IoT-Terrarium: 6 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Min kæreste er besat af husplanter, og for lidt siden nævnte hun, at hun ville bygge et terrarium. Hun var ivrig efter at gøre det bedste stykke arbejde og hun googlede hvordan og hvordan man skaber og passer på en af disse. Det viser sig, at der er en million blogindlæg og intet rigtigt svar, og det hele ser ud til at komme ned på udseendet og følelsen af, hvordan individuelle terrarier vokser. Da jeg er en videnskabsmand, og jeg kan godt lide data til at vide, om noget faktisk virker, ville jeg bruge min viden om IoT og elektronik til god brug og oprette en IoT Terrarium -skærm.

Planen var at bygge et sensorbaseret system, der kunne overvåge temperatur, fugtighed og jordfugtighed fra en enkel, men elegant webside. Dette ville give os mulighed for at overvåge terrariets helbred, så vi altid vidste, at det var i den bedste stand. Da jeg også elsker LED'er (jeg mener, hvem der ikke gør det), ville jeg også tilføje en neopixel, der også ville gøre terrariet til det perfekte humør eller natlys!

Efter at have planlagt byggeriet vidste jeg, at jeg ville dele dette, så andre kunne lave deres egne. Så for at alle skal kunne reproducere dette projekt, har jeg kun brugt materialer, der er lette at købe, som kan købes i de fleste murstensbutikker eller let via websteder som Adafruit og Amazon. Så hvis du er interesseret i at bygge dit eget Iot-Terrarium på en søndag eftermiddag læs videre!

Forbrugsvarer

For det meste burde du kunne købe lignende varer som mig selv. Men jeg opfordrer dig til at diversificere og gå større og bedre, så nogle af de punkter, der er angivet nedenfor, vil du måske tilpasse til din specifikke bygning. Jeg vil også liste nogle alternative materialer og metoder i hele dette uigennemgåelige for dem, der ikke har adgang til alt. Så for at starte er der et par værktøjer, du skal bruge for at følge med, disse er;

• Drill & Bits - Bruges til at bore gennem låget på terrariumbeholderen til at montere dine sensorer, lys og controllere.
• Hot Glue Gun - Bruges til limning af sensorerne til låget på terrariet. Du kan vælge at bruge en anden monteringsmetode som superlim eller møtrikker og bolte.
• Loddejern (valgfrit) - Jeg besluttede at lave et dedikeret printkort til dette projekt, så forbindelserne var bedst muligt. Du kan også bruge et brødbræt og jumperwires og opnå det samme resultat.
• Cirka 4 timer - Dette projekt fra start til slut i bygningen tog mig cirka 4 timer eller deromkring at gennemføre. Dette afhænger af, hvordan du beslutter dig for at bygge din version

Nedenfor er en liste over materialer til elektronikken til registrering og styring af terrariet. Du behøver ikke at bruge alle sensorerne, og du skal heller ikke bruge de samme sensorer til dit terrarium, men for den medfølgende kode fungerer disse materialer ud af kassen. Lidt heads up, jeg bruger amazon associerede links til dette, så tak for støtten, hvis du beslutter dig for at købe noget fra disse links.

• En ESP8266 - Bruges til at styre neopixel, læse data fra sensorerne og vise dig websiden. Du kan også vælge at bruge Adafruit HUZZAH
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (eller fra Adafruit) - Disse er fantastiske små neopixels i en fantastisk formfaktor. De har også alle de andre nødvendige passive komponenter for nem kontrol.
• DHT11 Temperaturfugtighedsføler (eller fra Adafruit) - En grundlæggende temperatur- og fugtighedsføler. Du kan også også bruge DHT22 eller DHT21 til dette.
• Soil Moisture Sensor (eller fra Adafruit) - Disse findes i to varianter. Jeg brugte en resistiv type, men jeg anbefaler den kapacitive type som den fra Adafruit. Mere om disse senere.
• En 5V (1A) strømforsyning- Du skal bruge en 5V strømforsyning til dette projekt. Dette skal have mindst 1A strøm, så du kan også også bruge en standard USB -stikkontakt.
• En prototype PCB- Bruges til at forbinde alt sammen i en robust herregård. Kan også bruge et brødbræt og nogle springtråde også.
• Nogle monteringsbolte - bruges til at montere dit printkort på låget på din krukke. Du kan også bruge varm lim.
• PCB Headers- Til montering af NodeMCU på PCB.
• Wire - En række forskellige ledninger til at forbinde printkortet og sensorerne sammen.

Til dit egentlige terrarium er der ubegrænsede muligheder. Jeg anbefaler stærkt at gå til dit nærmeste havecenter for alle dine forsyninger samt rådgivning. Der kan du også bede om hjælp til den bedste kombination af materialer til at bygge et Terrarium til de planter, du bruger. For mig selv havde mit lokale havecenter alle de nødvendige materialer i praktiske små poser. Disse var;

• En glasburk - Findes normalt i din hjemmebutik. Dette kan være af enhver form eller størrelse, du ønsker, men skal have et låg, der giver dig mulighed for at bore igennem og vedhæfte elektronik.
• Planter - Den vigtigste del. Vælg klogt og sørg for at matche alle materialer i bygningen, så de passer til din plante. Jeg brugte lidt hjælp herfra.
• Jord, sand, småsten, trækul og mos - Disse er de grundlæggende byggesten i et terrarium og er normalt lette at finde i en isenkræmmer med en havearbejde eller din lokale planteskole

Se også et stort antal terrariumbygninger lige her på Instructables!

Trin 1: Lav dit terrarium

For at starte skal vi faktisk bygge et terrarium, før vi kan tilslutte det til internettet! Der er ingen rigtige eller forkerte måde at kompilere et terrarium på, men der er dog bedste praksis, som jeg vil forsøge at skitsere.

Den første og vigtigste er, at du sigter efter at efterligne omgivelser, som dine valgte planter trives i. Typisk bruger et terrarium mere tropiske fugtelskende planter, men mange mennesker bruger stadig ting som sukkulenter i en åben toppet beholder. Jeg valgte en mere tropisk plante til denne bygning, så jeg kunne have et forseglet låg, som jeg vil bruge til at montere elektronikken på.

Den næste bedste praksis er rækkefølgen af, hvordan ingredienserne i et terrarium sættes sammen. For de bedste resultater skal du lægge dem korrekt, så vand kan dræne og filtrere gennem systemet og cykle tilbage. Pas på, at du bliver ved med at blive ivrig efter planter og materialer. Omfang din krukke, planter og materialer, før du lægger dem helt, ellers passer alt muligvis ikke.

Følgende med billederne til dette trin er nedenstående instruktioner, hvordan du kan lagre dit terrarium for det bedste resultat;

1. Læg nogle småsten i bunden af krukken. Dette er til dræning og efterlader et sted, hvor vand kan opsamles.
2. Placer derefter et lag mos, dette er et filter for at forhindre jord i at falde gennem småstenes revner og til sidst ødelægge den effekt, småstenene giver. Dette kan også opnås med et trådnet
3. Tilsæt derefter dit trækul ovenpå. Dette trækul fungerer som et vandfilter
4. Oven på trækulet kan du nu tilføje jord. På dette tidspunkt vil du kontrollere, hvor fuld din krukke bliver, da du kan tømme det hele og starte igen her lettere end senere
5. (Valgfrit) Du kan også tilføje andre materialer, f.eks. Sand, til en lagdelt effekt. Jeg tilføjede et meget fint lag sand for en æstetisk effekt, og lag derefter resten af min jord.
6. Lav derefter et hul i midten, afpott derefter dine planter og placer dem delikat i midten.
7. Hvis du kan nå det, skal du klappe jorden a omkring dine planter for at integrere dem fast i jorden.
8. Afslut med at tilføje et par dekorative småsten på toppen og lidt mere mos, der vil komme til live med lidt fugt.

Nu var det super let at putte et terrarium eller to op på en søndag eftermiddag! Men tag ikke mit ord for evangelium, sørg for at se på hvordan andre har opbygget deres.

Trin 2: Gør det smart

Tid til at få dit terrarium til at skille sig ud fra andre. Tid til at gøre det smart. For at gøre dette skal vi vide, hvad vi vil måle og hvorfor. Jeg er ingen ekspert i havearbejde, så dette er en første gang for mig, men jeg forstår sensor- og mikrokontrollere meget godt, så at anvende min viden i det ene vil forhåbentlig bygge bro over det andet.

Efter noget googling for at finde ud af, hvilke metrics der ville være de bedste, gik jeg på indkøb for at finde passende sensorer at arbejde med. Jeg endte med at vælge 3 ting at måle. Disse var temperatur, fugtighed og jordfugtighed. Disse tre metrics vil give et generelt overblik over vores terrariums sundhed og hjælpe os med at fortælle os, om det er sundt eller kræver pleje.

For at måle temperatur og fugtighed valgte jeg DHT11. Disse er let tilgængelige fra mange kilder, f.eks. Adafruit og andre elektronikforretninger. De understøttes også fuldt ud i Arduino -miljøet sammen med andre sensorer fra samme familie, såsom DHT22 og DHT21. Koden i slutningen af denne instruktionsbog understøtter enhver version, så du kan vælge enhver version, der passer til dit budget og tilgængelighed.

Jordfugtighedsfølere findes i to varianter; resistiv og kapacitiv. Til dette projekt endte jeg med en resistiv sensor, da det var det, der var tilgængeligt for mig dengang, men en kapacitiv sensor ville tilbyde det samme resultat.

De resistive sensorer virker ved at anvende en spænding på to stifter i jorden og måle spændingsfaldet. Hvis jorden er fugtig, vil der være mindre spændingsfald og derfor en større værdi, der læses af ADC'en på mikrokontrolleren. Skønheden ved disse er enkelhed og omkostninger, og derfor endte jeg med at bruge denne version.

Kapacitive sensorer virker ved at sende et signal til en af to ben på jorden som den resistive version, forskellen er, at den leder efter en forsinkelse i, når spændingen ankommer til den næste pin. Dette sker meget hurtigt, men alle de smarte er normalt taget sig af ombord på sensoren. Udgangen som de resistive versioner er normalt også analog, så den kan tilsluttes den analoge pin på mikrokontrolleren.

Nu er tanken bag disse sensorer ikke at give en absolut værdi på alt, da deres måleteknikker og fysiske egenskaber afhænger af for mange variabler i dit terrarium. Måden at se på dataene fra disse sensorer, især jordfugtigheden, er relativ, da de ikke rigtig er kalibreret. Så for at hjælpe med at tage gætte -spillet ud af, hvornår man skal vande eller pleje sin have, skal man se lidt på, hvordan det går med dit terrarium og mentalt matche det med dine sensordata.

Trin 3: Fremstilling af printkortet

Til dette projekt besluttede jeg at lave mit eget printkort fra prototypekort. Jeg valgte dette, så alt ville blive forbundet mere robust end et brødbræt eller gennem headerwires. Når det er sagt, hvis du køber den rigtige formfaktor for sensorer og controllere, kan du trodsigt bygge dette på et brødbræt, hvis du ikke har adgang til et loddejern.

Nu vil dit terrarium sandsynligvis bruge en anden krukke end min og vil derfor ikke bruge den nøjagtige print, jeg har lavet, så jeg vil ikke gå i detaljer om den nøjagtige metode, jeg brugte til at oprette den. I stedet er der en række vejledende trin, du kan tage for at sikre, at du opnår det samme resultat. I sidste ende skal du bare følge kredsløbsdiagrammet på billederne for at få projektet til at fungere.

1. Start med at lægge printkortet oven på låget for at se, hvordan alt vil passe. Marker derefter eventuelle snitlinjer og monteringshuller på printet. i dette trin skal du også markere, hvor hullet i dit låg til ledninger skal være.
2. Skær derefter dit bræt ned, hvis du bruger prototypebræt. Du kan gøre dette ved hjælp af en kniv og lige kant ved at score langs hullerne og snappe det.
3. Brug derefter en boremaskine til at danne monteringshullerne for skruerne til at gå igennem i dit låg. Denne huldiameter skal være større end dine skruer. Jeg brugte et 4 mm hul til M3 skruer. Du kan også bruge varm lim til at montere printet på låget.
4. På dette tidspunkt er det også en god idé at lave monteringshullerne i dit låg, mens der ikke er komponenter på printet. Så placer dit printkort oven på dit låg, markér hullerne og bor dem med en mindre diameter end dine monteringsbolte. Dette vil tillade boltene at bide i låget.
5. Bor hullet, så dine ledninger går igennem hele vejen igennem. Jeg lavede et 5 mm hul til mit, som var lige den rigtige størrelse. På dette tidspunkt er det også en god idé at markere og bore det samme hul i låget.
6. Nu kan du lægge komponenter på dit printkort og begynde at lodde. Start med overskrifterne til ESP8266.
7. Med ESP8266 headers på plads ved du nu, hvor stifterne ligger op, så du kan nu skære nogle ledninger op for at forbinde dine sensorer. Når du gør dette, skal du sørge for, at de er længere, end du har brug for, da du kan trimme dem ned senere. Disse ledninger skal være for al din strøm + og -samt datalinjerne. Jeg har også farvekodet disse, så jeg vidste, hvad der var hvad.
8. Lod derefter alle de ledninger, du har brug for til brættet i henhold til kredsløbsdiagrammet, og skub dem gennem hullet på printkortet klar til montering på låget og tilslutning til dine sensorer.
9. Sidst skal du oprette forbindelse til din strømforsyning. Jeg tilføjede et lille stik (ikke på billeder) til dette. Men du kan også lodde det direkte.

Det er det til PCB -samlingen! Det er for det meste mekaniske forslag, da det vil være op til dig at lægge dit printkort, så det passer til dit låg. På dette tidspunkt skal du ikke montere printkortet på låget, da vi skal montere sensoren på undersiden i det næste trin.

Trin 4: Lav låg

Tid til at montere sensorer og lys på låget! Hvis du fulgte det sidste trin, skulle du have et låg med alle PCB -monteringshullerne og et stort hul til sensortråden at gå igennem. Hvis du gør det, kan du nu layoute lys og sensorer på den måde, du gerne vil have det. Ligesom det sidste trin, vil den metode, du bruger, sandsynligvis være lidt anderledes, men her er en liste over trin til at hjælpe dig med at layoute dit låg

Forsigtig: Datalinjerne for neopixelerne har en retning. Vær opmærksom på input og output for hvert lys ved at kigge efter pilene på printkortet. Sørg for, at data altid går fra output til input.

1. Start med at placere lys og temperatursensor på låget for at se, hvor du gerne vil montere dem. Jeg foreslår at holde temperatursensoren væk fra lysene, da de vil afgive lidt varme. Men bortset fra det er layoutet helt op til dig.
2. Når alt er lagt ud, kan du afskære en ledning for at tilslutte lysene sammen. Jeg gjorde dette ved at skære et teststykke og bruge det som en guide til at skære resten.
3. Derefter brugte jeg nogle blå-tak til at holde lysene nede og lodde ledningerne til dem ved hjælp af puderne på siderne af florabrædderne. Vær opmærksom på lysetes dataretninger.
4. Jeg fjernede derefter den blå tak fra lysene og brugte varm lim til at fastgøre dem til låget sammen med temperatursensoren på det sted, jeg var tilfreds med.
5. Tag nu dit printkort og monter det på låget, hvor du tidligere har boret og banket huller. Skub ledningerne gennem det store hul, der er klar til at blive forbundet til sensorerne.
6. Lod derefter hver af ledningerne til de korrekte sensorer efter kredsløbsdiagrammet i det foregående trin.
7. Da jordsensoren ikke er monteret på låget, skal du sørge for, at ledningerne efterlades længe nok til, at den kan plantes i jorden. Når det er skåret ned, loddes på din jordføler.

Tillykke, du skal nu have et fuldt samlet sensorbaseret låg komplet med temperatur-, fugtigheds- og jordfugtighedsfølere. I senere trin vil du se, at jeg tilføjede en 3D -printet hat ud af træharpiks til også at dække ESP8266. Jeg har ikke beskrevet, hvordan man laver dette, fordi den endelige form og størrelse på dit terrarium sandsynligvis vil variere, og ikke alle har adgang til en 3D -printer. Men jeg vil gerne påpege det, så det fungerer som en idé om, hvordan du måske vil afslutte dit projekt!

Trin 5: Kodning af ESP8266 med Arduino

Med dit sensor-fied låg klar til at gå, er det tid til at sætte smarts i det. For at gøre dette skal du bruge Arduino -miljøet med ESP8266 -kortene installeret. Dette er rart og let at komme i gang takket være det store fællesskab bag.

I dette trin foreslår jeg, at du ikke har ESP8266 tilsluttet PCB'et, så du kan fejlsøge eventuelle problemer med at uploade og køre det først. Når din ESP8266 fungerer og er forbundet til WiFi for første gang, foreslår jeg, at du slutter den til printkortet.

Opsætning af Arduino -miljøet:

Først skal du bruge Arduino -miljøet, som kan downloades herfra til de fleste operativsystemer. Følg installationsvejledningen, og vent på, at den er færdig. Når det er gjort, skal du åbne det, og vi kan tilføje ESP8266 -kortene ved at følge de store trin på det officielle GitHub -depot her.

Når det er tilføjet, skal du vælge tavletype og flashstørrelse, for at dette projekt kan fungere. I menuen "værktøjer"-> "board" skal du vælge "NodeMCU 1.0" -modulet, og i indstillingerne for Flash-størrelse skal du vælge "4M (1M SPIFFS)".

Tilføjelse af bibliotekerne

Det er her, de fleste mennesker går i stå, når de prøver at replikere nogens projekt. Biblioteker er vanskelige, og de fleste projekter er afhængige af, at en bestemt version skal installeres for at fungere. Selvom Arduino -miljøet delvist behandler dette problem, er det normalt kilden til kompilering af tidsproblemer fundet af nye begyndere. Dette problem løses af andre sprog og miljøer ved hjælp af noget, der kaldes "emballage", men Arduino -miljøet understøtter ikke dette … teknisk set.

For mennesker med en helt ny installation af Arduino -miljøet kan du springe dette over, men for andre, der ønsker at vide, hvordan de kan sikre sig, at ethvert projekt, de laver med Arduino -miljøet, vil fungere (forudsat at det ikke går ud af boksen til at starte med) Du kan gøre det. Løsningen er afhængig af, at du opretter en ny mappe, hvor du vil, og dirigerer din "Skitsebog" -placering i menuen "fil"-> "præferencer". Lige øverst, hvor der står skitsebogens placering, skal du klikke på Gennemse og navigere til din nye mappe.

Efter at have gjort dette har du ingen biblioteker installeret her, hvilket giver dig mulighed for at tilføje alle, du gerne vil have uden dem, du havde installeret før. Dette betyder, at for et specifikt projekt som dette kan du tilføje de biblioteker, der følger med mit GitHub -depot og ikke have sammenstød med andre, du muligvis har installeret. Perfekt! Hvis du gerne vil tilbage til dine gamle biblioteker, er alt du skal gøre at ændre din skitsebogs placering tilbage til den originale, det er så let.

For at tilføje bibliotekerne til dette projekt skal du downloade zip -filen fra GitHub -arkivet og installere alle bibliotekerne i den medfølgende "biblioteker" -mappe. Disse er alle gemt som.zip -filer og kan installeres ved hjælp af de trin, der foreslås på Arduino's officielle webside til dette.

Skift de nødvendige variabler

Når du har downloadet og installeret alt, er det tid til at begynde at kompilere og uploade koden til tavlen. Så med det downloadede lager skal der også være en mappe kaldet "IoT-Terrarium" med en masse.ino-filer i. Åbn hovedfilen kaldet "IoT-Terrarium.ino" og rul ned til hovedvariablerne i skitsen nær toppen.

Her skal du ændre et par nøglevariabler for at matche det, du har bygget. De første ting, du skal tilføje, er dine WiFi -legitimationsoplysninger til skitsen, så ESP8266 logger ind på din WiFi, så du kan få adgang til den. Disse er store og små bogstaver, så vær forsigtig.

String SSID = "";

Stringadgangskode = "";

Den næste er den tidszone, du er i. Dette kan være et positivt eller negativt tal. For eksempel er Sydney +10;

#define UTC_OFFSET +10

Herefter er prøveperioden og mængden af data, som enheden skal gemme. Antallet af indsamlede prøver skal være lille nok til, at mikrokontrolleren kan håndtere. Jeg har fundet ud af, at alt under 1024 er i orden, alt større er ustabilt. Indsamlingsperioden er tiden mellem prøver i millisekunder.

Multiplicering af disse giver dig, hvor lang tid dataene vil gå tilbage for, standardindstillingerne på henholdsvis 288 og 150000 (2,5 minutter) giver en tidsperiode på 12 timer. Skift disse, så de passer til, hvor langt tilbage du gerne vil se.

#define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

I de foregående trin sluttede jeg LED'erne til pin D1 (pin 5) på ESP8266. Hvis du har ændret dette eller har tilføjet flere eller mindre lysdioder, kan du ændre dette i de to linjer;

#define NUM_LEDS 3 // Antallet af lysdioder, du har tilsluttet

#define DATA_PIN 5 // Den pin, som LED's datalinje er på

Det sidste du skal ændre er dine DHT11 -indstillinger. Du skal bare ændre stiften, den er forbundet til, og typen, hvis du ikke har brugt DHT11;

#define DHT_PIN 4 // Datapinden, som du har tilsluttet din DHT -sensor til

#define DHTTYPE DHT11 // Kommenter dette, når du bruger DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Fjern dette, når du bruger DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Fjern dette, når du bruger DHT21

Kompiler og upload

Efter at have ændret alt, hvad du har brug for, kan du gå videre og kompilere skitsen. Hvis alt er godt, skal det kompilere og give ingen fejl i bunden af skærmen. Hvis du sidder fast kan du kommentere herunder, og jeg burde kunne hjælpe. Fortsæt og tilslut ESP8266 med et USB -kabel til din computer og tryk på upload. Når det er gjort, skal det starte og oprette forbindelse til WiFi. Der er også nogle meddelelser i den serielle skærm for at fortælle dig, hvad den gør. Android -brugere bør notere sig den IP -adresse, den angiver, da du skal kende den.

Det er det! Du har uploadet koden. Nu skal du stikke låget på terrariet og se, hvad sensorerne har at sige.

Trin 6: Det endelige produkt

Når alt er sat sammen, skal du stikke jordsensoren ind i jorden, så de to stikker er dækket. Luk derefter låget, tilslut din strømforsyning og tænd! Du kan nu navigere til websiden i EPS8266, hvis du er på det samme WiFi -netværk som det. Dette kan gøres ved at gå til dens IP -adresse eller ved at bruge mDNS på; https://IoT-Terrarium.local/ (Aktuelt notat understøttet af Android, suk)

Hjemmesiden er der for at vise dig alle de data, du indsamler og kontrollere dine plantes helbredstilstand. Du kan nu se alle statistikker fra alle dine sensorer og vigtigst af alt tænde LED'erne for et unikt lille natlys, fantastisk!

Du kan også gemme siden på din startskærm på enten iOS eller Android, så den fungerer som en app. Bare sørg for at være på det samme WiFi -netværk som din ESP8266, når du klikker på det.

Det er det for dette projekt, hvis du har kommentarer eller forespørgsler, skal du efterlade dem i kommentarerne. Tak fordi du læste og glad for at lave!