IoT APIS V2 - Sistem Irigasi Pabrik Otomatis yang diaktifkan IoT: 17 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Proyek ini merupakan evolusi dari instruksi saya sebelumnya: APIS - Sistem Irigasi Tanaman Otomatis

Saya telah menggunakan APIS selama hampir satu tahun sekarang, dan ingin meningkatkan desain sebelumnya:

1. Kemampuan untuk memantau pabrik dari jarak jauh. Ini adalah bagaimana proyek ini menjadi IoT-enabled.
2. Mudah untuk mengganti probe kelembaban tanah. Saya telah melalui tiga desain yang berbeda dari probe kelembaban, dan tidak peduli bahan apa yang saya gunakan, cepat atau lambat akan terkikis. Jadi desain baru seharusnya bertahan selama mungkin dan dengan cepat dan mudah diganti.
3. Ketinggian air dalam ember. Saya ingin tahu berapa banyak air yang masih tersedia di ember dan berhenti menyiram ketika ember kosong.
4. terlihat lebih baik. Kotak proyek abu-abu adalah awal yang baik, tetapi saya ingin membuat sesuatu yang terlihat sedikit lebih baik. Anda akan menjadi hakim jika saya dapat mencapai tujuan itu …
5. Otonomi. Saya ingin sistem baru menjadi otonom dalam hal kekuatan dan/atau ketersediaan internet.

Proyek yang dihasilkan tidak kalah dapat dikonfigurasi dari pendahulunya, dan memiliki fitur tambahan yang bermanfaat.

Saya juga ingin menggunakan printer 3D yang baru saya peroleh, jadi beberapa bagian harus dicetak.

Langkah 1: Perangkat Keras

Anda memerlukan komponen berikut untuk membangun IoT APIS v2:

1. Papan Pengembangan WIFI NodeMcu Lua ESP8266 ESP-12E - di banggood.com
2. SODIAL(R) Modul Pengukur Jarak Sensor Ultrasonik 3-Pin, Transduser Ganda, Papan Tiga-pin - di amazon.com
3. DC 3V-6V 5V Pompa Air Submersible Kecil Pompa Tangki Ikan Akuarium - di ebay.com
4. Tiga warna LED - di amazon.com
5. Papan Vero - di amazon.com
6. Transistor PN2222 - di amazon.com
7. Sekrup plastik, baut dan mur
8. Peralatan dan perlengkapan menyolder
9. Kabel, resistor, header, dan komponen elektronik lainnya
10. Kosong Tropicana OJ 2.78 QT jar
11. 2 paku galvanis

Langkah 2: Desain Keseluruhan

Desain keseluruhan terdiri dari komponen-komponen berikut:1. Probe kelembaban tanah dan kandang penyiraman tanaman (gabungan - dicetak 3d)2. Pipa dan kabel3. Sensor kebocoran air baki (cetak 3d)4. Modul kontrol dipasang di atas tabung OJ (ditempatkan dan ditutup dalam wadah cetak 3d)5. Pompa air terendam6. Sketsa NodeMCU7. konfigurasi IoT8. Catu daya: USB melalui stopkontak -ATAU- panel surya (mode otonom) Mari kita bahas setiap komponen satu per satu

Langkah 3: Pompa Air Terendam

Pompa air terendam terletak di bawah pegangan tabung OJ (untuk menghindari gangguan pada pengukuran ketinggian air). Pompa ditempatkan sedemikian rupa sehingga "melayang" sekitar 2-3 mm di atas bagian bawah tabung untuk memungkinkan aliran air bebas ke saluran masuk.

Karena pompa harus terendam seluruhnya untuk pengoperasian normal, ketinggian air minimal dalam tabung harus sekitar 3 cm (sekitar 1 inci).

Langkah 4: Modul Kontrol Dipasang di Atas OJ Jar

Saya memilih toples Tropicana OJ standar berukuran besar sebagai wadah air. Mereka tersedia secara luas dan standar.

Modul kontrol ditempatkan di atas toples setelah keran asli dilepas.

Platform tempat modul kontrol berada dicetak 3d. File STL disediakan di bagian file dan sketsa dari instruksi ini.

Pompa, pipa dan kabel dirutekan melalui pegangan toples Tropicana untuk membersihkan ruang untuk pengukuran ketinggian air.

Ketinggian air diukur dengan sensor jarak ultrasonik yang terintegrasi dengan platform modul kontrol. Ketinggian air ditentukan sebagai perbedaan pengukuran jarak toples kosong, dan toples diisi air sampai ketinggian tertentu.

Modul kontrol dan sensor AS ditutupi dengan "kubah" yang dicetak 3d. File STL kubah disediakan di bagian file dan sketsa dari instruksi ini.

Langkah 5: Modul Kontrol - Skema

Skema untuk modul kontrol (termasuk daftar komponen), dan file desain papan roti disediakan di bagian file dan sketsa dari instruksi ini.

CATATAN: Bekerja dengan NodeMCU terbukti menjadi tugas yang menantang dalam hal pin GPIO yang tersedia. Hampir semua GPIO melayani sejumlah fungsi, yang membuatnya tidak dapat digunakan, atau tidak mungkin digunakan dalam mode deep sleep (karena fungsi khusus yang dimainkan selama proses boot). Pada akhirnya saya berhasil menemukan keseimbangan antara penggunaan GPIO dan persyaratan saya, tetapi butuh beberapa iterasi yang membuat frustrasi.

Misalnya sejumlah GPIO tetap "panas" selama tidur nyenyak. Menghubungkan LED ke yang mengalahkan tujuan pengurangan konsumsi daya selama tidur nyenyak.

Langkah 6: Sensor Kebocoran Air Baki

Jika pot Anda memiliki lubang luapan di bagian bawah, maka ada risiko air meluap ke baki bawah dan tumpah ke lantai (rak atau apa pun tempat tanaman Anda berada).

Saya perhatikan bahwa pengukuran kelembaban tanah sangat dipengaruhi oleh posisi probe, kepadatan tanah, jarak dari saluran air, dll. Dengan kata lain, kelembaban tanah hanya dapat merusak rumah Anda jika air meluap ke baki bawah dan tumpah.

Sensor luapan adalah pengatur jarak antara panci dan baki bawah, dengan dua kabel melilit jeruji. Ketika air mengisi baki, kedua kabel menjadi terhubung, sehingga memberi sinyal kepada mikrokontroler bahwa ada air di baki bawah.

Akhirnya, air menguap, dan kabel menjadi terputus.

Baki bawah dicetak 3d. File STL tersedia dari bagian file dan sketsa dari instruksi ini.

Langkah 7: Penyelidikan Kelembaban Tanah dan Kandang Penyiraman

Saya merancang kandang cetak segi enam 3d untuk menjadi probe kelembaban tanah gabungan dan kandang penyiraman.

File pencetakan 3d (STL) tersedia di bagian file dan sketsa dari instruksi ini.

Kandang terdiri dari dua bagian, yang harus direkatkan. Fitting berduri yang dimodifikasi direkatkan ke sisi selungkup untuk memasang pipa.

Dua lubang 4.5mm disediakan untuk menempatkan paku galvanis, berfungsi sebagai probe kelembaban tanah. Konektivitas ke mikrokontroler dicapai melalui spacer logam yang dipilih secara khusus agar sesuai dengan paku.

Desain 3d dilakukan menggunakan www.tinkercad.com yang merupakan alat desain 3d yang hebat dan mudah digunakan namun kuat.

CATATAN: Anda mungkin ingin bertanya mengapa saya tidak menggunakan salah satu probe tanah pra-produksi saja? Jawabannya adalah: foil pada mereka larut dalam beberapa minggu. Bahkan dengan waktu yang terbatas paku berada di bawah tegangan, mereka masih terkikis dan perlu diganti setidaknya setahun sekali. Desain di atas memungkinkan penggantian kuku dalam hitungan detik.

Langkah 8: Tubing dan Wiring

Air dikirim ke denah melalui Tabung Semi Bening Karet Lateks Super Lembut (dengan Diameter Dalam 1/4" dan Diameter Luar 5/16").

Outlet pompa membutuhkan tabung yang lebih besar dan adaptor: Fitting Berduri Polypropylene Tahan Kimia, Mengurangi Lurus untuk ID Tabung 1/4" x 1/8".

Akhirnya, Fitting Berduri Polypropylene Tahan Kimia, Lurus untuk ID Tabung 1/8 berfungsi sebagai konektor ke wadah penyiraman.

Langkah 9: Sketsa NodeMCU

Sketsa NodeMCU mengimplementasikan beberapa fitur IoT APIS v2:

1. Terhubung ke jaringan WiFi yang ada -ATAU- berjalan sebagai Titik Akses WiFi (tergantung konfigurasi)
2. Kueri server NTP untuk mendapatkan waktu lokal
3. Menerapkan server web untuk pemantauan tanaman, dan menyesuaikan parameter penyiraman dan jaringan
4. Mengukur kelembaban tanah, kebocoran air baki bawah, ketinggian air dalam toples, dan memberikan indikasi visual melalui LED 3 warna
5. Menerapkan mode operasi online dan hemat daya
6. Menyimpan informasi tentang setiap penyiraman berjalan secara lokal di memori flash internal

Langkah 10: Sketsa NodeMCU - WiFi

Secara default IoT APIS v2 akan membuat titik akses WiFi lokal yang disebut "Plant_XXXXXX", di mana XXXXXX adalah nomor seri chip ESP8266 di papan NodeMCU.

Anda dapat mengakses server web bawaan melalui URL: https://plant.io Server DNS internal akan menghubungkan perangkat Anda ke halaman status APIS.

Dari halaman status, Anda dapat menavigasi ke halaman parameter penyiraman dan halaman parameter jaringan, di mana Anda dapat membuat IoT APIS v2 terhubung ke jaringan WiFi Anda dan mulai melaporkan status ke cloud.

IoT APIS mendukung mode operasi online dan hemat daya:

1. Dalam mode online, IoT APIS membuat koneksi WiFi tetap menyala sepanjang waktu, sehingga Anda dapat memeriksa status pabrik Anda kapan saja
2. Dalam mode hemat daya, IoT APIS memeriksa kelembaban tanah dan ketinggian air secara berkala, menempatkan perangkat ke mode "tidur nyenyak" di antaranya, sehingga secara dramatis mengurangi konsumsi dayanya. Namun, perangkat tidak tersedia online sepanjang waktu, dan parameter hanya dapat diubah selama waktu perangkat menyala (saat ini setiap 30 menit, selaras dengan jam waktu nyata jam/setengah jam). Perangkat akan tetap online selama 1 menit setiap 30 menit untuk memungkinkan perubahan konfigurasi, dan kemudian akan memasuki mode tidur nyenyak. Jika pengguna terhubung ke perangkat, waktu "naik" diperpanjang hingga 3 menit untuk setiap koneksi.

Saat perangkat terhubung ke jaringan WiFi lokal, alamat IP-nya dilaporkan ke server cloud IoT, dan terlihat di perangkat pemantauan seluler.

Langkah 11: Sketsa NodeMCU - NTP

IoT APIS v2 menggunakan protokol NTP untuk mendapatkan waktu lokal dari server waktu NIST. Waktu yang tepat digunakan untuk menentukan apakah perangkat harus memasuki mode "malam", yaitu menghindari menjalankan pompa atau berkedip LED.

Waktu malam dapat dikonfigurasi untuk hari kerja dan pagi akhir pekan secara terpisah.

Langkah 12: Sketsa NodeMCU - Server Web Lokal

IoT APIS v2 mengimplementasikan server web lokal untuk pelaporan status dan perubahan konfigurasi. Halaman beranda menyediakan informasi tentang kelembaban dan ketinggian air saat ini, keberadaan air yang meluap di baki bawah, dan statistik dari penyiraman terbaru. Halaman konfigurasi jaringan (dapat diakses melalui tombol konfigurasi jaringan) menyediakan kemampuan untuk terhubung ke jaringan WiFi lokal, dan mengubah antara mode Online dan Hemat Daya. (Perubahan pada konfigurasi jaringan akan menyebabkan perangkat diatur ulang) Halaman konfigurasi penyiraman (dapat diakses melalui tombol konfigurasikan air) menyediakan kemampuan mengubah parameter penyiraman (kelembaban tanah untuk memulai/menghentikan penyiraman, durasi penyiraman dan jeda saturasi antar aliran, jumlah putaran, dll.)File HTML server web terletak di folder data sketsa IoT APIS Arduino IDE. Mereka harus diunggah ke memori flash NodeMCU sebagai sistem file SPIFF menggunakan alat "Unggah Data Sketsa ESP8266" yang terletak di sini.

Langkah 13: Sketsa NodeMCU - Log Penyiraman Lokal dan Akses ke Sistem File Internal

Jika konektivitas jaringan tidak tersedia, sistem IoT APIS v2 mencatat semua aktivitas penyiraman secara lokal.

Untuk mengakses log, sambungkan ke perangkat dan navigasikan ke halaman '/ edit', lalu unduh file watering.log. File ini berisi riwayat semua penyiraman sejak penebangan dimulai.

Contoh file log tersebut (dalam format yang dipisahkan tab) dilampirkan pada langkah ini.

CATATAN: Halaman unduhan tidak tersedia saat IoT APIS v2 sedang berjalan dalam mode Access Point (karena ketergantungan pada perpustakaan Java Script online).

Langkah 14: Sketsa NodeMCU - Kelembaban Tanah, Kebocoran Air Baki Bawah, Ketinggian Air, LED 3 Warna

Pengukuran kelembaban tanah didasarkan pada prinsip yang sama dengan APIS asli. Silakan merujuk ke instruksi itu untuk detailnya.

Kebocoran baki air dideteksi dengan memberikan tegangan sesaat ke kabel yang terletak di bawah panci menggunakan resistor PULLUP internal. Jika status PIN yang dihasilkan LOW, berarti ada air di baki. Status PIN TINGGI menunjukkan bahwa sirkuit "rusak", oleh karena itu tidak ada air di baki bawah.

Ketinggian air ditentukan dengan mengukur jarak dari atas toples ke permukaan air dan membandingkannya dengan jarak ke dasar toples kosong. Harap perhatikan penggunaan sensor 3 pin! Itu lebih mahal daripada sensor empat pin HC-SR04. Sayangnya saya kehabisan GPIO di NodeMCU dan harus memotong setiap kabel yang saya bisa untuk membuat desain bekerja hanya pada satu NodeMCU tanpa sirkuit tambahan.

3 warna LED digunakan untuk secara visual menunjukkan status APIS:

1. Cukup berkedip HIJAU - menghubungkan ke jaringan WiFi
2. Berkedip cepat HIJAU - menanyakan server NTP
3. HIJAU padat singkat - terhubung ke WiFi dan berhasil memperoleh waktu saat ini dari NTP
4. PUTIH padat singkat - inisialisasi jaringan selesai
5. PUTIH berkedip cepat - memulai Mode Titik Akses
6. BIRU berkedip cepat - menyiram
7. Cukup Berkedip BIRU - jenuh
8. KUNING solid sebentar diikuti oleh MERAH solid singkat - tidak bisa mendapatkan waktu dari NTP
9. WHITE secara singkat solid selama akses ke server web internal

LED tidak beroperasi dalam mode "malam". Mode NIght hanya dapat ditentukan dengan andal jika perangkat dapat memperoleh waktu lokal dari server NTP setidaknya sekali (Jam Real Time lokal akan digunakan hingga koneksi berikutnya ke NTP dibuat)

Contoh fungsi LED tersedia di YouTube di sini.

Langkah 15: Tenaga Surya, Bank Daya, dan Operasi Otonom

Salah satu ide di balik IoT APIS v2 adalah kemampuan untuk beroperasi secara mandiri.

Desain saat ini menggunakan panel tenaga surya dan bank daya sementara 3600 mAh untuk mencapai itu.

1. Panel surya tersedia di amazon.com
2. Bank daya juga tersedia di amazon.com

Panel surya juga memiliki baterai 2600 mAh, tetapi tidak dapat mempertahankan operasi APIS 24 jam bahkan dalam mode hemat daya (saya menduga baterai tidak dapat digunakan dengan baik dengan pengisian dan pengosongan simultan). Kombinasi dua baterai tampaknya memberikan daya yang memadai dan memungkinkan pengisian ulang kedua baterai di siang hari. Panel surya mengisi daya bank daya, sementara bank daya menyalakan perangkat APIS.

Tolong dicatat:

Komponen-komponen itu opsional. Anda cukup menyalakan perangkat dengan adaptor USB apa pun yang menyediakan arus 1A.

Langkah 16: Integrasi IoT - Blynk

Salah satu tujuan desain baru ini adalah kemampuan untuk memantau kelembaban tanah, ketinggian air, dan parameter lainnya dari jarak jauh.

Saya memilih Blynk (www.blynk.io) sebagai platform IoT karena kemudahan penggunaan dan desain visual yang menarik.

Karena sketsa saya didasarkan pada perpustakaan multitasking kooperatif TaskScheduler, saya tidak ingin menggunakan perpustakaan perangkat Blynk (mereka tidak diaktifkan untuk TaskScheduler). Sebagai gantinya, saya menggunakan Blynk HTTP RESTful API (tersedia di sini).

Mengonfigurasi Aplikasi seintuitif mungkin. Silakan ikuti screenshot terlampir.

Langkah 17: Sketsa dan File

Sketsa IoT APIS v2 terletak di github di sini: Sketsa

Beberapa perpustakaan yang digunakan oleh sketsa terletak di sini:

1. TaskScheduler - perpustakaan multitasking kooperatif untuk Arduino dan esp8266
2. AvgFilter - implementasi integer dari filter Rata-rata untuk pemulusan data sensor
3. RTCLib - implementasi perangkat keras dan perangkat lunak Jam Waktu Nyata (dimodifikasi oleh saya)
4. Waktu - Modifikasi untuk perpustakaan Waktu
5. Zona waktu - perpustakaan yang mendukung penghitungan zona waktu

CATATAN:

Lembar data, dokumentasi pin, dan file 3D terletak di sub-folder "file" dari sketsa utama.

File HTML untuk server web internal harus diunggah ke memori flash NODE MCU menggunakan arduino-esp8266fs-plugin (yang membuat file sistem file dari sub-folder "data" dari folder sketsa utama dan mengunggahnya ke memori flash)

Runner Up dalam Lomba Berkebun Dalam Ruangan 2016