Smart Garden "SmartHorta": 9 Schritte

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Hallo Leute, Dieses anweisbare wird das College-Projekt eines intelligenten Gemüsegartens präsentieren, der eine automatische Pflanzenbewässerung bietet und von einer mobilen App gesteuert werden kann. Ziel dieses Projekts ist es, Kunden zu bedienen, die zu Hause pflanzen möchten, aber keine Zeit haben, jeden Tag zu angemessenen Zeiten zu pflegen und zu gießen. Wir nennen "SmartHorta", weil Horta auf Portugiesisch Gemüsegarten bedeutet.

Die Entwicklung dieses Projekts wurde durchgeführt, um in der Disziplin des Integrationsprojekts an der Federal Technological University of Parana (UTFPR) genehmigt zu werden. Ziel war es, die verschiedenen Bereiche der Mechatronik wie Mechanik, Elektronik und Regelungstechnik zu vereinen.

Mein persönlicher Dank gilt den Professoren der UTFPR Sérgio Stebel und Gilson Sato. Und auch an meine vier Klassenkameraden (Augusto, Felipe, Mikael und Rebeca), die dieses Projekt mit aufgebaut haben.

Das Produkt bietet Schutz gegen schlechtes Wetter und bietet Schutz vor Schädlingen, Wind und starkem Regen. Es muss von einem Wassertank über einen Schlauch gespeist werden. Das vorgeschlagene Design ist ein Prototyp für drei Pflanzen, kann aber auf weitere Vasen erweitert werden.

Dabei kamen drei Fertigungstechnologien zum Einsatz: Laserschneiden, CNC-Fräsen und 3D-Druck. Für den Automatisierungsteil wurde der Arduino als Controller verwendet. Für die Kommunikation wurde ein Bluetooth-Modul verwendet und über MIT App Inventor wurde eine Android-Anwendung erstellt.

Wir haben alle mit einer Note nahe 9,0 bestanden und sind sehr zufrieden mit der Arbeit. Etwas sehr Lustiges ist, dass jeder daran denkt, Gras auf diesem Gerät zu pflanzen, ich weiß nicht warum.

Schritt 1: Konzeptionelles Design und Komponentenmodellierung

Vor dem Zusammenbau wurden alle Komponenten mit SolidWorks im CAD konstruiert und modelliert, um sicherzustellen, dass alles perfekt passte. Ziel war es auch, das ganze Projekt in den Kofferraum eines Autos zu passen. Daher wurden seine Abmessungen mit 500 mm bei max. Bei der Herstellung dieser Komponenten wurden Laserschneiden, CNC-Fräsen und 3D-Drucktechnologien verwendet. Einige Teile aus Holz und Rohren wurden in Säge geschnitten.

Schritt 2: Laserschneiden

Der Laserschnitt wurde auf einem 1 mm dicken verzinkten AISI 1020 Stahlblech, 600 mm x 600 mm, hergestellt und dann zu 100 mm Laschen gefaltet. Der Sockel hat die Funktion, die Gefäße und den Hydraulikteil aufzunehmen. Ihre Löcher werden verwendet, um die Stützrohre, Sensor- und Magnetkabel zu führen und um die Türscharniere zu montieren. Ebenfalls lasergeschnitten wurde eine L-förmige Platte, die dazu dient, die Rohre in das Dach einzupassen.

Schritt 3: CNC-Fräsmaschine

Die Servomotorhalterung wurde mit einer CNC-Fräsmaschine hergestellt. Zwei Holzstücke wurden bearbeitet, dann verleimt und mit Holzkitt beschichtet. Eine kleine Aluminiumplatte wurde auch bearbeitet, um den Motor in die Holzstütze zu passen. Um dem Servodrehmoment standzuhalten, wurde eine robuste Struktur gewählt. Deshalb ist das Holz so dick.

Schritt 4: 3D-Druck

Um die Pflanzen richtig zu bewässern und die Bodenfeuchtigkeit besser kontrollieren zu können, wurde eine Struktur entworfen, um das Wasser aus dem Zuleitungsrohr am Sockel zum Sprühgerät zu leiten. Bei seiner Verwendung wurde die Spritze immer mit Blick auf den Boden (mit einer Neigung von 20 ° nach unten) anstelle der Blätter der Pflanzen positioniert. Es wurde zweiteilig auf durchscheinend gelbem PLA gedruckt und dann mit Muttern und Schrauben zusammengebaut.

Schritt 5: Handsäge

Die Holzdachkonstruktion, Türen und PVC-Rohre wurden manuell in der Handsäge geschnitten. Die Holzdachkonstruktion wurde gehackt, geschliffen, gebohrt und anschließend mit Holzschrauben montiert.

Das Dach ist eine durchscheinende Fiberglasplatte aus Eternit und wurde mit einer speziellen Faserschneide-Guillotine geschnitten, dann gebohrt und mit Schrauben in das Holz eingepasst.

Die Holztüren wurden gehackt, geschliffen, gebohrt, mit Holzschrauben zusammengebaut, mit Holzmasse beschichtet und anschließend ein Moskitonetz mit Hefter angebracht, um Schäden an den Pflanzen durch starken Regen oder Insekten zu verhindern.

Die PVC-Rohre wurden einfach in die Handsäge geschnitten.

Schritt 6: Hydraulische und mechanische Komponenten und Montage

Nach der Herstellung des Daches, des Sockels, des Kopfes und der Türen geht es an die Montage des Strukturteils.

Zuerst montieren wir die Rohrschellen auf der Basis und Platte L mit Mutter und Schraube, danach stecken Sie nur noch die vier PVC-Rohre in die Schellen. Danach müssen Sie das Dach auf die Bleche L schrauben. Dann schrauben Sie einfach die Türen und Griffe mit Muttern und Schrauben fest. Zuletzt müssen Sie das Hydraulikteil zusammenbauen.

Aber Achtung, wir sollten uns darum kümmern, den Hydraulikteil abzudichten, damit kein Wasser austritt. Alle Verbindungen sollten mit Gewindedichtmittel oder PVC-Kleber hermetisch abgedichtet werden.

Mehrere mechanische und hydraulische Komponenten wurden angeschafft. Nachfolgend sind die Komponenten aufgeführt:

- Bewässerungsset

- 2x Griffe

- 8x Scharniere

- 2x 1/2 PVC Knie

- 16x 1/2 Rohrschellen

- 3x Knie 90º 15mm

- 1m Schlauch

- 1x 1/2 blaue Schweißmuffe

- 1x 1/2 blaues schweißbares Knie

- 1x Gewindenippel

- 3x Gefäße

- 20x Holzschraube 3,5x40mm

- 40x 5/32 Schraube und Mutter

- 1m Moskitonetz

- PVC-Rohr 1/2"

Schritt 7: Elektrische und elektronische Komponenten und Montage

Bei der Montage von elektrischen und elektronischen Teilen müssen wir uns um den richtigen Anschluss der Drähte kümmern. Wenn ein falscher Anschluss oder ein Kurzschluss auftritt, können teure Teile verloren gehen, deren Austausch einige Zeit in Anspruch nimmt.

Um die Montage und den Zugriff auf den Arduino zu erleichtern, sollten wir ein Shield mit einer Universalplatine herstellen, damit es einfacher ist, einen neuen Code auf dem Arduino Uno zu entfernen und herunterzuladen und auch zu vermeiden, dass viele Drähte verstreut sind.

Für das Magnetventil muss eine Platte mit optoisoliertem Schutz für den Relaisantrieb hergestellt werden, um die Gefahr des Verbrennens der Arduino-Ein-/Ausgänge und anderer Komponenten zu vermeiden. Beim Betätigen des Magnetventils ist Vorsicht geboten: Es darf nicht eingeschaltet werden, wenn kein Wasserdruck vorhanden ist (sonst kann es brennen).

Drei Feuchtigkeitssensoren sind unerlässlich, aber Sie können für die Signalredundanz weitere hinzufügen.

Mehrere elektrische und elektronische Komponenten wurden gekauft. Nachfolgend sind die Komponenten aufgeführt:

- 1x Arduino Uno

- 6x Bodenfeuchtesensoren

- 1x 1/2 Magnetventil 127V

- 1x Servomotor 15kg.cm

- 1x 5V 3A Quelle

- 1x 5V 1A Quelle

- 1x Bluetooth-Modul hc-06

- 1x Echtzeituhr RTC DS1307

- 1x Relais 5v 127v

- 1x 4n25 Kipp-Optokoppler

-1x Thyristor bc547

- 1x Diode n4007

- 1x Widerstand 470 Ohm

- 1x Widerstand 10k Ohm

- 2x Universalplatte

- 1x Steckdosenleiste mit 3 Steckdosen

- 2x Stecker

- 1x Stecker p4

- 10m 2-Wege-Kabel

- 2m Internetkabel

Schritt 8: C-Programmierung mit Arduino

Die Arduino-Programmierung dient im Wesentlichen dazu, die Bodenfeuchtigkeit von „n“Vasen zu kontrollieren. Dazu muss es die Anforderungen an die Magnetventilbetätigung sowie die Servomotorpositionierung und das Lesen der Prozessvariablen erfüllen.

Sie können die Anzahl der Gefäße ändern

#define QUANTIDADE 3 //Quantidade de plantas

Sie können die Öffnungszeit des Ventils ändern

#define TEMPO_V 2000 // Tempo que a válvula ficará aberta

Sie können die Wartezeit für die Befeuchtung des Bodens ändern.

#define TEMPO 5000 // Tempo de esperar para o solo umidecer.

Sie können die Verzögerung des Dieners ändern.

#define TEMPO_S 30 // Verzögerung Servo.

Für jeden Bodenfeuchtesensor gibt es einen anderen Spannungsbereich für trockenen Boden und vollfeuchten Boden, daher sollten Sie diesen Wert hier testen.

umidade[0] = map(umidade[0], 0, 1023, 100, 0);

Schritt 9: Mobile App

Die App wurde auf der MIT App Inventor-Website entwickelt, um Projektüberwachungs- und Konfigurationsfunktionen auszuführen. Nach der Verbindung zwischen Mobiltelefon und Controller zeigt die Anwendung in Echtzeit die Luftfeuchtigkeit (0 bis 100 %) in jeder der drei Vasen und die momentan ausgeführte Operation an: entweder im Standby-Modus, Bewegen des Servomotors auf die richtige Position oder das Gießen einer der Vasen. Die Konfiguration der Pflanzenart in jeder Vase wird ebenfalls in der App vorgenommen, und die Konfigurationen sind jetzt für neun Pflanzenarten (Salat, Minze, Basilikum, Schnittlauch, Rosmarin, Brokkoli, Spinat, Brunnenkresse, Erdbeere) fertig. Alternativ können Sie die Bewässerungseinstellungen für Pflanzen, die nicht in der Liste enthalten sind, manuell eingeben. Die Pflanzen auf der Liste wurden ausgewählt, weil sie in kleinen Töpfen wie denen unseres Prototyps leicht zu kultivieren sind.

Um die App herunterzuladen, müssen Sie zuerst die MIT App Inventor-App auf Ihr Mobiltelefon herunterladen und WLAN einschalten. Dann sollten Sie sich auf Ihrem Computer auf der MIT-Website https://ai2.appinventor.mit.edu/ anmelden, das SmartHorta2.aia-Projekt importieren und dann Ihr Mobiltelefon per QR-Code verbinden.

Um das Arduino mit dem Smartphone zu verbinden, müssen Sie Bluetooth auf Ihrem Telefon einschalten, das Arduino einschalten und dann das Gerät koppeln. Das war's, Sie sind bereits mit SmartHorta verbunden!