Pixie - Αφήστε το φυτό σας έξυπνο: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Το Pixie ήταν ένα έργο που αναπτύχθηκε με σκοπό να κάνει τα φυτά που έχουμε στο σπίτι πιο διαδραστικά, αφού για τους περισσότερους ανθρώπους μια από τις προκλήσεις του να έχουμε ένα φυτό στο σπίτι είναι να ξέρουμε πώς να το φροντίζουμε, πόσο συχνά ποτίζουμε, πότε και πόσος ήλιος είναι αρκετός κλπ. Ενώ οι αισθητήρες λειτουργούν για τη λήψη δεδομένων φυτών, μια οθόνη LED, σκόπιμα εικονοστοιχεία (εξ ου και το όνομα Pixie), εμφανίζει βασικές εκφράσεις που υποδεικνύουν την κατάσταση του φυτού, όπως χαρά ενώ ποτίζεται ή θλίψη εάν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή, υποδεικνύοντας ότι πρέπει να μεταφερθεί σε πιο δροσερό μέρος. Για να γίνει η εμπειρία ακόμη πιο ενδιαφέρουσα, έχουν προστεθεί άλλοι αισθητήρες όπως η παρουσία, η αφή και η φωτεινότητα, μεταφράζονται σε άλλες εκφράσεις που κάνουν να φαίνεται ότι τώρα έχετε ένα εικονικό κατοικίδιο για να φροντίσετε.

Το έργο έχει αρκετές παραμέτρους όπου είναι δυνατό να προσαρμόσετε τα όρια και τις ανάγκες κάθε περίπτωσης, λαμβάνοντας υπόψη την ποικιλία των φυτών καθώς και αισθητήρες διαφορετικών εμπορικών σημάτων. Όπως γνωρίζουμε, υπάρχουν φυτά που χρειάζονται περισσότερο ήλιο ή νερό, ενώ άλλα μπορούν να ζήσουν με λιγότερους πόρους, όπως οι κάκτοι για παράδειγμα, σε τέτοιες περιπτώσεις, η ύπαρξη παραμέτρων είναι απαραίτητο. Σε όλο αυτό το άρθρο, θα παρουσιάσω τη λειτουργία και μια επισκόπηση σχετικά με τον τρόπο κατασκευής ενός Pixie χρησιμοποιώντας λίγες γνώσεις ηλεκτρονικών, εξαρτήματα που βρίσκονται εύκολα στην αγορά και μια τρισδιάστατη θήκη εκτύπωσης.

Αν και είναι ένα πλήρως λειτουργικό έργο, υπάρχουν δυνατότητες προσαρμογής και βελτιώσεων που θα παρουσιαστούν στο τέλος του άρθρου. Θα χαρώ να απαντήσω σε οποιαδήποτε ερώτηση σχετικά με το έργο εδώ στα σχόλια ή απευθείας στο email ή στο λογαριασμό μου στο Twitter.

Προμήθειες

Όλα τα εξαρτήματα βρίσκονται εύκολα σε εξειδικευμένα καταστήματα ή ιστότοπους.

• 1 MCU ESP32 (ESP8266 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ή ακόμα και Arduino Nano εάν δεν θέλετε να στέλνετε δεδομένα μέσω διαδικτύου)

  Χρησιμοποίησα αυτό το μοντέλο για το έργο

• 1 LDR 5mm GL5528
• 1 στοιχείο PIR D203S ή παρόμοιο (είναι ο ίδιος αισθητήρας που χρησιμοποιείται στις μονάδες SR501 ή SR505)
• 1 DHT11 Αισθητήρας θερμοκρασίας

• 1 Αισθητήρας υγρασίας εδάφους

  Προτιμήστε να χρησιμοποιήσετε χωρητικό αισθητήρα χώματος αντί αντίστασης, αυτό το βίντεο εξηγεί καλά γιατί

• 1 Led Matrix 8x8 με ενσωματωμένο MAX7219

  Χρησιμοποίησα αυτό το μοντέλο, αλλά μπορεί να είναι παρόμοιο

• 1 Αντίσταση 4,7 kΩ 1/4w
• 1 Αντίσταση 47 kΩ 1/4w
• 1 Αντίσταση 10 kΩ 1/4w

Οι υπολοιποι

• Τρισδιάστατος εκτυπωτής
• Συγκολλητικό σίδερο
• Κοπή πένσα
• Σύρματα για σύνδεση κυκλώματος
• Καλώδιο USB για τροφοδοσία

Βήμα 1: Κύκλωμα

Το κύκλωμα φαίνεται στην παραπάνω εικόνα χρησιμοποιώντας μια σανίδα ψωμιού, αλλά για να τοποθετηθεί στη θήκη, οι συνδέσεις πρέπει να συγκολληθούν απευθείας για να καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο. Το ζήτημα του χώρου που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένα σημαντικό σημείο του έργου, προσπάθησα να μειώσω όσο το δυνατόν περισσότερο την περιοχή που θα καταλάμβανε η Pixie. Παρόλο που η υπόθεση έχει γίνει μικρή, είναι ακόμα δυνατό να μειωθεί περαιτέρω, ειδικά με την ανάπτυξη αποκλειστικού PCB για το σκοπό αυτό.

Η ανίχνευση παρουσίας πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μόνο ένα στοιχείο PIR αντί για πλήρη μονάδα όπως το SR501 ή το SR505, καθώς ο ενσωματωμένος χρονοδιακόπτης και το ευρύ φάσμα ενεργοποίησης άνω των πέντε μέτρων δεν απαιτούνταν. Χρησιμοποιώντας μόνο το στοιχείο PIR, η ευαισθησία μειώθηκε και η ανίχνευση παρουσίας γίνεται μέσω λογισμικού. Περισσότερες λεπτομέρειες για τη σύνδεση μπορείτε να δείτε εδώ.

Ένα άλλο επαναλαμβανόμενο ζήτημα σε ηλεκτρονικά έργα είναι η μπαταρία, υπήρχαν κάποιες δυνατότητες για αυτό το έργο όπως μπαταρία 9v ή επαναφορτιζόμενη. Αν και ήταν πιο πρακτικό, θα χρειαζόταν επιπλέον χώρος στη θήκη και κατέληξα να αφήσω εκτεθειμένη την έξοδο USB του MCU, έτσι ώστε ο χρήστης να αποφασίσει πώς θα είναι το τροφοδοτικό και να διευκολύνει τη μεταφόρτωση του σκίτσου.

Βήμα 2: Σχεδιασμός και εκτύπωση 3D

Μαζί με το κύκλωμα, αναπτύχθηκε μια θήκη για να χωρέσει τα εξαρτήματα Pixie και εκτυπώθηκε σε ένα Ender 3 Pro χρησιμοποιώντας PLA. Τα αρχεία STL συμπεριλήφθηκαν εδώ.

Ορισμένες έννοιες ήταν παρούσες κατά τον σχεδιασμό αυτής της θήκης:

• Δεδομένου ότι το δοχείο φυτών βρίσκεται συνήθως σε ένα τραπέζι, η οθόνη έχει τοποθετηθεί ελαφρώς κεκλιμένη για να μην χάσει την περιοχή προβολής
• Σχεδιασμένο για να αποφεύγει τη χρήση υποστηριγμάτων εκτύπωσης
• Ενθαρρύνει την ανταλλαγή ανταλλακτικών για άλλα χρώματα, προκειμένου να γίνει το προϊόν πιο εξατομικευμένο, εναλλάξιμο και κατάλληλο σχέδιο
• Ο αισθητήρας θερμοκρασίας με άνοιγμα για εξωτερικό περιβάλλον για πιο σωστή ανάγνωση

• Λαμβάνοντας υπόψη τα διαφορετικά μεγέθη δοχείων, η εγκατάσταση του Pixie στο εργοστάσιο μπορεί να γίνει με δύο τρόπους

  • Μέσα από μια ράβδο στερεωμένη στη γη. ή
  • Χρησιμοποιώντας ένα λουρί που τυλίγεται γύρω από το δοχείο του φυτού

Σημεία βελτίωσης

Αν και λειτουργικό, υπάρχουν ορισμένα σημεία στο σχεδιασμό που πρέπει να τροποποιηθούν, όπως το μέγεθος των τοίχων που έχουν οριστεί για να αποφευχθεί η απώλεια υλικού και να επιταχυνθεί η εκτύπωση κατά τη διάρκεια της πρωτοτυπίας κατά 1mm.

Τα εξαρτήματα πρέπει να βελτιωθούν εφαρμόζοντας τα σχέδια σχεδίασης σε τρισδιάστατη εκτύπωση, πιθανότατα θα χρειαστεί να προσαρμόσετε το μέγεθος του ραβδιού και να τοποθετήσετε το στήριγμα για να κουμπώσετε σωστά τα κομμάτια.

Βήμα 3: Κωδικός

Ως προγραμματιστής, μπορώ να πω ότι ήταν το πιο διασκεδαστικό κομμάτι της εργασίας, η σκέψη για τη δομή και η οργάνωση του κώδικα, χρειάστηκε μερικές ώρες προγραμματισμού και το αποτέλεσμα ήταν αρκετά ικανοποιητικό. Το γεγονός ότι οι περισσότεροι αισθητήρες χρησιμοποιούν αναλογική είσοδο δημιούργησε μια ξεχωριστή επεξεργασία του κώδικα προκειμένου να επιτύχει μια πιο ακριβή ανάγνωση προσπαθώντας να αγνοήσει τα ψευδώς θετικά όσο το δυνατόν περισσότερο. Το παραπάνω διάγραμμα δημιουργήθηκε με τα κύρια μπλοκ κώδικα και απεικονίζει την βασική λειτουργικότητα, για περισσότερες λεπτομέρειες συνιστώ να ρίξετε μια ματιά στον κώδικα στη διεύθυνση

Υπάρχουν πολλά σημεία ανοικτά στην τροποποίηση που σας επιτρέπουν να προσαρμόσετε το Pixie όπως θέλετε. Μεταξύ αυτών μπορώ να επισημάνω:

• Συχνότητα ανάγνωσης αισθητήρα
• Χρονικό όριο εκφράσεων
• Μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία, φωτισμός και όρια εδάφους, καθώς και το κατώφλι των αισθητήρων
• Εμφάνιση έντασης φωτός κάθε έκφρασης
• Χρόνος μεταξύ των πλαισίων κάθε έκφρασης
• Οι κινούμενες εικόνες διαχωρίζονται από τον κώδικα επιτρέποντάς σας να τις τροποποιήσετε αν θέλετε

Ενεργοποιεί

Itταν απαραίτητο να εφαρμοστεί ένας τρόπος για να εντοπιστεί πότε μια ενέργεια συνέβαινε σε πραγματικό χρόνο με βάση τις τελευταίες αναγνώσεις. Αυτό ήταν απαραίτητο σε τρεις γνωστές περιπτώσεις, πότισμα, παρουσία και αφή, αυτά τα γεγονότα θα πρέπει να ενεργοποιηθούν μόλις εντοπιστεί μια σημαντική παραλλαγή του αισθητήρα και γι 'αυτό χρησιμοποιήθηκε μια διαφορετική εφαρμογή. Ένα παράδειγμα αυτού είναι ο αισθητήρας παρουσίας, καθώς στην αναλογική είσοδο χρησιμοποιήθηκε μόνο το στοιχείο PIR, οι τιμές που διαβάζονται ποικίλλουν συχνά και η λογική ήταν απαραίτητη για να δηλωθεί ότι υπάρχει ή όχι ενώ ο αισθητήρας θερμοκρασίας, με τη σειρά του, έχει πολύ χαμηλή παραλλαγή και μόνο η τυπική ανάγνωση των τιμών του είναι αρκετή για να προσαρμόσει τη συμπεριφορά του Pixie.

Βήμα 4: Σχεδιάστε τα επόμενα βήματα

• Γίνετε συσκευή IoT και ξεκινήστε την αποστολή δεδομένων σε μια πλατφόρμα μέσω MQTT
• Μια εφαρμογή για προσαρμογή των παραμέτρων και ίσως των εκφράσεων
• Κάντε το άγγιγμα να λειτουργήσει αγγίζοντας το φυτό. Βρήκα ένα εξαιρετικό παράδειγμα έργου τύπου Touche στο Instructables
• Συμπεριλάβετε μια μπαταρία
• Σχεδιάστε ένα PCB
• Εκτυπώστε ολόκληρο το βάζο όχι μόνο τη θήκη του Pixie
• Συμπεριλάβετε ένα πιεζό στο έργο για να παίξετε τους ήχους ανάλογα με τις εκφράσεις
• Επεκτείνετε τη "μνήμη" του Pixie με ιστορικά δεδομένα (πολύ καιρό χωρίς ανίχνευση παρουσίας θα μπορούσε να δημιουργήσει μια θλιβερή έκφραση)
• Αισθητήρας υπεριώδους ακτινοβολίας για την ακριβέστερη ανίχνευση έκθεσης στον ήλιο