Terrario de IoT: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Mi novia está obsesionada con las plantas de interior, y hace un rato mencionó que quería construir un terrario. Deseosa de hacer el mejor trabajo, buscó en Google cómo y las mejores prácticas de cómo crear y cuidar uno de estos. Resulta que hay un millón de publicaciones en el blog y no hay una respuesta directa, y todo parece reducirse a la apariencia de cómo están creciendo los terrarios individuales. Como soy un hombre de ciencia y me gustan los datos para saber si algo realmente está funcionando, quería aprovechar mis conocimientos de IoT y electrónica y crear un monitor IoT Terrarium.

El plan era construir un sistema basado en sensores que pudiera monitorear la temperatura, la humedad y la humedad del suelo desde una página web simple pero elegante. Esto nos permitiría monitorear la salud del terrario para que siempre supiéramos que estaba en las mejores condiciones. Como también me encantan los LED (quiero decir, a quién no), ¡también quería agregar un neopixel que convirtiera el terrario en el ambiente perfecto o en la luz nocturna también!

Después de planificar la construcción, supe que quería compartir esto para que otros pudieran hacer las suyas propias. Entonces, para permitir que todos puedan reproducir este proyecto, solo he utilizado materiales fáciles de obtener que se pueden comprar en la mayoría de las tiendas físicas o fácilmente a través de sitios como Adafruit y Amazon. Entonces, si está interesado en construir su propio Iot-Terrarium un domingo por la tarde, ¡siga leyendo!

Suministros

En su mayor parte, debería poder comprar artículos similares a los míos. Pero le animo a que se diversifique y se haga más grande y mejor, por lo que es posible que desee adaptar algunos de los elementos que se enumeran a continuación a su construcción específica. También enumeraré algunos materiales y métodos alternativos a lo largo de este inescrutable para aquellos que no tienen acceso a todo. Entonces, para comenzar, hay algunas herramientas que necesitará para seguir adelante, estas son;

• Taladro y brocas: se utiliza para perforar la tapa del recipiente del terrario para montar sus sensores, luces y controladores.
• Pistola de pegamento caliente: se utiliza para pegar los sensores a la tapa del terrario. Puede optar por utilizar un método de montaje diferente, como pegamento o tuercas y tornillos.
• Soldador (opcional): decidí hacer un PCB dedicado para este proyecto para que las conexiones fueran las mejores posibles. También puede usar una placa de prueba y cables de puente y lograr el mismo resultado.
• Aproximadamente 4 horas: este proyecto de principio a fin en la construcción me tomó aproximadamente 4 horas más o menos para completarlo. Esto dependerá de cómo decidas construir tu versión.

A continuación se muestra una lista de materiales para la electrónica para detectar y controlar el terrario. No tiene que usar todos los sensores, ni tiene que usar los mismos sensores para su terrario, pero para el código suministrado, estos materiales funcionarán de inmediato. Un pequeño aviso, utilizo enlaces de asociados de Amazon para esto, así que gracias por el apoyo si decide comprar algo de esos enlaces.

• Un ESP8266: se utiliza para controlar el neopixel, leer los datos de los sensores y mostrarle la página web. También puede optar por utilizar Adafruit HUZZAH
• Adafruit Flora RGB NeoPixel (o de Adafruit): estos son pequeños neopíxeles increíbles en un gran factor de forma. También tienen todos los demás componentes pasivos necesarios para un fácil control.
• Sensor de temperatura y humedad DHT11 (o de Adafruit): un sensor básico de temperatura y humedad. También puede utilizar DHT22 o DHT21 para esto.
• Sensor de humedad del suelo (o de Adafruit): vienen en dos sabores. Usé un tipo resistivo, pero recomiendo el tipo capacitivo como el de Adafruit. Más sobre estos más adelante.
• Una fuente de alimentación de 5 V (1 A): necesitará una fuente de alimentación de 5 V para este proyecto. Esto debe tener al menos 1 A de potencia, por lo que también puede usar un enchufe de pared USB estándar.
• Un prototipo de PCB: se utiliza para conectar todo en una mansión robusta. También puede usar una placa de pruebas y algunos cables de puente.
• Algunos pernos de montaje: se utilizan para montar su PCB en la tapa de su jarra. También puedes usar pegamento termofusible.
• Encabezados de PCB: para montar el NodeMCU en el PCB.
• Cable: cualquier variedad de cables para conectar la PCB y los sensores.

Para su terrario real, hay opciones ilimitadas que tiene. Le recomiendo encarecidamente que se dirija a su centro de jardinería más cercano para obtener todos sus suministros y consejos. Allí también puedes pedir ayuda sobre la mejor combinación de materiales para construir un Terrario para las plantas que utilices. Para mí, mi centro de jardinería local tenía todos los materiales necesarios en prácticas bolsitas. Éstas eran;

• Un frasco de vidrio: generalmente se encuentra en la tienda de su hogar. Puede ser de cualquier forma o tamaño que desee, pero debe tener una tapa que le permita perforar y colocar dispositivos electrónicos.
• Plantas: la parte más importante. Elija sabiamente y asegúrese de combinar todos los materiales en la construcción para adaptarse a su planta. Usé un poco de ayuda de aquí.
• Suelos, arenas, guijarros, carbón y musgo: estos son los componentes básicos de un terrario y, por lo general, son fáciles de encontrar en una ferretería con una sección de jardinería o en su vivero local.

¡También echa un vistazo a una gran cantidad de construcciones de terrarios aquí en Instructables también!

Paso 1: hacer su terrario

Para empezar, ¡necesitamos construir un terrario antes de poder conectarlo a Internet! No existe una forma correcta o incorrecta de compilar un terrario, pero existen buenas prácticas que intentaré describir.

La primera y más importante es que su objetivo es imitar el entorno en el que prosperan las plantas elegidas. Por lo general, un terrario usa más plantas tropicales amantes de la humedad, pero muchas personas todavía usan cosas como suculentas en un recipiente con la parte superior abierta. Elegí una planta más tropical para esta construcción para poder tener una tapa sellada que usaré para montar la electrónica.

La siguiente mejor práctica es el orden de cómo se combinan los ingredientes de un terrario. Para obtener los mejores resultados, deberá colocarlos en capas correctamente para que el agua pueda drenar y filtrarse a través del sistema y volver a circular. Tenga cuidado con el celo excesivo con las plantas y los materiales. Extienda su frasco, plantas y materiales antes de colocarlos por completo, de lo contrario, es posible que todo no encaje.

Siguiendo junto con las fotos para este paso, las instrucciones a continuación son cómo puede colocar su terrario en capas para obtener el mejor resultado;

1. Coloca algunos guijarros en el fondo del frasco. Esto es para el drenaje y deja un lugar para que se acumule el agua.
2. Luego coloque una capa de musgo, este es un filtro para evitar que la tierra caiga por las grietas de los guijarros y eventualmente arruine el efecto que dan los guijarros. Esto también se puede lograr con una malla de alambre.
3. Luego agregue su carbón encima. Este carbón actúa como filtro de agua.
4. Sobre el carbón, ahora puedes agregar tierra. En esta etapa, querrá verificar qué tan lleno se está llenando su frasco, ya que puede vaciarlo todo y comenzar de nuevo aquí más fácilmente que más tarde.
5. (Opcional) También puede agregar otros materiales como arena para un efecto de capas. Agregué una capa muy fina de arena para un efecto estético, luego coloqué el resto de mi suelo en capas.
6. A continuación, haz un agujero en el medio, luego quita las macetas y colócalas delicadamente en el centro.
7. Si puede alcanzar, acaricie la tierra alrededor de sus plantas para incrustarlas firmemente en el suelo.
8. Termine agregando algunos guijarros decorativos en la parte superior y un poco más de musgo que cobrará vida con un poco de humedad.

¡Fue muy fácil preparar uno o dos terrarios un domingo por la tarde! Pero no confíe en mi palabra por el evangelio, asegúrese de ver cómo otros han construido la suya.

Paso 2: hacerlo inteligente

Es hora de hacer que su terrario se destaque de los demás. Es hora de hacerlo inteligente. Para hacer esto, necesitamos saber qué queremos medir y por qué. No soy un experto en jardinería, por lo que esta es la primera vez para mí, pero entiendo muy bien los sensores y microcontroladores, por lo que la aplicación de mis conocimientos en uno, con suerte, cerrará la brecha con el otro.

Después de buscar en Google para averiguar qué métricas serían las mejores, fui de compras para encontrar sensores adecuados con los que trabajar. Terminé eligiendo 3 cosas para medir. Estos fueron la temperatura, la humedad y la humedad del suelo. Estas tres métricas brindarán una descripción general genérica de la salud de nuestro terrario y nos ayudarán a saber si es saludable o requiere cuidado.

Para medir la temperatura y la humedad, elegí el DHT11. Estos están disponibles en muchas fuentes, como Adafruit y otras tiendas de electrónica. También son totalmente compatibles con el entorno Arduino junto con otros sensores de la misma familia, como DHT22 y DHT21. El código al final de este Instructable admite cualquier versión, por lo que puede elegir cualquier versión que se adapte a su presupuesto y disponibilidad.

Los sensores de humedad del suelo vienen en dos sabores; resistiva y capacitiva. Para este proyecto terminé con un sensor resistivo ya que era lo que estaba disponible para mí en ese momento, pero un sensor capacitivo ofrecería el mismo resultado.

Los sensores resistivos funcionan aplicando un voltaje a dos pines en el suelo y midiendo la caída de voltaje. Si el suelo está húmedo, habrá menos caída de voltaje y, por lo tanto, un valor mayor leído por el ADC del microcontrolador. La belleza de estos es su simplicidad y costo, razón por la cual terminé usando esta versión.

Los sensores capacitivos funcionan enviando una señal a uno de los dos pines en el suelo como la versión resistiva, la diferencia es que busca un retraso cuando el voltaje llega al siguiente pin. Esto sucede muy rápido, pero todos los aspectos inteligentes generalmente se atienden a bordo del sensor. La salida, como las versiones resistivas, suele ser también analógica, lo que permite conectarla al pin analógico del microcontrolador.

Ahora bien, la idea detrás de estos sensores no es dar un valor absoluto a todo ya que sus técnicas de medición y propiedades físicas dependen de demasiadas variables de su terrario. La forma de ver los datos de estos sensores, especialmente la humedad del suelo, es relativa ya que no están realmente calibrados. Entonces, para ayudar a eliminar el juego de adivinanzas sobre cuándo regar o cuidar su jardín, necesitará observar un poco cómo va su terrario y relacionarlo mentalmente con los datos de su sensor.

Paso 3: hacer la PCB

Para este proyecto, decidí hacer mi propia PCB a partir de una placa prototipo. Elegí esto para que todo estuviera conectado de manera más robusta que una placa de pruebas o mediante cables de cabecera. Habiendo dicho esto, si compra el factor de forma correcto de sensores y controladores, definitivamente puede construirlo en una placa de pruebas si no tiene acceso a un soldador.

Ahora, su terrario probablemente usará un frasco diferente al mío y, por lo tanto, no usará el PCB exacto que hice, por lo que no entraré en detalles sobre el método exacto que utilicé para crearlo. En su lugar, a continuación hay una serie de pasos indicativos que puede seguir para asegurarse de lograr el mismo resultado. Al final, todo lo que necesita hacer para que el proyecto funcione es seguir el diagrama del circuito en las imágenes.

1. Comience colocando la PCB encima de la tapa para ver cómo encaja todo. Luego marque las líneas de corte y los orificios de montaje en la PCB. En este paso, también debe marcar dónde debe estar el orificio de la tapa para los cables.
2. A continuación, corte la placa si está utilizando una placa prototipo. Puede hacer esto usando un cuchillo y una regla marcando los agujeros y rompiéndola.
3. Luego, con un taladro, forme los orificios de montaje para que los tornillos pasen por la tapa. El diámetro de este orificio debe ser mayor que el de los tornillos. Usé un orificio de 4 mm para tornillos M3. También puede usar pegamento caliente para montar la PCB en la tapa.
4. En esta etapa, es una buena idea hacer también los orificios de montaje en la tapa mientras no haya componentes en la PCB. Así que coloque su PCB en la parte superior de su tapa, marque los agujeros y perfore con un diámetro más pequeño que sus pernos de montaje. Esto permitirá que los pernos muerdan la tapa.
5. Taladre el orificio para que los cables pasen por completo. Hice un agujero de 5 mm para el mío, que era del tamaño correcto. En esta etapa, también es una buena idea marcar y perforar el mismo orificio en la tapa.
6. Ahora puede colocar los componentes en su PCB y comenzar a soldar. Comience con los encabezados del ESP8266.
7. Con los encabezados ESP8266 en su lugar, ahora sabe dónde se alinean los pines, por lo que ahora puede cortar algunos cables para conectar sus sensores. Al hacer esto, asegúrese de que sean más largos de lo necesario, ya que puede recortarlos más tarde. Estos cables deben ser para toda su potencia + y -, así como para las líneas de datos. También los codifiqué por colores para saber cuál era qué.
8. Luego suelde todos los cables que necesita para la placa de acuerdo con el diagrama del circuito y empújelos a través del orificio de la PCB listo para montar en la tapa y conectarlos a sus sensores.
9. Por último, deberá realizar una conexión para su fuente de alimentación. Agregué un conector pequeño (no en las imágenes) para esto. Pero también puedes soldarlo directamente.

¡Eso es para el ensamblaje de PCB! Son sugerencias principalmente mecánicas, ya que dependerá de usted diseñar su PCB para que se adapte a su tapa. En esta etapa, no monte la PCB en la tapa, ya que tendremos que montar el sensor en la parte inferior en el siguiente paso.

Paso 4: Hacer la tapa

¡Es hora de montar los sensores y las luces en la tapa! Si siguió el último paso, debe tener una tapa con todos los orificios de montaje de la PCB y un orificio grande para que pase el cable del sensor. Si lo hace, ahora puede distribuir las luces y los sensores de la forma que desee. Al igual que el último paso, el método que use probablemente será un poco diferente, pero aquí hay una lista de pasos que lo ayudarán a diseñar su tapa.

Precaución: Las líneas de datos de los neopíxeles tienen una dirección. Preste atención a la entrada y salida de cada luz buscando las flechas en la PCB. Asegúrese de que los datos vayan siempre de la salida a la entrada.

1. Comience colocando las luces y el sensor de temperatura en la tapa para ver dónde le gustaría colocarlos. Sugiero mantener el sensor de temperatura alejado de las luces, ya que emitirán un poco de calor. Pero aparte de eso, el diseño depende completamente de usted.
2. Con todo dispuesto, puede cortar un poco de cable para conectar las luces. Hice esto cortando una pieza de prueba y usándola como guía para cortar el resto.
3. A continuación, utilicé un poco de blue-tak para mantener presionadas las luces y soldé los cables con las almohadillas a los lados de las tablas de flora. Preste atención a las direcciones de datos de las luces.
4. Luego quité el blue-tak de las luces y usé pegamento caliente para asegurarlas a la tapa junto con el sensor de temperatura en el lugar con el que estaba contento.
5. Ahora tome su PCB y móntelo en la tapa donde taladró y roscó los orificios anteriormente. Empuje los cables a través del orificio grande listos para ser conectados a los sensores.
6. Luego suelde cada uno de los cables a los sensores correctos siguiendo el diagrama de circuito proporcionado en el paso anterior.
7. Dado que el sensor de suelo no está montado en la tapa, deberá asegurarse de que los cables queden lo suficientemente largos como para plantarlos en el suelo. Una vez cortado, suelde su sensor de suelo.

Felicidades, ahora debería tener una tapa basada en sensor completamente ensamblada con sensores de temperatura, humedad y humedad del suelo. En pasos posteriores, verá que agregué un sombrero impreso en 3D de resina de madera para cubrir también el ESP8266. No he descrito cómo hacer esto porque la forma final y el tamaño de su terrario probablemente serán diferentes y no todos tienen acceso a una impresora 3D. Pero quiero señalarlo, ¡así que sirve como una idea de cómo es posible que desee terminar su proyecto!

Paso 5: codificación del ESP8266 con Arduino

Con su tapa con sensor lista para usar, es hora de ponerle la inteligencia. Para hacer esto, necesitará el entorno Arduino con las placas ESP8266 instaladas. Esto es agradable y fácil de poner en marcha gracias a la gran comunidad que lo respalda.

Para este paso, sugiero no tener el ESP8266 conectado a la PCB para que pueda solucionar cualquier problema con la carga y ejecución primero. Una vez que su ESP8266 esté funcionando y conectado a WiFi por primera vez, le sugiero que lo conecte a la PCB.

Configure el entorno Arduino:

Primero necesitará el entorno Arduino que se puede descargar desde aquí para la mayoría de los sistemas operativos. Siga las instrucciones de instalación y espere a que termine. Una vez hecho esto, ábralo y podemos agregar los tableros ESP8266 siguiendo los excelentes pasos en el repositorio oficial de GitHub aquí.

Una vez agregado, deberá seleccionar el tipo de placa y el tamaño de flash para que este proyecto funcione. En el menú "herramientas" -> "tablero" deberá seleccionar el módulo "NodeMCU 1.0", y en las opciones de tamaño de Flash deberá seleccionar "4M (1M SPIFFS)".

Añadiendo las bibliotecas

Aquí es donde la mayoría de la gente se despega cuando intenta replicar el proyecto de alguien. Las bibliotecas son meticulosas y la mayoría de los proyectos dependen de una versión específica que se debe instalar para que funcionen. Si bien el entorno Arduino aborda parcialmente este problema, generalmente es la fuente de problemas de tiempo de compilación que encuentran los nuevos principiantes. Este problema se resuelve con otros lenguajes y entornos utilizando algo llamado "empaquetado", pero el entorno Arduino no es compatible con esto … técnicamente.

Para las personas con una nueva instalación del entorno Arduino, puede omitir esto, pero para otros que quieran saber cómo asegurarse de que cualquier proyecto que realicen con el entorno Arduino funcionará (siempre que lo haga fuera de la caja para empezar.) Puedes hacerlo. La solución depende de que usted cree una nueva carpeta en cualquier lugar que desee y dirija la ubicación de su "Sketchbook" en el menú "archivo" -> "preferencias". Justo en la parte superior donde dice la ubicación del cuaderno de bocetos, haga clic en examinar y navegue hasta su nueva carpeta.

Después de hacer esto, no tendrá ninguna biblioteca instalada aquí, lo que le permite agregar cualquiera que desee sin las que había instalado antes. Esto significa que para un proyecto específico como este, puede agregar las bibliotecas que vienen con mi repositorio de GitHub y no tener conflictos con otros que pueda haber instalado. ¡Perfecto! Si desea volver a sus antiguas bibliotecas, todo lo que tiene que hacer es cambiar la ubicación de su cuaderno de bocetos a la original, es así de fácil.

Ahora, para agregar las bibliotecas para este proyecto, deberá descargar el archivo zip del repositorio de GitHub e instalar todas las bibliotecas en la carpeta "bibliotecas" incluida. Todos estos se almacenan como archivos.zip y se pueden instalar siguiendo los pasos sugeridos en la página web oficial de Arduino para esto.

Cambiar las variables requeridas

Una vez que haya descargado e instalado todo, es hora de comenzar a compilar y cargar el código en la placa. Entonces, con ese repositorio descargado, también debería haber una carpeta llamada "IoT-Terrarium" con un montón de archivos.ino en ella. Abra el archivo principal llamado "IoT-Terrarium.ino" y desplácese hacia abajo hasta la parte de Variables principales del boceto cerca de la parte superior.

Aquí debe cambiar un par de variables clave para que coincidan con lo que ha construido. Lo primero que debe agregar son sus credenciales de WiFi al boceto para que el ESP8266 inicie sesión en su WiFi para que pueda acceder a él. Éstos distinguen entre mayúsculas y minúsculas, así que tenga cuidado.

Cadena SSID = "";

String Password = "";

La siguiente es la zona horaria en la que se encuentra. Puede ser un número positivo o negativo. Por ejemplo, Sydney es +10;

#define UTC_OFFSET +10

Después de eso, es el período de muestreo y la cantidad de datos que el dispositivo debe almacenar. El número de muestras recolectadas debe ser lo suficientemente pequeño para que el microcontrolador las maneje. He descubierto que cualquier cosa por debajo de 1024 está bien, cualquier cosa más grande es inestable. El período de recolección es el tiempo entre muestras en milisegundos.

Multiplicar estos datos le da cuánto tiempo retrocederán los datos, los valores predeterminados de 288 y 150000 (2.5 minutos) respectivamente dan un período de tiempo de 12 horas, cámbielos para adaptarse a la antigüedad que le gustaría ver.

#define NUM_SAMPLES 288

#define COLLECTION_PERIOD 150000

En los pasos anteriores, conecté los LED al pin D1 (pin 5) del ESP8266. Si ha cambiado esto o ha agregado más o menos LED, puede cambiar esto en las dos líneas;

#define NUM_LEDS 3 // La cantidad de LED que ha conectado

#define DATA_PIN 5 // El pin en el que está la línea de datos del LED

Lo último que debe cambiar es la configuración de DHT11. Simplemente cambie el pin al que está conectado y el tipo si no ha utilizado el DHT11;

#define DHT_PIN 4 // El pin de datos al que ha conectado su sensor DHT

#define DHTTYPE DHT11 // Descomente esto cuando use DHT11 // #define DHTTYPE DHT22 // Descomente esto cuando use DHT22 // #define DHTTYPE DHT21 // Descomente esto cuando use DHT21

Compilar y cargar

Después de cambiar todo lo que necesita, puede seguir adelante y compilar el boceto. Si todo está bien, debería compilarse y no dar errores en la parte inferior de la pantalla. Si te quedas atascado, puedes comentar a continuación y debería poder ayudarte. Adelante, conecta el ESP8266 con un cable USB a tu computadora y presiona cargar. Una vez hecho esto, debería iniciarse y conectarse al WiFi. También hay algunos mensajes en el monitor de serie para indicarle lo que está haciendo. Los usuarios de Android deben tomar nota de la dirección IP que indica, ya que necesitará saberla.

¡Eso es todo! Has subido el código correctamente. Ahora, pegue la tapa al terrario y vea qué tienen que decir los sensores.

Paso 6: el producto final

Una vez que estén todos juntos, inserte el sensor de suelo en el suelo de modo que las dos puntas queden cubiertas. Luego, simplemente cierre la tapa, conecte su fuente de alimentación y encienda. Ahora puede navegar a la página web del EPS8266 si está en la misma red WiFi que este. Esto se puede hacer yendo a su dirección IP o usando mDNS en; https://IoT-Terrarium.local/ (Nota actualmente compatible con Android, suspiro)

El sitio web está ahí para mostrarle todos los datos que está recopilando y para verificar el estado de salud de sus plantas. Ahora puede ver todas las estadísticas de todos sus sensores y, lo más importante, encender los LED para obtener una pequeña luz nocturna única, ¡increíble!

También puede guardar la página en su pantalla de inicio en iOS o Android para que actúe como una aplicación. Solo asegúrese de estar en la misma red WiFi que su ESP8266 cuando haga clic en él.

Eso es todo para este proyecto, si tiene algún comentario o consulta déjelo en los comentarios. ¡Gracias por leer y hacer feliz!