidi di acquistare qualcosa da quei link.

• Un ESP8266 - Usato per controllare il neopixel, leggere i dati dai sensori e mostrarti la pagina web. Puoi anche scegliere di utilizzare Adafruit HUZZAH
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (o da Adafruit) - Questi sono fantastici piccoli neopixel in un ottimo fattore di forma. Hanno anche tutti gli altri componenti passivi necessari per un facile controllo.
• Sensore di umidità della temperatura DHT11 (o da Adafruit) - Un sensore di temperatura e umidità di base. Puoi anche usare DHT22 o DHT21 anche per questo.
• Sensore di umidità del suolo (o da Adafruit) - Questi sono disponibili in due gusti. Ho usato un tipo resistivo, ma consiglio il tipo capacitivo come quello di Adafruit. Più su questi più tardi.
• Un alimentatore da 5 V (1 A): per questo progetto avrai bisogno di un alimentatore da 5 V. Questo deve essere di almeno 1 A di potenza, quindi puoi anche usare una presa a muro USB standard.
• Un prototipo di PCB- Utilizzato per collegare tutto insieme in un maniero robusto. Può anche usare una breadboard e anche alcuni cavi di collegamento.
• Alcuni bulloni di montaggio: utilizzati per montare il PCB sul coperchio del barattolo. Potresti anche usare la colla a caldo.
• PCB Headers- Per montare il NodeMCU sul PCB.
• Cavo: qualsiasi tipo di cavo per collegare insieme PCB e sensori.

Per il tuo vero terrario, ci sono opzioni illimitate che hai. Consiglio vivamente di andare al garden center più vicino per tutte le vostre forniture e consigli. Lì puoi anche chiedere aiuto sulla migliore combinazione di materiali per costruire un terrario per le piante che usi. Per quanto mi riguarda, il mio vivaio locale aveva tutto il materiale necessario in comode borsette. Questi erano;

• Un barattolo di vetro - Di solito si trova nel tuo negozio di casa. Questo può essere di qualsiasi forma o dimensione desideri, ma dovrebbe avere un coperchio che ti permetterà di perforare e collegare l'elettronica.
• Piante - La parte più importante. Scegli saggiamente e assicurati di abbinare tutti i materiali nella build per adattarli al tuo impianto. Ho usato un piccolo aiuto da qui.
• Terreni, sabbie, ciottoli, carbone e muschio - Questi sono i mattoni di base di un terrario e di solito sono facili da trovare in un negozio di ferramenta con una sezione di giardinaggio o nel tuo vivaio locale

Dai un'occhiata anche a un gran numero di costruzioni di terrari proprio qui su Instructables!

Passaggio 1: creare il tuo terrario

Per iniziare, dobbiamo costruire effettivamente un terrario prima di poterlo collegare a Internet! Non esiste un modo giusto o sbagliato per compilare un terrario, ma ci sono comunque buone pratiche che cercherò di delineare.

Il primo e più importante è che stai mirando a imitare l'ambiente in cui le tue piante scelte prosperano. In genere un terrario utilizza più piante tropicali che amano l'umidità, ma molte persone usano ancora cose come le piante grasse in un contenitore con coperchio aperto. Ho scelto una pianta più tropicale per questa build in modo da poter avere un coperchio sigillato che userò per montare l'elettronica.

La prossima migliore pratica è l'ordine di come vengono messi insieme gli ingredienti di un terrario. Per ottenere i migliori risultati, dovrai stratificarli correttamente in modo che l'acqua possa drenare e filtrare attraverso il sistema e tornare indietro. Attenzione sta diventando zelante con piante e materiali. Esamina il barattolo, le piante e i materiali prima di metterli del tutto, altrimenti tutto potrebbe non adattarsi.

Seguendo le foto per questo passaggio, le istruzioni seguenti illustrano come stratificare il terrario per ottenere il miglior risultato;

1. Metti dei sassolini sul fondo del barattolo. Serve per il drenaggio e lascia uno spazio per la raccolta dell'acqua.
2. Successivamente posizionare uno strato di muschio, questo è un filtro per impedire al terreno di cadere attraverso le fessure dei ciottoli e alla fine rovinare l'effetto che danno i ciottoli. Questo può essere ottenuto anche con una rete metallica
3. Quindi aggiungi il carbone in cima. Questo carbone agisce come un filtro per l'acqua
4. Ora puoi aggiungere terra sopra il carbone. A questo punto vorrai controllare quanto è pieno il tuo barattolo in quanto puoi svuotarlo tutto e ricominciare da qui più facilmente che dopo
5. (Facoltativo) Puoi anche aggiungere altri materiali come la sabbia per un effetto di stratificazione. Ho aggiunto uno strato molto fine di sabbia per un effetto estetico, quindi ho stratificato il resto del mio terreno.
6. Quindi, fai un buco nel mezzo, quindi deponi le tue piante e posizionale delicatamente al centro.
7. Se riesci a raggiungere, tampona il terreno intorno alle tue piante per incorporarle saldamente nel terreno.
8. Termina aggiungendo alcuni sassolini decorativi sopra e un po' più di muschio che prenderà vita con un po' di umidità.

Ora è stato semplicissimo invasare uno o due terrari la domenica pomeriggio! Ma non credere alla mia parola per il vangelo, assicurati di dare un'occhiata a come gli altri hanno costruito il loro.

Passaggio 2: renderlo intelligente

È ora di far risaltare il tuo terrario dagli altri. È ora di renderlo intelligente. Per fare ciò, dobbiamo sapere cosa vogliamo misurare e perché. Non sono un esperto di giardinaggio, quindi questa è la prima volta per me, ma capisco molto bene i sensori e i microcontrollori, quindi l'applicazione delle mie conoscenze in uno si spera possa colmare il divario con l'altro.

Dopo aver cercato su Google per capire quali metriche sarebbero state le migliori, sono andato a fare shopping per trovare sensori adatti con cui lavorare. Alla fine ho scelto 3 cose da misurare. Queste erano la temperatura, l'umidità e l'umidità del suolo. Queste tre metriche forniranno una panoramica generica della salute del nostro terrario e ci aiuteranno a sapere se è sano o se necessita di cure.

Per misurare la temperatura e l'umidità, ho scelto il DHT11. Questi sono prontamente disponibili da molte fonti come Adafruit e altri negozi di elettronica. Sono inoltre pienamente supportati nell'ambiente Arduino insieme ad altri sensori della stessa famiglia come DHT22 e DHT21. Il codice alla fine di questo Instructable supporta qualsiasi versione, quindi puoi scegliere qualsiasi versione in base al tuo budget e alla tua disponibilità.

I sensori di umidità del suolo sono disponibili in due gusti; resistivo e capacitivo. Per questo progetto ho optato per un sensore resistivo perché era quello che avevo a disposizione all'epoca, ma un sensore capacitivo avrebbe offerto lo stesso risultato.

I sensori resistivi funzionano applicando una tensione a due pin nel terreno e misurando la caduta di tensione. Se il terreno è umido si avrà una minore caduta di tensione e quindi un valore maggiore letto dall'ADC del microcontrollore. La bellezza di questi è la semplicità e il costo, motivo per cui ho finito per utilizzare questa versione.

I sensori capacitivi funzionano inviando un segnale a uno dei due pin sul suolo come la versione resistiva, la differenza è che cerca un ritardo quando la tensione arriva al pin successivo. Questo accade molto rapidamente, ma di solito tutte le intelligenze vengono gestite a bordo del sensore. L'uscita come le versioni resistive è solitamente anche analogica permettendo di essere collegata al pin analogico del microcontrollore.

Ora, l'idea alla base di questi sensori non è quella di dare un valore assoluto a tutto poiché le loro tecniche di misurazione e proprietà fisiche dipendono da troppe variabili del tuo terrario. Il modo di guardare i dati di questi sensori, in particolare l'umidità del suolo, è relativo poiché non sono realmente calibrati. Quindi, per aiutarti a eliminare il gioco degli indovinelli su quando annaffiare o prenderti cura del tuo giardino, dovrai guardare un po' come sta andando il tuo terrario e abbinarlo mentalmente ai dati del tuo sensore.

Passaggio 3: realizzare il PCB

Per questo progetto, ho deciso di creare il mio PCB da una scheda prototipo. Ho scelto questo in modo che tutto fosse collegato insieme più robusto di una breadboard o tramite cavi di intestazione. Detto questo, se acquisti il giusto fattore di forma di sensori e controller, puoi tranquillamente costruirlo su una breadboard se non hai accesso a un saldatore.

Ora, il tuo terrario molto probabilmente utilizzerà un vaso diverso dal mio e quindi non utilizzerà il PCB esatto che ho realizzato, quindi non entrerò nei dettagli sul metodo esatto che ho usato per crearlo. Invece di seguito sono riportati una serie di passaggi indicativi che puoi adottare per assicurarti di ottenere lo stesso risultato. Alla fine tutto quello che devi fare per far funzionare il progetto è seguire lo schema elettrico nelle immagini.

1. Inizia posando il PCB sopra il coperchio per vedere come si adatterà tutto. Quindi segnare eventuali linee di taglio e fori di montaggio sul PCB. in questo passaggio dovresti anche segnare dove dovrebbe essere il foro nel coperchio per i fili.
2. Quindi taglia la tua scheda se stai usando una scheda prototipo. Puoi farlo usando un coltello e un regolo incidendo lungo i fori e spezzandolo.
3. Quindi, usando un trapano, forma i fori di montaggio per far passare le viti nel coperchio. Questo diametro del foro dovrebbe essere più grande delle viti. Ho usato un foro da 4 mm per le viti M3. Puoi anche usare la colla a caldo per montare il PCB sul coperchio.
4. In questa fase è una buona idea realizzare anche i fori di montaggio nel coperchio mentre non ci sono componenti sul PCB. Quindi posiziona il tuo PCB sopra il coperchio, segna i fori e praticali usando un diametro più piccolo dei bulloni di montaggio. Ciò consentirà ai bulloni di mordere il coperchio.
5. Praticare il foro per far passare i cavi fino in fondo. Ho fatto un foro di 5 mm per il mio che era della misura giusta. In questa fase è anche una buona idea segnare e praticare lo stesso foro nel coperchio.
6. Ora puoi disporre i componenti sul tuo PCB e iniziare a saldare. Inizia con le intestazioni per ESP8266.
7. Con le intestazioni ESP8266 in posizione ora sai dove si allineano i pin, quindi ora puoi tagliare alcuni fili per collegare i tuoi sensori. Quando lo fai, assicurati che siano più lunghi del necessario, poiché puoi tagliarli in seguito. Questi cavi dovrebbero essere per tutti i tuoi power + e -, così come le linee dati. Ho anche codificato questi colori in modo da sapere quale era cosa.
8. Quindi saldare tutti i fili necessari per la scheda secondo lo schema elettrico e spingerli attraverso il foro del PCB pronto per il montaggio sul coperchio e il collegamento ai sensori.
9. Infine, dovrai effettuare una connessione per l'alimentatore. Ho aggiunto un piccolo connettore (non nelle immagini) per questo. Ma potresti anche saldarlo direttamente.

Questo è per l'assemblaggio del PCB! Si tratta principalmente di suggerimenti meccanici in quanto spetterà a te disporre il PCB in base al tuo coperchio. In questa fase non montare il PCB sul coperchio poiché nel passaggio successivo sarà necessario montare il sensore sul lato inferiore.

Passaggio 4: realizzare il coperchio

È ora di montare i sensori e le luci sul coperchio! Se hai seguito l'ultimo passaggio, dovresti avere un coperchio con tutti i fori di montaggio del PCB e un grande foro per il passaggio del cavo del sensore. Se lo fai, ora puoi disporre le luci e i sensori nel modo in cui desideri. Proprio come l'ultimo passaggio, il metodo che utilizzerai probabilmente sarà leggermente diverso, ma ecco un elenco di passaggi per aiutarti a posizionare il coperchio

Attenzione: le linee dati dei neopixel hanno una direzione. Prestare attenzione all'ingresso e all'uscita di ogni luce cercando le frecce sul PCB. Assicurati che i dati vadano sempre dall'output all'input.

1. Inizia posizionando le luci e il sensore di temperatura sul coperchio per vedere dove vorresti inserirli. Suggerisco di tenere il sensore di temperatura lontano dalle luci in quanto emanano un po' di calore. Ma a parte questo, il layout dipende interamente da te.
2. Con tutto pronto, puoi tagliare del filo per collegare le luci insieme. L'ho fatto tagliando un pezzo di prova e usandolo come guida per tagliare il resto.
3. Successivamente ho usato del blue-tak per tenere premute le luci e ho saldato i fili usando i pad sui lati delle schede della flora. Prestare attenzione ai dati direzionali delle luci.
4. Ho quindi rimosso il blue-tak dalle luci e ho usato la colla a caldo per fissarle al coperchio insieme al sensore di temperatura nella posizione in cui ero soddisfatto.
5. Ora prendi il tuo PCB e montalo sul coperchio dove hai praticato e filettato i fori in precedenza. Spingere i fili attraverso il grande foro pronto per essere collegato ai sensori.
6. Quindi saldare ciascuno dei fili ai sensori corretti seguendo lo schema del circuito fornito nel passaggio precedente.
7. Poiché il sensore del suolo non è montato sul coperchio, dovrai assicurarti che i fili siano lasciati abbastanza a lungo da poter essere piantato nel terreno. Una volta tagliato, saldare il sensore del suolo.

Congratulazioni, ora dovresti avere un coperchio basato su sensori completamente assemblato completo di sensori di temperatura, umidità e umidità del suolo. Nei passaggi successivi vedrai che ho aggiunto un cappello stampato in 3D in resina di legno per coprire anche l'ESP8266. Non ho descritto come realizzarlo perché la forma e le dimensioni finali del tuo terrario saranno probabilmente diverse e non tutti hanno accesso a una stampante 3D. Ma voglio sottolinearlo, quindi serve come idea su come potresti voler finire il tuo progetto!

Passaggio 5: codifica dell'ESP8266 con Arduino

Con il tuo coperchio dotato di sensore pronto per l'uso, è tempo di metterci dentro l'intelligenza. Per fare ciò avrai bisogno dell'ambiente Arduino con le schede ESP8266 installate. Questo è bello e facile da avviare grazie alla grande comunità dietro di esso.

Per questo passaggio, suggerisco di non collegare ESP8266 al PCB in modo da poter eseguire il debug di eventuali problemi con il caricamento e l'esecuzione prima. Una volta che il tuo ESP8266 funziona e connesso al WiFi per la prima volta, ti suggerisco di collegarlo al PCB.

Configura l'ambiente Arduino:

Per prima cosa avrai bisogno dell'ambiente Arduino che può essere scaricato da qui per la maggior parte dei sistemi operativi. Segui le istruzioni di installazione e attendi che finisca. Al termine, aprilo e possiamo aggiungere le schede ESP8266 seguendo i grandi passaggi nel repository GitHub ufficiale qui.

Una volta aggiunto, dovrai selezionare il tipo di scheda e la dimensione del flash affinché questo progetto funzioni. Nel menu "strumenti"->"scheda" dovrai selezionare il modulo "NodeMCU 1.0" e nelle opzioni della dimensione della Flash dovrai selezionare "4M(1M SPIFFS)".

Aggiungere le librerie

È qui che la maggior parte delle persone si sblocca quando cerca di replicare il progetto di qualcuno. Le librerie sono pignoli e la maggior parte dei progetti si basa su una versione specifica da installare per funzionare. Sebbene l'ambiente Arduino risolva parzialmente questo problema, di solito è la fonte dei problemi di compilazione riscontrati dai nuovi principianti. Questo problema è risolto da altri linguaggi e ambienti che utilizzano qualcosa chiamato "packaging", ma l'ambiente Arduino non lo supporta … tecnicamente.

Per le persone con una nuovissima installazione dell'ambiente Arduino, puoi saltare questo, ma per gli altri che vogliono sapere come assicurarsi che qualsiasi progetto che fanno con l'ambiente Arduino funzionerà (a condizione che lo faccia fuori dalla scatola per iniziare con) Puoi farlo. La soluzione consiste nel creare una nuova cartella ovunque tu voglia e dirigere la posizione dello "Sketchbook" nel menu "file"->"preferenze". Proprio in alto dove dice la posizione dello sketchbook, fai clic su Sfoglia e vai alla tua nuova cartella.

Dopo aver fatto ciò, non avrai librerie installate qui, il che ti consente di aggiungere quelle che desideri senza quelle che avevi installato prima. Ciò significa che per un progetto specifico come questo, puoi aggiungere le librerie fornite con il mio repository GitHub e non avere scontri con altre che potresti aver installato. Perfetto! Se desideri tornare alle tue vecchie librerie, tutto ciò che devi fare è cambiare la posizione del tuo album da disegno in quella originale, è così facile.

Ora per aggiungere le librerie per questo progetto dovrai scaricare il file zip dal repository GitHub e installare tutte le librerie nella cartella "libraries" inclusa. Questi sono tutti memorizzati come file.zip e possono essere installati utilizzando i passaggi suggeriti nella pagina Web ufficiale di Arduino per questo.

Modificare le variabili richieste

Dopo aver scaricato e installato tutto, è il momento di iniziare a compilare e caricare il codice sulla scheda. Quindi, con quel repository scaricato, dovrebbe esserci anche una cartella chiamata "IoT-Terrarium" con una serie di file.ino al suo interno. Apri il file principale chiamato "IoT-Terrarium.ino" e scorri verso il basso fino alla parte delle variabili principali dello schizzo nella parte superiore.

Qui devi cambiare un paio di variabili chiave in modo che corrispondano a ciò che hai costruito. Le prime cose che devi aggiungere sono le tue credenziali WiFi allo schizzo in modo che ESP8266 acceda al tuo WiFi in modo che tu possa accedervi. Questi fanno distinzione tra maiuscole e minuscole, quindi fai attenzione.

SSID stringa = "";

Stringa Password = "";

Il prossimo è il fuso orario in cui ti trovi. Può essere un numero positivo o negativo. Ad esempio Sydney è +10;

#define UTC_OFFSET +10

Dopo questo è il periodo di campionamento e la quantità di dati che il dispositivo dovrebbe memorizzare. Il numero di campioni raccolti deve essere sufficientemente piccolo da poter essere gestito dal microcontrollore. Ho scoperto che qualsiasi cosa sotto 1024 va bene, qualsiasi cosa più grande è instabile. Il periodo di raccolta è il tempo tra i campioni in millisecondi.

Moltiplicandoli insieme si ottiene per quanto tempo i dati torneranno indietro, i valori predefiniti di 288 e 150000 (2,5 minuti) rispettivamente danno un periodo di tempo di 12 ore, modificarli in base a quanto indietro si desidera vedere.

#define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

Nei passaggi precedenti ho collegato i LED al pin D1 (pin 5) dell'ESP8266. Se hai cambiato questo o hai aggiunto più o meno LED puoi cambiarlo nelle due righe;

#define NUM_LEDS 3 // Il numero di LED che hai collegato

#define DATA_PIN 5 // Il pin su cui è accesa la linea dati del LED

L'ultima cosa che devi cambiare sono le tue impostazioni DHT11. Basta semplicemente cambiare il pin a cui è collegato e il tipo se non hai usato il DHT11;

#define DHT_PIN 4 // Il pin dati a cui hai collegato il sensore DHT

#define DHTTYPE DHT11 // Decommenta questo quando si utilizza il DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Decommenta questo quando si utilizza il DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Decommenta questo quando si utilizza il DHT21

Compila e carica

Dopo aver modificato tutto ciò di cui hai bisogno, puoi andare avanti e compilare lo schizzo. Se tutto va bene, dovrebbe compilare e non dare errori nella parte inferiore dello schermo. Se rimani bloccato puoi commentare qui sotto e dovrei essere in grado di aiutarti. Vai avanti e collega ESP8266 con un cavo USB al tuo computer e premi Carica. Una volta fatto dovrebbe avviarsi e connettersi al WiFi. Ci sono anche alcuni messaggi nel monitor seriale per dirti cosa sta facendo. Gli utenti Android dovrebbero prendere nota dell'indirizzo IP indicato in quanto sarà necessario conoscerlo.

Questo è tutto! Hai caricato con successo il codice. Ora per attaccare il coperchio al terrario e vedere cosa hanno da dire i sensori.

Passaggio 6: il prodotto finale

Una volta che tutto è stato messo insieme, attaccare il sensore del suolo nel terreno in modo che i due rebbi siano coperti. Quindi chiudi semplicemente il coperchio, collega l'alimentatore e accendi! Ora puoi navigare alla pagina web dell'EPS8266 se sei sulla stessa rete WiFi. Questo può essere fatto andando al suo indirizzo IP o usando mDNS a; https://IoT-Terrarium.local/ (Nota attualmente supportata da Android, sigh)

Il sito web è lì per mostrarti tutti i dati che stai raccogliendo e per controllare lo stato di salute delle tue piante. Ora puoi visualizzare tutte le statistiche di tutti i tuoi sensori e, soprattutto, accendere i LED per una piccola luce notturna unica, fantastico!

Puoi anche salvare la pagina nella schermata iniziale su iOS o Android in modo che agisca come un'app. Assicurati di essere sulla stessa rete WiFi del tuo ESP8266 quando fai clic su di esso.

Questo è tutto per questo progetto, se hai commenti o domande lasciali nei commenti. Grazie per la lettura e la realizzazione felice!