Jardin IOT alimenté par Raspberry Pi : 18 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

L'un des principaux objectifs de ce projet était de pouvoir maintenir le bien-être d'un jardin en utilisant la puissance de l'Internet des objets (IoT). Grâce à la polyvalence des outils et logiciels actuels, notre semoir est intégré à des capteurs qui surveillent l'état en temps réel des plantes. Nous avons construit une application pour smartphone qui permet d'accéder aux données et de prendre les mesures nécessaires si nécessaire.

La conception de notre jardinière est évolutive, peu coûteuse et facile à construire, ce qui en fait l'option parfaite pour ajouter de la verdure à sa terrasse ou à son jardin. Le jardin intelligent s'est avéré plus efficace dans la consommation d'eau et facilite l'entretien et la surveillance.

Continuez pour apprendre à créer votre propre base de données et votre propre application, en créant un jardin qui peut être surveillé d'un simple clic !

Étape 1: Présentation du système IOT

Le système Iot fonctionne à travers les processus suivants. Un Raspberry Pi est utilisé pour relayer des informations utiles du jardin, telles que la luminosité, l'humidité et la teneur en humidité du sol à partir de divers capteurs dans une base de données de nuages. Une fois que les informations sont dans le cloud, elles sont accessibles de n'importe où à l'aide d'une application pour smartphone que nous avons créée. Ce processus est également réversible, l'utilisateur peut envoyer des instructions, telles que l'état de la pompe à eau, au jardin qui exécutera les commandes requises.

Voici quelques-unes des principales caractéristiques de notre jardin:

Retour en temps réel des différents capteurs du jardin

Base de données de l'état de santé du jardin

Capacités globales de surveillance et d'exploitation

Système d'irrigation goutte à goutte

Système d'eau contrôlé par application

Programmes d'arrosage automatiques

Nous avons décidé d'utiliser Firebase de Google comme intermédiaire de notre système IOT, pour créer notre propre base de données cloud gratuite. Nous avons ensuite utilisé App Inventor du MIT pour créer une application pour smartphone compatible avec la base de données Firebase et le Raspberry Pi. Il peut également communiquer avec la base de données à l'aide d'une bibliothèque Python gratuite.

Étape 2: Matériel nécessaire:

Les matériaux nécessaires à la fabrication de la jardinière iot peuvent être facilement trouvés dans les magasins locaux ou en ligne. La liste suivante est une description de toutes les pièces nécessaires.

MATÉRIEL:

1" planche de bois de pin - dimensions; 300 cm x 10 cm (comme le bois sera à l'extérieur, nous recommandons le bois traité)

Contreplaqué 1/4" - dimensions; 120cm par 80cm

Feuille de bâche - dimensions; 180cm x 275cm

Tuyau PVC - dimensions; longueur 30 cm, diamètre 2 cm

Tube chirurgical - dimensions; 250cm

Coude x 2

Vis à bois x 30

ÉLECTRONIQUE:

Rasberry Pi3 Modèle B

Grove Pi + Bouclier de capteur

Électrovanne 12V

Capteur d'humidité et de température (dht11)

Capteur d'humidité

Capteur de luminosité

Module de relais

Alimentation 12V

Le coût total de ce projet est d'environ 50 USD

Étape 3: Pièces imprimées en 3D

Divers composants qui devaient être personnalisés pour ce projet ont été fabriqués à l'aide de l'impression 3D. La liste suivante contient la liste complète des pièces et leurs spécifications d'impression. Tous les fichiers STL sont fournis dans un dossier joint ci-dessus, permettant d'apporter les modifications nécessaires si nécessaire.

Joint de tuyau x 1, 30% de remplissage

Adaptateur de buse x 3, 30% de remplissage

Bouchon de tube x 3, 10 % de remplissage

Crochet x 2, 30% de remplissage

Support de capteur x 1, 20% de remplissage

Adaptateur de valve x 1, 20% de remplissage

Couvercle de câblage x 1, 20% de remplissage

Nous avons utilisé notre Creality Ender 3 pour imprimer les pièces, ce qui a pris environ 8 heures pour les 12 pièces.

Étape 4: Les plans

On n'est pas limité aux dimensions que nous avons choisies pour fabriquer notre jardinière, mais ci-dessus sont joints tous les détails nécessaires à la réalisation du projet. Dans les étapes suivantes, on peut se référer à ces images pour couper le bois.

Étape 5: Construire les côtés

Pour tenir les plantes, nous avons décidé de fabriquer une structure de jardinière en bois. Les dimensions intérieures de notre box sont de 70cm sur 50cm avec une hauteur de 10cm. Nous avons utilisé des planches de bois de pin pour construire les côtés.

À l'aide d'une scie circulaire, nous coupons les quatre pièces à longueur (dimensions jointes ci-dessus). Nous avons percé des trous pilotes aux endroits marqués et fraisé les trous de sorte que les têtes de vis affleurent. Une fois cela fait, nous avons enfoncé 8 vis à bois tout en veillant à ce que les côtés soient d'équerre pour fixer le cadre.

Étape 6: Montage du panneau inférieur

Pour fabriquer le panneau inférieur, nous avons découpé un morceau rectangulaire de contreplaqué de 5 mm, que nous avons ensuite vissé sur le cadre latéral. Assurez-vous que les trous sont fraisés pour que les vis affleurent la base. Les dimensions nécessaires se trouvent en pièce jointe ci-dessus.

Étape 7: Trous pour le tuyau

Notre jardinière est conçue pour accueillir trois rangées de plantes. Par conséquent, pour le système d'irrigation goutte à goutte, un côté doit contenir les tuyaux pour l'entrée d'eau.

Commencez par mesurer les diamètres des connecteurs et tirez-les à égale distance sur le côté le plus court du cadre. Comme nous n'avions pas de foret forstner, nous avons percé un trou de 10 mm puis l'avons élargi avec une scie sauteuse. Pour lisser les aspérités, on peut utiliser un Dremel jusqu'à ce que les connecteurs s'adaptent.

Étape 8: Raccordement des conduites d'eau

Pour raccorder les joints, il suffit de couper deux morceaux de tuyau en PVC de 12 cm de long. Ajustez à sec la configuration pour vérifier si tout est bien ajusté.

Ensuite, enfoncez le joint imprimé en 3D dans le trou central et les deux connecteurs coudés en PVC aux extrémités opposées jusqu'à ce qu'ils affleurent. Fixez le panneau au cadre et bouchez les connecteurs de l'intérieur avec les adaptateurs imprimés en 3D. Toutes les connexions sont ajustées par friction et doivent être étanches, sinon, on pourrait sceller les joints avec de la colle chaude ou du ruban téflon

Étape 9: électrovanne

Pour contrôler le débit d'eau dans le système d'irrigation goutte à goutte, nous avons utilisé une électrovanne. La vanne agit comme une porte qui s'ouvre lorsqu'un signal électrique est envoyé, ce qui la rend contrôlable automatiquement. Pour l'incorporer, nous avons attaché une extrémité à la source d'eau et l'autre au tuyau d'arrivée d'eau de la jardinière à l'aide d'un adaptateur intermédiaire. Il est important de brancher la vanne dans le bon sens généralement étiqueté "IN" pour l'entrée d'eau (un robinet) et "OUT" pour la sortie d'eau (la jardinière).

Étape 10: Câblage de l'électronique

Vous trouverez ci-dessous un tableau avec les différents modules et capteurs avec leurs ports respectifs sur le shield grovepi+.

• Capteur de température et d'humidité ==> port D4
• Module relais ==> port D3
• Capteur d'humidité ==> port A1
• Capteur de lumière ==> port A0

Utilisez le schéma de câblage ci-joint comme référence.

Étape 11: Compartiment du capteur

Nous avons construit une boîte à compartiments qui contenait tous les appareils électroniques avec le contreplaqué restant. Nous avons coupé le bois selon la disposition de l'électronique et collé les pièces ensemble. Une fois la colle sèche, nous avons monté l'alimentation et le Raspberry Pi dans le boîtier du compartiment, en faisant passer les fils des capteurs à travers une fente. Pour couvrir les fentes, nous avons enfoncé des couvercles imprimés pour sceller les lacunes.

Le support de capteur a des trous pour fixer des chevilles sur lesquelles vous pouvez monter les capteurs. Fixez le capteur de luminosité et d'humidité sur le dessus et le capteur d'humidité sur la fente réglable. Pour rendre la boîte à compartiments facilement amovible, nous avons vissé des crochets imprimés en 3D et le support de capteur qui a permis à la boîte de se clipser sur la structure principale. De cette façon, l'unité de système électronique et iot peut être facilement intégrée à n'importe quel planteur.

Étape 12: Création de la base de données

La première étape consiste à créer une base de données pour le système. Cliquez sur le lien suivant (Google firebase), qui vous mènera au site Web de Firebase (vous devrez vous connecter avec votre compte Google). Cliquez sur le bouton "Commencer" qui vous mènera à la console Firebase. Créez ensuite un nouveau projet en cliquant sur le bouton "Ajouter un projet", remplissez les conditions (nom, détails, etc.) et complétez en cliquant sur le bouton "Créer un projet".

Nous avons juste besoin des outils de base de données de Firebase, alors sélectionnez "base de données" dans le menu de gauche. Cliquez ensuite sur le bouton "Créer une base de données", sélectionnez l'option "mode test" et cliquez sur "activer". Ensuite, définissez la base de données sur une "base de données en temps réel" au lieu du "cloud firestore" en cliquant sur le menu déroulant en haut. Sélectionnez l'onglet "règles" et changez les deux "faux" en "vrai", enfin cliquez sur l'onglet "données" et copiez l'URL de la base de données, cela sera nécessaire plus tard.

La dernière chose que vous devrez faire est de cliquer sur l'icône d'engrenage à côté de l'aperçu du projet, puis sur "Paramètres du projet", puis sélectionnez l'onglet "Comptes de service", enfin cliquez sur "Secrets de la base de données" et notez le code de sécurité de votre base de données. Cette étape terminée, vous avez créé avec succès votre base de données cloud accessible depuis votre smartphone et depuis le Raspberry Pi. (Utilisez les images ci-jointes en cas de doute, ou déposez simplement une question ou un commentaire dans la section commentaire)

Étape 13: Configuration de l'application

La prochaine partie du système IoT est l'application pour smartphone. Nous avons décidé d'utiliser le MIT App Inventor pour créer notre propre application personnalisée. Pour utiliser l'application que nous avons créée, ouvrez d'abord le lien suivant (MIT App Inventor), qui vous mènera à leur page Web. Cliquez ensuite sur "créer des applications" en haut de l'écran et connectez-vous avec votre compte Google.

Téléchargez le fichier.aia qui est lié ci-dessous. Ouvrez l'onglet "projets" et cliquez sur "Importer un projet (.aia) depuis mon ordinateur" sélectionnez ensuite le fichier que vous venez de télécharger et cliquez sur "ok". Dans la fenêtre des composants, faites défiler tout jusqu'à ce que vous voyiez "FirebaseDB1", cliquez dessus et modifiez le "FirebaseToken", "FirebaseURL" aux valeurs que vous aviez notées à l'étape précédente.

Une fois ces étapes terminées, vous êtes prêt à télécharger et installer l'application. Vous pouvez télécharger l'application directement sur votre téléphone en cliquant sur l'onglet "Build" et en cliquant sur "App (fournir le code QR pour.apk)" puis en scannant le code QR avec votre smartphone ou en cliquant sur "App (enregistrer.apk sur mon ordinateur))", vous téléchargerez le fichier apk sur votre ordinateur que vous devrez déplacer sur votre smartphone pour ensuite l'installer.

Étape 14: Programmation du Raspberry Pi

Le Raspberry Pi doit être flashé avec la dernière version de Raspbian (Raspbian). Si vous envisagez d'utiliser le bouclier GrovePi+ comme nous l'avons fait, flashez plutôt votre Raspberry Pi avec la dernière version de "Raspbian for Robots" (Raspbian for Robots). Une fois que vous avez flashé votre Raspberry Pi, vous devrez installer une bibliothèque python supplémentaire. Ouvrez le terminal et collez les commandes suivantes:

1. demandes d'installation sudo pip==1.1.0
2. sudo pip installer python-firebase

Une fois cela fait, téléchargez le fichier joint ci-dessous et enregistrez-le dans un répertoire de votre Raspberry Pi. Ouvrez le fichier et faites défiler jusqu'à la ligne 32. Sur cette ligne, remplacez la partie qui dit "collez votre URL ici" par l'URL de votre base de données que vous avez notée précédemment, assurez-vous de coller l'URL entre les ' 's. Avec cela, vous avez terminé, ouvrez le terminal et exécutez le script python à l'aide de la commande "python".

Étape 15: Utilisation de l'application

L'interface de notre application est assez explicite. Les quatre cases du haut affichent les valeurs en temps réel de la luminosité, de la température, de l'humidité et de la teneur en eau du sol en pourcentages. Ces valeurs peuvent être mises à jour en cliquant sur le bouton "get values" qui demande au Raspberry Pi de mettre à jour la base de données cloud suivi du bouton "refresh" qui rafraîchit l'écran une fois la base de données mise à jour.

La partie inférieure de l'écran est pour le système d'irrigation goutte à goutte. Le bouton "on" allume la pompe à eau tandis que le bouton "off" l'éteint. Le bouton « auto » utilise les différentes valeurs du capteur pour calculer l'eau exacte nécessaire quotidiennement et arroser les plantes deux fois par jour à 8 h 00 et 16 h 00.

Étape 16: Doublure de bâche

Comme l'humidité du sol pourrait faire pourrir le bois avec le temps, nous avons coupé une feuille de bâche à la bonne taille et l'avons doublée sur la surface intérieure de la jardinière. Assurez-vous de le tirer sur les côtés, puis maintenez-le en place avec de la colle. Une fois cela fait, nous avons rempli le sol que nous avons obtenu d'une ferme locale. Étalez le sol uniformément jusqu'au sommet, puis intégrez les trois rangées de tuyaux d'irrigation goutte à goutte.

Dans le coin près des conduites d'eau, installez le boîtier électronique et insérez le capteur d'humidité dans le sol. Cela facilite le travail de câblage car l'électrovanne est proche de l'électronique et peut être facilement connectée.

Étape 17: Système d'irrigation goutte à goutte

Coupez trois morceaux du tube chirurgical s'étendant sur la longueur de la jardinière (environ 70 cm), cela servira de ligne d'égouttement principale pour les plantes. Prévoyez donc l'espacement nécessaire entre les plantes et percez un trou de 1 mm et les intervalles. Testez si l'eau s'égoutte facilement et agrandissez les trous si nécessaire. Utilisez les trois bouchons pour fermer les extrémités en vous assurant que l'eau ne sort que des trous d'égouttement.

Enfoncez légèrement les tubes dans le sol et vous êtes prêt à arroser vos plantes !

Étape 18: Résultats de la plantation

Les photos ci-dessus sont les résultats du travail du jardin iot pendant un mois. Les plantes sont saines et nous avons réussi à faire pousser des herbes comme la menthe et la coriandre.

Grâce à l'expérimentation, nous avons remarqué que le mode automatique permet d'économiser près de 12% d'eau par jour. Au fur et à mesure que les plantes sont arrosées par irrigation goutte à goutte, leurs racines poussent droites, ce qui donne plus d'espace pour faire pousser plus de plantes dans le pot. Le seul inconvénient que nous avons observé était que les plantes plus grosses ont besoin de plus de profondeur de sol. Cela dit, en raison de la construction modulaire, on peut facilement ajouter une base plus profonde à leurs besoins.

Pour conclure, ce système rend non seulement votre jardin plus efficace, mais assure également le bien-être de vos plantes car le retour de données en temps réel fournit une méthode robuste pour donner la bonne quantité d'eau et de lumière du soleil. Nous espérons que l'instructable a été utile et qu'il vous aidera à faire pousser votre propre jardin iot.

Bonne fabrication !

Premier prix du challenge IoT