Jardín IOT con tecnología Raspberry Pi: 18 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Uno de los principales objetivos de este proyecto era poder mantener el bienestar de un jardín utilizando el poder del Internet de las cosas (IoT). Con la versatilidad de las herramientas y el software actuales, nuestra sembradora está integrada con sensores que monitorean el estado en tiempo real de las plantas. Creamos una aplicación para teléfonos inteligentes que nos permite acceder a los datos y tomar las acciones necesarias si es necesario.

El diseño de nuestra jardinera es escalable, de bajo costo y fácil de construir, por lo que es la opción perfecta para agregar vegetación a la terraza o el patio trasero. El jardín inteligente ha demostrado ser más eficiente en el consumo de agua y facilita el mantenimiento y la monitorización.

Continúe para aprender cómo crear su propia base de datos y aplicación, creando un jardín que pueda ser monitoreado con solo hacer clic en un botón.

Paso 1: descripción general del sistema IOT

El sistema Iot funciona a través de los siguientes procesos. Una Raspberry Pi se utiliza para transmitir información útil del jardín, como la luminosidad, la humedad y el contenido de humedad en el suelo desde varios sensores a una base de datos en la nube. Una vez que la información está en la nube, se puede acceder a ella desde cualquier lugar utilizando una aplicación de teléfono inteligente que creamos. Este proceso también es reversible, el usuario puede enviar instrucciones, como el estado de la bomba de agua, al jardín que ejecutará los comandos requeridos.

Las siguientes son algunas de las características clave de nuestro jardín:

Retroalimentación en tiempo real de los distintos sensores del jardín

Base de datos del estado de salud del jardín

Capacidades operativas y de seguimiento global

Sistema de riego por goteo

Sistema de agua controlado por aplicación

Programas de riego automáticos

Decidimos utilizar Firebase de Google como intermediario de nuestro sistema IOT, para crear nuestra propia base de datos en la nube gratuita. Luego usamos App Inventor del MIT para crear una aplicación para teléfonos inteligentes que sea compatible con la base de datos Firebase y Raspberry Pi. También puede comunicarse con la base de datos con la ayuda de una biblioteca Python gratuita.

Paso 2: Materiales necesarios:

Los materiales necesarios para fabricar la maceta iot se pueden encontrar fácilmente en tiendas locales o en línea. La siguiente lista es una descripción de todas las piezas necesarias.

HARDWARE:

Tablón de madera de pino de 1 "- dimensiones; 300 cm x 10 cm (ya que la madera estará al aire libre, recomendamos madera tratada)

Madera contrachapada de 1/4 "- dimensiones; 120 cm por 80 cm

Hoja de lona - dimensiones; El 180cm los x 275cm

Tubería de PVC - dimensiones; longitud 30cm, Dia 2cm

Tubo quirúrgico - dimensiones; 250cm

Articulación del codo x 2

Tornillo para madera x 30

ELECTRÓNICA:

Rasberry Pi3 Modelo B

Escudo del sensor Grove Pi +

Válvula de solenoide 12V

Sensor de temperatura y humedad (dht11)

Sensor de humedad

Sensor de luminosidad

Módulo de relé

Fuente de alimentación de 12V

El costo total de este proyecto es de aproximadamente 50 USD.

Paso 3: piezas impresas en 3d

Varios componentes que debían personalizarse para este proyecto se hicieron con la ayuda de la impresión 3D. La siguiente lista contiene la lista completa de piezas y sus especificaciones de impresión. Todos los archivos STL se proporcionan en una carpeta adjunta arriba, lo que permite realizar las modificaciones necesarias si es necesario.

Junta de tubería x 1, 30% de relleno

Adaptador de boquilla x 3, 30% de relleno

Tapón de tubo x 3, 10% de relleno

Gancho x 2, 30% de relleno

Montaje del sensor x 1, 20% de relleno

Adaptador de válvula x 1, 20% de relleno

Cubierta de cableado x 1, 20% de relleno

Usamos nuestra Creality Ender 3 para imprimir las piezas, lo que llevó alrededor de 8 horas para las 12 piezas.

Paso 4: los planes

Uno no se limita a las dimensiones que elegimos para hacer nuestra jardinera, sino que se adjuntan arriba todos los detalles necesarios para realizar el proyecto. En los siguientes pasos se puede consultar estas imágenes para cortar la madera.

Paso 5: Construyendo los lados

Para sostener las plantas, decidimos hacer una estructura de macetero de madera. Las dimensiones internas de nuestra caja son de 70 cm por 50 cm con una altura de 10 cm. Usamos tablones de madera de pino para construir los lados.

Usando una sierra circular cortamos las cuatro piezas a la medida (dimensiones adjuntas arriba). Perforamos orificios piloto en los puntos marcados y avellanamos los orificios para que las cabezas de los tornillos queden al ras. Una vez hecho esto, introducimos 8 tornillos para madera mientras nos aseguramos de que los lados estuvieran cuadrados que aseguraban el marco.

Paso 6: Montaje del panel inferior

Para hacer el panel inferior cortamos una pieza rectangular de madera contrachapada de 5 mm, que luego atornillamos en su lugar al marco lateral. Asegúrese de que los orificios estén avellanados para que los tornillos queden alineados con la base. Las dimensiones necesarias se encuentran adjuntas arriba.

Paso 7: Agujeros para la tubería

Nuestra jardinera está hecha para acomodar tres hileras de plantas. Por lo tanto, para el sistema de riego por goteo, un lado debe contener las tuberías para la entrada de agua.

Comience midiendo los diámetros de los conectores y extráigalos equidistantemente en el lado más corto del marco. Como no teníamos una broca forstner, perforamos un orificio de 10 mm y luego lo ensanchamos con una sierra de vaivén. Para suavizar los bordes ásperos, se puede utilizar una Dremel hasta que encajen los conectores.

Paso 8: Conexión de las tuberías de agua

Para conectar las uniones basta con cortar dos piezas de tubo de PVC de 12 cm de largo. Coloque la configuración en seco para comprobar si todo encaja perfectamente.

Luego presione la junta impresa en 3D en el orificio central y los dos conectores de codo de PVC en los extremos opuestos hasta que queden al ras. Vuelva a colocar el panel en el marco y tape los conectores desde el interior con los adaptadores impresos en 3D. Todas las conexiones se ajustan por fricción y deben ser herméticas; de lo contrario, se pueden sellar las uniones con pegamento caliente o cinta de teflón.

Paso 9: válvula solenoide

Para controlar el flujo de agua en el sistema de riego por goteo utilizamos una válvula solenoide. La válvula actúa como una compuerta que se abre cuando se envía una señal eléctrica, lo que la hace controlable automáticamente. Para incorporarlo, unimos un extremo a la fuente de agua y el otro a la tubería de entrada de agua de la maceta mediante un adaptador intermedio. Es importante conectar la válvula en la orientación correcta, generalmente etiquetada como "IN" para la entrada de agua (un grifo) y "OUT" para la salida de agua (la sembradora).

Paso 10: Cableado de la electrónica

A continuación se muestra una tabla con los distintos módulos y sensores con sus respectivos puertos en el escudo grovepi +.

• Sensor de temperatura y humedad ==> puerto D4
• Módulo de relé ==> puerto D3
• Sensor de humedad ==> puerto A1
• Sensor de luz ==> puerto A0

Utilice el diagrama de cableado adjunto arriba como referencia.

Paso 11: Compartimento del sensor

Construimos una caja de compartimentos que contenía todos los componentes electrónicos con la madera contrachapada sobrante. Cortamos la madera de acuerdo con el diseño de la electrónica y pegamos las piezas. Una vez que el pegamento se hubo secado, montamos la fuente de alimentación y la Raspberry Pi en la caja del compartimento, pasando los cables de los sensores a través de una ranura. Para cubrir las ranuras, presionamos cubiertas impresas para sellar cualquier espacio.

El soporte del sensor tiene orificios para colocar clavijas en las que puede montar los sensores. Coloque el sensor de luminosidad y humedad en la parte superior y el sensor de humedad en la ranura ajustable. Para que la caja del compartimiento se pueda quitar fácilmente, atornillamos ganchos impresos en 3D y el soporte del sensor que permitió que la caja se enganchara en la estructura principal. De esta manera, la unidad electrónica y del sistema iot se puede integrar fácilmente a cualquier sembradora.

Paso 12: creación de la base de datos

El primer paso es crear una base de datos para el sistema. Haga clic en el siguiente enlace (Google firebase), que lo llevará al sitio web de Firebase (deberá iniciar sesión con su cuenta de Google). Haga clic en el botón "Comenzar" que lo llevará a la consola de base de fuego. Luego cree un nuevo proyecto haciendo clic en el botón "Agregar proyecto", complete los requisitos (nombre, detalles, etc.) y complete haciendo clic en el botón "Crear proyecto".

Solo necesitamos las herramientas de base de datos de Firebase, así que seleccione "base de datos" en el menú del lado izquierdo. A continuación, haga clic en el botón "Crear base de datos", seleccione la opción "modo de prueba" y haga clic en "habilitar". A continuación, establezca la base de datos en una "base de datos en tiempo real" en lugar de "Cloud Firestore" haciendo clic en el menú desplegable en la parte superior. Seleccione la pestaña "reglas" y cambie las dos "falsas" a "verdaderas", finalmente haga clic en la pestaña "datos" y copie la URL de la base de datos, esto será necesario más adelante.

Lo último que deberá hacer es hacer clic en el ícono de ajustes al lado de la descripción general del proyecto, luego en "configuración del proyecto", luego seleccionar la pestaña "cuentas de servicio", finalmente hacer clic en "Secretos de la base de datos" y anotar el código de seguridad de su base de datos. Con este paso completo, habrá creado con éxito su base de datos en la nube a la que se puede acceder desde su teléfono inteligente y desde la Raspberry Pi. (Use las imágenes adjuntas arriba en caso de ciertas dudas, o simplemente deje una pregunta o comentario en la sección de comentarios)

Paso 13: Configuración de la aplicación

La siguiente parte del sistema IoT es la aplicación para teléfonos inteligentes. Decidimos utilizar MIT App Inventor para crear nuestra propia aplicación personalizada. Para usar la aplicación que creamos, primero abra el siguiente enlace (MIT App Inventor), que lo llevará a su página web. A continuación, haga clic en "crear aplicaciones" hacia la parte superior de la pantalla e inicie sesión con su cuenta de Google.

Descargue el archivo.aia que está vinculado a continuación. Abra la pestaña "proyectos" y haga clic en "Importar proyecto (.aia) desde mi computadora", luego seleccione el archivo que acaba de descargar y haga clic en "Aceptar". En la ventana de componentes, desplácese hacia abajo hasta que vea "FirebaseDB1", haga clic en él y modifique "FirebaseToken", "FirebaseURL" a los valores que había anotado en el paso anterior.

Una vez que haya completado estos pasos, estará listo para descargar e instalar la aplicación. Puede descargar la aplicación directamente en su teléfono haciendo clic en la pestaña "Construir" y haciendo clic en "Aplicación (proporcione el código QR para.apk)" y luego escaneando el código QR con su teléfono inteligente o haciendo clic en "Aplicación (guardar.apk en mi computadora) "descargará el archivo apk en su computadora, que debe cambiar a su teléfono inteligente para luego instalarlo.

Paso 14: Programando la Raspberry Pi

La Raspberry Pi debe actualizarse con la última versión de Raspbian (Raspbian). En caso de que planee usar el escudo GrovePi + como lo hicimos nosotros, actualice su Raspberry Pi con la última versión de "Raspbian for Robots" en su lugar (Raspbian for Robots). Una vez que haya flasheado su Raspberry Pi, deberá instalar una biblioteca de Python adicional. Abra la terminal y pegue los siguientes comandos:

1. solicitudes de instalación de sudo pip == 1.1.0
2. sudo pip instalar python-firebase

Una vez hecho esto, descargue el archivo adjunto a continuación y guárdelo en un directorio en su Raspberry Pi. Abra el archivo y desplácese hacia abajo hasta la línea 32. En esta línea, reemplace la parte que dice "pegue su URL aquí" con la URL de su base de datos que anotó anteriormente, asegúrese de pegar la URL entre las ''. Con esto, ya está, abra la terminal y ejecute el script de python usando el comando "python".

Paso 15: uso de la aplicación

La interfaz de nuestra aplicación se explica por sí misma. Los cuatro cuadros superiores muestran valores en tiempo real de luminosidad, temperatura, humedad y el contenido de humedad del suelo en porcentajes. Estos valores se pueden actualizar haciendo clic en el botón "obtener valores" que indica a la Raspberry Pi que actualice la base de datos en la nube, seguido del botón "actualizar" que actualiza la pantalla una vez que se ha actualizado la base de datos.

La sección inferior de la pantalla es para el sistema de riego por goteo. El botón "on" enciende la bomba de agua mientras que el botón "off" la apaga. El botón "automático" utiliza los distintos valores del sensor para calcular el agua exacta necesaria a diario y riega las plantas dos veces al día a las 8 a. M. Y a las 4 p. M.

Paso 16: revestimiento de lona

Como la humedad del suelo podría pudrir la madera con el tiempo, cortamos una hoja de lona a medida y la alineamos en la superficie interior de la maceta. Asegúrate de pasarlo por los lados y luego sujetarlo en su lugar con un poco de pegamento. Una vez hecho esto, rellenamos con tierra que obtuvimos de una granja local. Extienda la tierra uniformemente hasta la parte superior y luego incruste las tres filas de la tubería de riego por goteo.

En la esquina cerca de las tuberías de agua, coloque la caja electrónica e incruste el sensor de humedad en el suelo. Esto facilita el trabajo de cableado ya que la válvula solenoide está cerca de la electrónica y se puede conectar fácilmente.

Paso 17: Sistema de riego por goteo

Corte tres piezas del tubo quirúrgico que se extiendan a lo largo de la maceta (alrededor de 70 cm), esto actuará como la línea de goteo principal para las plantas. Por lo tanto, planifique el espacio necesario entre las plantas y perfore un orificio de 1 mm y los intervalos. Prueba si el agua gotea fácilmente y agranda los agujeros si es necesario. Use los tres tapones para cerrar los extremos asegurándose de que el agua esté restringida para que salga solo por los orificios de goteo.

¡Incruste ligeramente los tubos en el suelo y estará listo para regar sus plantas!

Paso 18: Resultados de la plantación

Las imágenes de arriba son los resultados del jardín de iot trabajando durante un mes. Las plantas están sanas y logramos cultivar hierbas como la menta y el cilantro.

A través de la experimentación, hemos notado que el modo automático ahorra cerca del 12% de agua por día. A medida que las plantas se riegan mediante riego por goteo, sus raíces crecen rectas dando más espacio para cultivar más plantas en la maceta. El único inconveniente que observamos fue que las plantas más grandes necesitan más profundidad de suelo. Dicho esto, debido a la construcción modular, uno puede agregar fácilmente una base más profunda a sus requisitos.

Para concluir, este sistema no solo hace que su jardín sea más eficiente, sino que también garantiza el bienestar de sus plantas, ya que la retroalimentación de datos en tiempo real proporciona un método sólido para proporcionar la cantidad adecuada de agua y luz solar. Esperamos que el instructivo haya sido útil y que lo ayude a cultivar su propio jardín de iot.

¡Feliz fabricación!

Primer premio en el IoT Challenge