IoT-Terrari: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

La meva xicota està obsessionada amb les plantes de la casa i, fa poc, va dir que volia construir un terrari. Desitjada de fer el millor treball, va buscar en Google com fer-ho i les millors pràctiques sobre com crear-ne un i tenir-ne cura. Resulta que hi ha un milió d’entrades al bloc i que no hi ha cap resposta directa, i tot sembla reduir-se a l’aspecte de com creixen els terraris individuals. Com que sóc un home de ciència i m’agraden les dades per saber si alguna cosa funciona realment, volia aprofitar els meus coneixements d’IoT i electrònica i crear un monitor IoT Terrarium.

El pla era construir un sistema basat en sensors que pogués controlar la temperatura, la humitat i la humitat del sòl des d’una pàgina web senzilla però elegant. Això ens permetria controlar la salut del terrari, de manera que sempre sabíem que es trobava en les millors condicions. Com que també m'encanten els LED (vull dir qui no), també volia afegir un neopixel que convertís el terrari en l'estat d'ànim o la llum nocturna perfecta.

Després de planificar la construcció, sabia que volia compartir això perquè altres poguessin fer-ho seu. Per tant, perquè tothom pugui reproduir aquest projecte, només he utilitzat materials fàcils d’obtenir que es poden comprar a la majoria de botigues de maó i morter o bé a través de llocs com Adafruit i Amazon. Per tant, si esteu interessats en construir el vostre propi Iot-Terrarium un diumenge a la tarda, seguiu llegint!

Subministraments

En la seva major part, hauríeu de poder comprar articles similars a mi. Però us animo a diversificar-vos i anar fent-vos més grans i millors, de manera que és possible que vulgueu adaptar-vos a alguns elements que es detallen a la vostra versió específica. També enumeraré alguns materials i mètodes alternatius al llarg d’aquest inescrutable per a aquells que no tenen accés a tot. Per tant, per començar hi ha algunes eines que necessiteu per seguir-les, aquestes són;

• Drill & Bits: s'utilitza per perforar per la tapa del contenidor del terrari per muntar els vostres sensors, llums i controladors.
• Pistola de cola calenta: s’utilitza per enganxar els sensors a la tapa del terrari. Podeu utilitzar un mètode de muntatge diferent, com ara superglue o femelles i cargols.
• Soldador (opcional): vaig decidir crear un PCB dedicat a aquest projecte perquè les connexions fossin el millor possible. També podeu utilitzar una taula de pa i cables de pont i obtenir el mateix resultat.
• Aproximadament 4 hores: aquest projecte de principi a fi a l'edifici em va costar aproximadament 4 hores aproximadament. Això dependrà de com decidiu crear la vostra versió

A continuació es mostra una llista de materials per a l'electrònica de detecció i control del terrari. No heu d’utilitzar tots els sensors ni tampoc heu d’utilitzar els mateixos sensors per al vostre terrari, però per al codi subministrat aquests materials funcionaran fora de la caixa. Una mica cap endavant, faig servir enllaços associats d'Amazon per això, així que gràcies per l'assistència si decidiu comprar alguna cosa d'aquests enllaços.

• Un ESP8266: s’utilitza per controlar el neopíxel, llegir les dades dels sensors i mostrar-vos la pàgina web. També podeu optar per utilitzar Adafruit HUZZAH
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (o d'Adafruit): són petits neopíxels impressionants amb un gran factor de forma. També tenen tots els altres components passius necessaris per facilitar el control.
• Sensor d’humitat de temperatura DHT11 (o d’Adafruit): un sensor bàsic de temperatura i humitat. També podeu utilitzar el DHT22 o DHT21 per a això.
• Sensor d'humitat del sòl (o d'Adafruit): vénen en dos sabors. He utilitzat un tipus resistiu, però recomano el tipus capacitiu com el d'Adafruit. Més informació sobre això més endavant.
• Una font d'alimentació de 5 V (1 A): necessitareu una font d'alimentació de 5 V per a aquest projecte. Cal tenir una potència mínima d’1A, de manera que també podeu utilitzar una presa de paret USB estàndard.
• Un prototip de PCB: s’utilitza per connectar-ho tot en un solar fort. També es pot utilitzar una taula de tall i alguns cables de pont.
• Alguns perns de muntatge: s’utilitzen per muntar el PCB a la tapa del pot. També podeu utilitzar cola calenta.
• Capçaleres de PCB: per muntar el NodeMCU al PCB.
• Filferro: qualsevol varietat de filferro per connectar el PCB i els sensors.

Per al vostre terrari real, hi ha opcions il·limitades que teniu. Us recomano anar al centre de jardineria més proper per obtenir tots els vostres subministraments i assessorament. Allà també podeu demanar ajuda per obtenir la millor combinació de materials per construir un terrari per a les plantes que utilitzeu. Per a mi, el meu centre de jardineria local tenia tots els materials necessaris en petites bosses convenients. Aquests eren;

• Un pot de vidre: normalment es troba a la botiga de casa vostra. Pot ser de qualsevol forma o mida que vulgueu, però hauria de tenir una tapa que us permeti perforar i connectar electrònica.
• Les plantes: la part més important. Trieu amb prudència i assegureu-vos que coincideixi amb tots els materials de la construcció per adaptar-los a la vostra planta. He utilitzat una mica d’ajuda d’aquí.
• Sòls, sorres, còdols, carbó vegetal i molsa: són els blocs bàsics d’un terrari i solen trobar-se fàcilment a una ferreteria amb secció de jardineria o al viver local

Consulteu també un gran nombre de construccions de terraris aquí mateix a Instructables.

Pas 1: elaboració del terrari

Per començar, hem de construir un terrari abans de poder connectar-lo a Internet. No hi ha cap manera correcta o incorrecta de compilar un terrari, però hi ha bones pràctiques que intentaré esbossar.

El primer i més important és que voleu imitar el medi ambient en què prosperen les plantes escollides. Normalment un terrari utilitza plantes més amants de la humitat tropical, però molta gent encara utilitza coses com plantes suculentes en un recipient obert. Vaig triar una planta més tropical per a aquesta construcció de manera que pogués tenir una tapa segellada que utilitzaré per muntar l'electrònica.

La següent millor pràctica és l’ordre de com es combinen els ingredients d’un terrari. Per obtenir els millors resultats, haureu de capar-los correctament perquè l’aigua pugui drenar-se i filtrar-se pel sistema i tornar a circular. Vigileu amb la superació del zel amb les plantes i els materials. Escapeu el pot, les plantes i els materials abans de posar-los del tot, en cas contrari potser no hi cabrà tot.

A continuació, amb les fotos d’aquest pas, les instruccions següents mostren com podeu posar capes al terrari per obtenir el millor resultat;

1. Col·loqueu uns còdols al fons del pot. Això és per al drenatge i deixa un lloc on l’aigua es pugui recollir.
2. A continuació, col·loqueu una capa de molsa, que és un filtre per evitar que la terra caigui per les esquerdes dels còdols i, finalment, arruïni l’efecte que donen. Això també es pot aconseguir amb una malla de filferro
3. A continuació, afegiu el carbó vegetal a la part superior. Aquest carbó actua com a filtre d’aigua
4. A sobre del carbó vegetal ara podeu afegir terra. En aquesta etapa, voldreu comprovar el grau d’ompliment del pot, ja que podeu buidar-ho tot i començar de nou aquí més fàcilment que després
5. (Opcional) També podeu afegir altres materials com ara sorra per obtenir un efecte de capes. Vaig afegir una capa de sorra molt fina per a un efecte estètic, i després vaig capar la resta del meu sòl.
6. A continuació, fes un forat al centre i, a continuació, retira les plantes i col·loca-les delicadament al centre.
7. Si podeu arribar, acaricieu el sòl al voltant de les plantes per incorporar-les fermament al sòl.
8. Acabeu afegint uns còdols decoratius a la part superior i una mica més de molsa que cobraran vida amb una mica d'humitat.

Ara era super fàcil posar un terrari o dos un diumenge a la tarda. Però no prengueu la meva paraula per evangeli, assegureu-vos de mirar com altres han construït la seva.

Pas 2: fer-lo intel·ligent

És hora de distingir el vostre terrari dels altres. És hora de fer-ho intel·ligent. Per fer-ho, hem de saber què volem mesurar i per què. No sóc cap expert en jardineria, per tant, és una novetat per a mi, però entenc molt bé els controladors de sensors i microcontrol, de manera que aplicar els meus coneixements en un esperarem a reduir la distància a l’altre.

Després d’haver cercat amb google per esbrinar quines mètriques serien les millors, vaig anar a comprar per trobar els sensors adequats per treballar. Vaig acabar triant 3 coses a mida. Es tractava de la temperatura, la humitat i la humitat del sòl. Aquestes tres mètriques proporcionaran una visió general de la salut del nostre terrari i ens ajudaran a fer-nos saber si és saludable o cal tenir-ne cura.

Per mesurar la temperatura i la humitat, vaig triar el DHT11. Estan disponibles fàcilment en moltes fonts, com ara Adafruit i altres botigues d'electrònica. També són totalment compatibles amb l'entorn Arduino juntament amb altres sensors de la mateixa família, com ara el DHT22 i el DHT21. El codi al final d'aquest instructable admet qualsevol versió, de manera que podeu escollir qualsevol versió que s'adapti al vostre pressupost i disponibilitat.

Els sensors d’humitat del sòl tenen dos sabors; resistiva i capacitiva. Per a aquest projecte vaig acabar amb un sensor resistiu, ja que era el que tenia disponible en aquell moment, però un sensor capacitiu oferiria el mateix resultat.

Els sensors resistius funcionen aplicant una tensió a dos pins del sòl i mesurant la caiguda de tensió. Si el sòl és humit, hi haurà menys caiguda de tensió i, per tant, un valor més gran llegit per l'ADC del microcontrolador. La seva bellesa és la simplicitat i el cost, per això he acabat utilitzant aquesta versió.

Els sensors capacitius funcionen enviant un senyal a un dels dos pins del sòl, com la versió resistiva, la diferència és que es busca un retard en arribar el voltatge al següent pin. Això passa molt ràpidament, però tots els intel·ligents se solen tenir en compte a bord del sensor. La sortida, com les versions resistives, també sol ser analògica i permet connectar-la al pin analògic del microcontrolador.

Ara, la idea darrere d’aquests sensors és no donar un valor absolut a tot, ja que les seves tècniques de mesura i propietats físiques depenen de massa variables del vostre terrari. La manera d’observar les dades d’aquests sensors, especialment la humitat del sòl, és relativa ja que no estan realment calibrats. Per ajudar-vos a treure el joc d’endevinalles de quan regar o cuidar el vostre jardí, haureu de mirar com va el terrari una mica i relacionar-lo mentalment amb les dades del sensor.

Pas 3: fabricació del PCB

Per a aquest projecte, vaig decidir fer el meu propi PCB a partir de prototipus de placa. He escollit això perquè tot estigui connectat entre si més robust que una placa de pa o mitjançant cables de capçalera. Dit això, si compreu el factor de forma adequat de sensors i controladors, podeu construir-lo desafiant en una taula de pa si no teniu accés a una planxa de soldar.

Ara, és probable que el vostre terrari faci servir un pot diferent al meu i, per tant, no utilitzarà el PCB exacte que he fabricat, de manera que no entraré en detalls sobre el mètode exacte que he utilitzat per crear-lo. A continuació, es mostren una sèrie de passos indicatius que podeu fer per assegurar-vos que obteniu el mateix resultat. Al final, tot el que heu de fer perquè el projecte funcioni és seguir el diagrama de circuits de les imatges.

1. Comenceu col·locant el PCB a la part superior de la tapa per veure com encaixarà tot. A continuació, marqueu les línies de tall i els forats de muntatge del PCB. en aquest pas també hauríeu de marcar on hauria de ser el forat de la tapa per als cables.
2. A continuació, talleu el tauler si utilitzeu un tauler prototip. Podeu fer-ho amb un ganivet i una vora recta anotant els forats i fent-ne un cop.
3. A continuació, mitjançant un trepant, formeu els forats de muntatge perquè els cargols passin a la tapa. Aquest diàmetre del forat ha de ser més gran que els cargols. He utilitzat un forat de 4 mm per als cargols M3. També podeu utilitzar cola calenta per muntar el PCB a la tapa.
4. En aquesta etapa, és una bona idea fer també els forats de muntatge a la tapa mentre no hi ha components a la PCB. Col·loqueu el PCB a la part superior de la tapa, marqueu els forats i foradeu-los amb un diàmetre menor que els cargols de muntatge. Això permetrà que els parabolts mossegin a la tapa.
5. Practicar el forat perquè els cables passin per tot el camí. Vaig fer un forat de 5 mm que tenia la mida adequada. En aquesta etapa, també és una bona idea marcar i foradar el mateix forat a la tapa.
6. Ara podeu dissenyar components al vostre PCB i començar a soldar. Comenceu per les capçaleres de l'ESP8266.
7. Amb les capçaleres ESP8266 al seu lloc, ja sabeu on s’alinien els pins, de manera que ara podeu tallar alguns cables per connectar els vostres sensors. Quan feu això, assegureu-vos que siguin més llargs del que necessiteu, ja que podeu reduir-los més tard. Aquests cables haurien de ser per a tota la vostra alimentació + i -, així com per a les línies de dades. També els vaig codificar per colors, de manera que sabia quin era el que.
8. A continuació, soldeu tots els cables que necessiteu per a la placa segons el diagrama del circuit i empenyeu-los pel forat del PCB a punt per muntar-los a la tapa i connectar-los als vostres sensors.
9. Per últim, haureu de fer una connexió per a la vostra font d'alimentació. He afegit un petit connector (no en imatges) per a això. Però també podeu soldar-lo directament.

Això és el seu muntatge de PCB. Els seus suggeriments són sobretot mecànics, ja que dependrà de vosaltres dissenyar el vostre PCB per adaptar-lo a la vostra tapa. En aquesta fase, no munteu el PCB a la tapa, ja que haurem de muntar el sensor a la part inferior en el següent pas.

Pas 4: fer la tapa

És hora de muntar els sensors i els llums a la tapa. Si heu seguit l'últim pas, haureu de tenir una tapa amb tots els forats de muntatge del PCB i un forat gran per passar el cable del sensor. Si ho feu, ara podeu dissenyar els llums i els sensors de la manera que vulgueu. Igual que l'últim pas, el mètode que utilitzeu probablement serà una mica diferent, però aquí teniu una llista de passos per ajudar-vos a dissenyar la tapa

Precaució: les línies de dades dels neopíxels tenen una direcció. Presteu atenció a l'entrada i la sortida de cada llum buscant les fletxes del PCB. Assegureu-vos que les dades sempre passen de la sortida a l’entrada.

1. Comenceu col·locant els llums i el sensor de temperatura a la tapa per veure on voleu encabir-los. Suggereixo mantenir el sensor de temperatura allunyat dels llums, ja que desprenen una mica de calor. Però a part d’això, el disseny depèn completament de vosaltres.
2. Amb tot disposat, podeu tallar filferro per connectar els llums junts. Ho vaig fer tallant una prova i utilitzant-la com a guia per tallar la resta.
3. A continuació, vaig utilitzar una mica de color blau per subjectar els llums i els vaig soldar els cables utilitzant els coixinets dels laterals de les taules de flora. Presteu atenció a les indicacions de les llums.
4. Després vaig treure el blue-tak dels llums i vaig fer servir cola calenta per fixar-los a la tapa juntament amb el sensor de temperatura a la ubicació que estava satisfeta.
5. Ara agafeu PCB i monteu-lo a la tapa on heu perforat i tapat els forats abans. Premeu els cables a través del forat gran a punt per connectar-vos als sensors.
6. A continuació, soldeu cadascun dels cables als sensors correctes seguint el diagrama de circuits proporcionat al pas anterior.
7. Com que el sensor del sòl no està muntat a la tapa, haureu d’assegurar-vos que els cables quedin el temps suficient per plantar-los al sòl. Un cop tallat, soldeu el sensor de sòl.

Enhorabona, ara hauríeu de tenir una tapa basada en sensors completament muntada amb sensors de temperatura, humitat i humitat del sòl. En els passos posteriors veureu que he afegit un barret imprès en 3D de resina de fusta per cobrir també l’ESP8266. No he descrit com fer-ho perquè la forma i la mida finals del terrari probablement diferiran i no tothom té accés a una impressora 3D. Però vull assenyalar-ho, de manera que serveix com a idea de com podeu acabar el vostre projecte.

Pas 5: Codificació de l'ESP8266 amb Arduino

Amb la tapa fixada per un sensor a punt per començar, és hora de posar-hi els intel·ligents. Per fer-ho, necessitareu l'entorn Arduino amb les plaques ESP8266 instal·lades. És agradable i fàcil de començar gràcies a la gran comunitat que hi ha al darrere.

Per a aquest pas, suggereixo que no tingueu l'ESP8266 endollat a la PCB perquè pugueu depurar qualsevol problema relacionat amb la càrrega i l'execució primer. Un cop el vostre ESP8266 funcioni i estigui connectat a WiFi per primera vegada, us suggerim que el connecteu a la PCB.

Configureu l'entorn Arduino:

Primer necessitareu l'entorn Arduino que es pot descarregar des d'aquí per a la majoria de sistemes operatius. Seguiu les instruccions d'instal·lació i espereu que acabi. Després de fer-ho, obriu-lo i podem afegir les taules ESP8266 seguint els grans passos del dipòsit oficial de GitHub aquí.

Un cop afegit, haureu de seleccionar el tipus de tauler i la mida del flaix perquè aquest projecte funcioni. Al menú "eines" -> "tauler" haureu de seleccionar el mòdul "NodeMCU 1.0" i, a les opcions de mida de Flash, haureu de seleccionar "4M (1M SPIFFS)".

Afegir les biblioteques

Aquí és on la majoria de la gent s’enganxa quan intenta replicar el projecte d’algú. Les biblioteques són complexes i la majoria dels projectes es basen en una versió específica que s’instal·larà per funcionar. Tot i que l'entorn Arduino aborda parcialment aquest problema, normalment és la font de problemes de temps de compilació trobats per nous principiants. Aquest problema es resol amb altres llenguatges i entorns que fan servir alguna cosa anomenat "packaging", però l'entorn Arduino no ho admet … tècnicament.

Per a les persones amb una instal·lació totalment nova de l'entorn Arduino, podeu ometre-la, però per a d'altres que vulguin saber com assegurar-se que qualsevol projecte que facin amb l'entorn Arduino funcioni (sempre que comenci amb la funció) Ho pots fer. El treball basat en que creeu una carpeta nova a qualsevol lloc que vulgueu i que dirigeixi la ubicació del "Quadern de bocet" al menú "fitxer" -> "preferències". Just a la part superior on hi ha la ubicació del quadern de dibuixos, feu clic a navegar i aneu a la carpeta nova.

Després de fer això, no tindreu instal·lades cap llibreria aquí, cosa que us permet afegir qualsevol cosa que voldríeu sense les que teníeu instal·lades abans. Això significa que per a un projecte específic com aquest, podeu afegir les biblioteques que vénen amb el meu dipòsit GitHub i no tenir cap enfrontament amb altres que pugueu tenir instal·lades. Perfecte! Si voleu tornar a les vostres antigues biblioteques, tot el que heu de fer és canviar la ubicació del vostre quadern de dibuixos a l’original, és tan fàcil.

Ara per afegir les biblioteques per a aquest projecte, haureu de descarregar el fitxer zip del dipòsit GitHub i instal·lar totes les biblioteques a la carpeta "biblioteques" inclosa. Tots s’emmagatzemen com a fitxers.zip i es poden instal·lar seguint els passos suggerits a la pàgina web oficial d’Arduino.

Canvieu les variables necessàries

Després de descarregar i instal·lar tot, és hora de començar a compilar i penjar el codi al tauler. Així, amb aquest dipòsit descarregat, també hi hauria d’haver una carpeta anomenada "IoT-Terrarium" amb un munt de fitxers.ino. Obriu el fitxer principal anomenat "IoT-Terrarium.ino" i desplaceu-vos cap avall fins a la part de les variables principals de l'esbós a la part superior.

Aquí heu de canviar un parell de variables clau perquè coincideixin amb el que heu construït. El primer que heu d’afegir són les vostres credencials de WiFi a l’esbós perquè l’ESP8266 iniciï la sessió al vostre WiFi perquè hi pugueu accedir. Són sensibles a les majúscules i minúscules, així que aneu amb compte.

Cadena SSID = "";

String Password = "";

El següent és el fus horari on es troba. Pot ser un número positiu o negatiu. Per exemple, Sydney és +10;

#define UTC_OFFSET +10

Després d'això, es mostra el període de mostreig i la quantitat de dades que hauria d'emmagatzemar el dispositiu. El nombre de mostres recollides ha de ser prou petit perquè el microcontrolador pugui manipular-lo. He trobat que qualsevol cosa inferior a 1024 està bé, qualsevol cosa més gran és inestable. El període de recollida és el temps entre les mostres en mil·lisegons.

En multiplicar-los, es donarà el temps que es retrocediran les dades; els valors predeterminats de 288 i 150000 (2,5 minuts), respectivament, donen un període de temps de 12 hores, canvieu-los per adaptar-vos a quina distància us agradaria veure.

#define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

En els passos anteriors vaig connectar els LED al pin D1 (pin 5) de l'ESP8266. Si heu canviat això o heu afegit més o menys LEDs, podeu canviar-ho a les dues línies;

#define NUM_LEDS 3 // El nombre de LEDs que heu connectat

#define DATA_PIN 5 // El pin on hi ha la línia de dades del LED

L'últim que heu de canviar és la configuració de DHT11. Simplement canvieu el pin al qual està connectat i el tipus si no heu utilitzat el DHT11;

#define DHT_PIN 4 // El pin de dades al qual heu connectat el sensor DHT

#define DHTTYPE DHT11 // Descomenteu-ho quan utilitzeu DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Descomenteu-ho quan utilitzeu DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Descomenteu-ho quan utilitzeu DHT21

Compila i penja

Després de canviar tot el que necessiteu, podeu continuar i compilar l'esbós. Si tot està bé, s'hauria de compilar i no donar cap error a la part inferior de la pantalla. Si us quedeu encallat, podeu comentar-ho a continuació i us podria ajudar. Endavant, connecteu l’ESP8266 amb un cable USB a l’ordinador i feu clic a Puja. Un cop fet, s'hauria d'iniciar i connectar-se al WiFi. També hi ha alguns missatges al monitor sèrie per dir-vos què fa. Els usuaris d'Android han de prendre nota de l'adreça IP que indica, ja que l'haureu de conèixer.

Això és! Heu penjat el codi amb èxit. Ara poseu la tapa al terrari i vegeu què han de dir els sensors.

Pas 6: el producte final

Un cop junts, enganxeu el sensor de terra al sòl de manera que queden cobertes les dues puntes. A continuació, tanqueu la tapa, connecteu la font d'alimentació i engegueu-la. Ara podeu navegar a la pàgina web de l’EPS8266 si esteu a la mateixa xarxa WiFi que ell. Això es pot fer anant a la seva adreça IP o utilitzant mDNS a; https://IoT-Terrarium.local/ (Nota actualment compatible amb Android, sospira)

El lloc web hi és per mostrar-vos totes les dades que esteu recopilant i per comprovar l’estat de salut de les vostres plantes. Ara podeu veure totes les estadístiques de tots els vostres sensors i, sobretot, encendre els LED per obtenir una petita llum nocturna única, increïble.

També podeu desar la pàgina a la pantalla d’inici a iOS o Android perquè funcioni com una aplicació. Assegureu-vos que esteu a la mateixa xarxa WiFi que el vostre ESP8266 quan hi feu clic.

Això és tot per a aquest projecte, si teniu algun comentari o consulta, deixeu-los als comentaris. Gràcies per llegir i fer feliços!