IDC2018IOT Connected Pet Food, Water and Monitor System: 7 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Εισαγωγή

Είτε είστε φοιτητής υπό πίεση, εργατικός άνθρωπος, είτε απουσιάζετε από το σπίτι για περισσότερες από μερικές ώρες την ημέρα. Ως ιδιοκτήτες κατοικίδιων ζώων που φροντίζουν, θέλουμε να διασφαλίσουμε ότι οι αγαπημένοι μας θα παραμείνουν υγιείς, τρέφονται και φυσικά ΔΕΝ ξαπλώνουν στον καναπέ (μπάσταρδο!). Είναι καιρός να σταματήσετε να ζητάτε χάρες ή ακόμη και να πληρώνετε για τέτοιες υπηρεσίες.

Με αυτό το υπέροχο έργο στοχεύουμε να σας προσφέρουμε τη δυνατότητα να το κάνετε μόνοι σας (άκουσα ότι είναι κάτι τώρα). Θα δημιουργήσουμε μια λύση για την καλύτερη παρακολούθηση των κατοικίδιων ζώων μας, ακόμη και θα αναλάβουμε δράση ενώ είμαστε στο γραφείο, στο σχολείο ή απλώς κάνουμε παρέα με τους φίλους μας ή σημαντικούς άλλους.

Αυτό το σύστημα θα σας δώσει τη δυνατότητα να ταΐσετε το κατοικίδιο ζώο σας εξ αποστάσεως, ενώ ελέγχετε την ποσότητα τροφής που ρίχνετε από το δοχείο, γεμίζετε το δοχείο νερού όποτε αυτό αδειάσει. Επιπλέον, μπορούμε τώρα να παρακολουθούμε τα επίπεδα του νερού στο μπολ σε πραγματικό χρόνο, να μετράμε το περιεχόμενο του δοχείου τροφίμων και το πιο σημαντικό να παρακολουθούμε το κατοικίδιο ζώο ζωντανά χρησιμοποιώντας μια απλή μονάδα κάμερας.

Σχετικά με εμάς

Tomer Maimon, Gilad Ram και Alon Shprung. Τρεις παθιασμένοι σπουδαστές Πληροφορικής του IDC Herzeliya. Αυτό είναι το πρώτο μας πρόγραμμα Instructables στο πλαίσιο ενός εργαστηρίου IoT - ελπίζουμε ότι θα το βρείτε ενδιαφέρον και διασκεδαστικό να το χτίσετε!

Βήμα 1: Κατανόηση της αρχιτεκτονικής:

Μπορούμε να χωρίσουμε αυτό το σύστημα σε δύο κύρια μέρη:

1. Εισερχόμενα κανάλια δεδομένων:

   • Αισθητήρας νερού - δειγματοληψία των επιπέδων νερού μέσα στο μπολ κατοικίδιων ζώων, τα δεδομένα μεταδίδονται από τη μονάδα Node -MCU στον διακομιστή Blynk και τέλος παρουσιάζονται μέσω του Pet Dashboard.
   • Αισθητήρας σόναρ - δειγματοληψία του περιεχομένου του περιέκτη τροφίμων, τα δεδομένα μεταδίδονται από τη μονάδα Arduino (με επέκταση ασπίδας Ethernet) στον διακομιστή Blynk και τέλος παρουσιάζονται μέσω του πίνακα ελέγχου κατοικίδιων ζώων.
   • Μονάδα κάμερας Pi - δεικνύει συνεχώς πλαίσια της περιοχής κατοικίδιων ζώων, το Pi φιλοξενεί τον δικό του διακομιστή ο οποίος παρέχει τη ζωντανή τροφοδοσία στον πίνακα ελέγχου κατοικίδιων ζώων.

2. Ροή εντολών:

   • Κουμπί τροφοδοσίας (Πίνακας ελέγχου) - ενημέρωση μιας εικονικής τιμής καρφίτσας μέσω του Blynk, η σχετική λειτουργία ενεργοποιείται στον πίνακα Arduino, το Servo μετακινείται για να επιτρέψει στα τρόφιμα να περάσουν από το καπάκι.
   • Δώστε νερό (Πίνακας ελέγχου) - ενημερώνει ενεργά μια εικονική τιμή καρφιτσών μέσω του Blynk, η σχετική λειτουργία ενεργοποιείται στον πίνακα Node -MCU, το ρελέ μεταβαίνει σε ON, η αντλία νερού θα αρχίσει να ρέει νερό στο μπολ του κατοικίδιου ζώου.
   • Ζωντανή ροή κατοικίδιων ζώων (Πίνακας ελέγχου) - ενσωματωμένο στον πίνακα ελέγχου και παρουσιάζει ζωντανά δεδομένα μέσω του διακομιστή φιάλης που λειτουργεί στη συσκευή Pi.

Βήμα 2: Λίστα μερών

Για να ξεκινήσετε να εργάζεστε σε αυτό το σύστημα, θα χρειαστείτε τα ακόλουθα (ή παρόμοια) μέρη:

1. Φυσικός:

   • Δοχείο τροφίμων: Χρησιμοποιήσαμε έναν βιομηχανικό σωλήνα διπλής όψης 45 εκατοστών, τον οποίο αγοράσαμε σε οικιακό πολυκατάστημα. Είναι σημαντικό να έχετε 2 εξόδους. Μία για τη μέτρηση του περιεχομένου και δεύτερη έξοδος για τον μηχανισμό ανοίγματος/κλεισίματος.
   • Duct Tape: Για να κρατήσετε τα πράγματα μαζί;)
   • Jumper Wires: Όσο περισσότερο τόσο καλύτερα, πάντα καλό είναι να έχουμε κάποια επιπλέον αν κάτι πάει στραβά.
   • Καλώδιο Ethernet: Για τη σύνδεση του Arduino (με ασπίδα Ethernet) στο διαδίκτυο.
   • Κήπος Κήπου: Χρησιμοποιείται ως δοχείο για νερό και αντλία νερού.
   • Κοντός σωλήνας νερού: Συνδέεται με την αντλία και ρίχνει νερό στο μπολ του κατοικίδιου.

2. Αισθητήρες:

   • WINGONEER Αισθητήρας στάθμης νερού: Μετρήστε τα επίπεδα νερού μέσα στο μπολ του κατοικίδιου ζώου.
   • Αισθητήρας Sonar - Μετρήστε την απόσταση της στάθμης των τροφίμων από το επάνω καπάκι μέσα στο δοχείο.
   • Ρελέ TONGLING: Μας επιτρέπει να ενεργοποιήσουμε/απενεργοποιήσουμε την αντλία νερού που ρέει νερό.
   • Ενότητα κάμερας Pi: Συνδέεται με μια συσκευή βατόμουρου Pi και μεταδίδει εικόνες της περιοχής κατοικίδιων ζώων.
   • Generic Servo: Κλειδώνει και ξεκλειδώνει το δοχείο τροφίμων.

3. Ηλεκτρονικές συσκευές / πίνακες:

   • Arduino Uno: Ελέγχει την εφαρμογή της μονάδας δοχείων τροφίμων.
   • Arduino Ethernet Shield: Παρέχει σύνδεση στο Διαδίκτυο στον πίνακα μας.
   • NodeMCU (ESP-8266): Ελέγχει τη μονάδα νερού, τόσο για τη μέτρηση όσο και για την έκχυση νερού. Αυτός ο πίνακας έχει τη δυνατότητα σύνδεσης μέσω WiFi.
   • Raspberry Pi 3 - φιλοξενεί τον διακομιστή κάμερας και παρέχει ζωντανή τροφοδοσία στον πίνακα ελέγχου κατοικίδιων ζώων.
   • VicTsing 80 GPH Υποβρύχια Αντλία Νερού: Ροή νερού από το δοχείο κηπουρικής στο μπολ, μαζί με το σωλήνα νερού.

Βήμα 3: Καλωδίωση και τοποθέτηση πραγμάτων μαζί

Καλωδίωση

Πριν ξεκινήσουμε, συνιστάται να τοποθετήσετε το Arduino / Node-MCU σε ένα breadboard για να διευκολύνετε τη συναρμολόγηση όλων των καλωδίων και την τοποθέτησή του σε οποιαδήποτε φυσική τοποθεσία. Επιπλέον, συνιστάται η χρήση μακρών καλωδίων για την αποφυγή σφαλμάτων που προκύπτουν από την αποκόλληση του καλωδίου. Σας δώσαμε ένα διάγραμμα καλωδίωσης για το Node-MCU (μονάδα νερού) και το Arduino (μονάδα τροφίμων).

1. Μονάδα τροφίμων (Arduino):

   • Αισθητήρας σόναρ:

     • GND (Μαύρο) = GND
     • VCC (Κόκκινο) = 5V
     • Trig (Μωβ) = 3
     • Ηχώ (Μπλε) = 4

   • Servo:

     • GND (Μαύρο) = GND
     • VCC (Κόκκινο) = 5V
     • Σήμα (Κίτρινο) = 9

2. Μονάδα νερού (κόμβος):

   • Αισθητήρας στάθμης νερού:

     • S (Μπλε) = A0
     • + (Κόκκινο) = 3v3
     • - (Μαύρο) = GND

   • Ρελέ (ηλεκτρικά ενσύρματο στην αντλία νερού):

     • IN (Κίτρινο) = D1
     • VCC (Κόκκινο) = Vin
     • GND (Μαύρο) = GND

3. Μονάδα κάμερας (Pi):

   • Αισθητήρας κάμερας:

     • Σύνδεση στη θύρα μιας κάμερας του Pi (καλώδιο ροής)
     • Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το Pi με μονάδα κάμερας - Link

Συναρμολόγηση μερών μαζί

Σε αυτό το μέρος, είστε ευπρόσδεκτοι να προσαρμόσετε και να τροποποιήσετε αυτό το έργο προκειμένου να το "κάνετε δικό σας". Αλλά θα σας παρέχουμε εικόνες και περιγραφή για να ανασυνθέσουμε την έκδοση του προϊόντος μας.

1. Μονάδα τροφίμων (Arduino): Το δοχείο είναι αρκετά ευθεία, θα επικεντρωθούμε στη δημιουργία των δύο καπακιών.

   • Επάνω καπάκι: Κόψτε 2 οπές στο καπάκι για να χωρέσει ο αισθητήρας Sonar (δείτε τη συνημμένη εικόνα).
   • Κάτω καπάκι + Μηχανισμός: Ξεκινήστε με τη λήψη ενός από τα πλαστικά εξαρτήματα (παρέχεται με τον σερβο αισθητήρα) και κατασκευάστε ένα σχήμα "Sledge Hammer" χρησιμοποιώντας κολλητική ταινία / ξύλινα ραβδιά (χρησιμοποιήσαμε μόνο ταινία). Στη συνέχεια, συνδέστε το το σερβο. Τώρα, χρειαζόμαστε 2 τρύπες στο ίδιο το καπάκι. Ο πρώτος θα πρέπει να επιτρέπει στο σερβο να ταιριάζει με τον μηχανισμό που κατασκευάσαμε τοποθετημένος στην "εσωτερική πλευρά" του καπακιού. Κόψτε μια άλλη τρύπα με βάση την πλευρά της "κεφαλής σφυριού" που δημιουργήσατε. Με αυτόν τον τρόπο, κάθε φορά που ανοίγει το σερβο, η ουρά του σφυριού θα σαρώνει τα τρόφιμα προς την έξοδο και θα εμποδίζει τα μεγάλα κομμάτια να κολλήσουν μεταξύ τους.
2. Μονάδα νερού (Node-MCU): Απλώς συνδέστε το σωλήνα νερού στην αντλία νερού, τοποθετήστε το τώρα μέσα στο δοχείο κηπουρικής (βεβαιωθείτε ότι ΔΕΝ τοποθετείτε το λάθος μέρος με το ρελέ και τα ηλεκτρικά καλώδια μέσα στο νερό).
3. Μονάδα κάμερας: Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να τοποθετήσετε το Pi με τη μονάδα κάμερας σε μια τοποθεσία της επιλογής σας.

Βήμα 4: Ρύθμιση του Blynk

Όλες οι απομακρυσμένες δυνατότητες σε αυτό το έργο βασίζονται στο Blynk. Αυτή η υπηρεσία βασικά μας παρέχει δωρεάν Web-Server και RESTful API για επικοινωνία με τις συσκευές μας Arduino/Node-MCU μέσω διαδικτύου μέσω πρωτοκόλλου HTTP. Το Blynk μας επιτρέπει να ορίσουμε εικονικές ακίδες, οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν ως διεύθυνση για την εκτέλεση συγκεκριμένων λειτουργιών που σχετίζονται με την έκχυση νερού, τη σίτιση και τη δειγματοληψία των διαφόρων αισθητήρων (αυτό το μέρος το κάναμε για εσάς, το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να αποκτήσετε το δικό σας διακριτικό εφαρμογής, που θα εξηγηθεί στη συνέχεια).

Πώς να αποκτήσετε το κουπόνι ελέγχου ταυτότητας Blynk

1. Κατεβάστε την εφαρμογή Blynk μέσω του AppStore / PlayStore για την κινητή συσκευή σας.
2. Εγγραφείτε σε αυτήν την υπηρεσία (είναι δωρεάν για χρήση).
3. Ξεκινήστε ένα νέο έργο, βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει τη σωστή συσκευή (στην περίπτωσή μας ESP8266).
4. Μετά τη δημιουργία, θα σταλεί ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου με AUTHENTICATION TOKEN - Αποθηκεύστε το διακριτικό για τα επόμενα βήματα.

Σημείωση: Το Blynk μπορεί να χρησιμοποιηθεί πλήρως μέσω της εφαρμογής, αλλά αποφασίσαμε να εφαρμόσουμε τον δικό μας προσαρμοσμένο πίνακα ελέγχου.

Τέλος, για να προχωρήσετε στο επόμενο βήμα, πρέπει να κάνετε λήψη και εγκατάσταση της βιβλιοθήκης Blynk - Link (μετάβαση στο μέρος 3)

Βήμα 5: Διαμορφώστε το δοχείο τροφίμων, την αντλία νερού και τη ζωντανή κάμερα

Σε αυτό το σημείο, ολοκληρώσαμε τη συναρμολόγηση όλων των τμημάτων μαζί και πήραμε το blynkAuthAppToken (δείτε βήμα 3).

Σας δώσαμε όλο τον κώδικα που χρειάζεστε για να εκτελέσετε αυτό το έργο, το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να αλλάξετε μερικές μεταβλητές στον κώδικα, οι οποίες θα το κάνουν «δικό σας» ιδιωτικό σύστημα.

Πρώτα απ 'όλα, ξεκινήστε με τη λήψη του Arduino IDE (αν δεν το έχετε κάνει ακόμα) - Σύνδεσμος

Δοχείο τροφίμων Arduino

1. Ρυθμίστε το IDE στον πίνακα Arduino: Εργαλεία -> Πίνακας -> Arduino/Genuino Uno

2. Βεβαιωθείτε ότι έχετε εγκαταστήσει αυτές τις βιβλιοθήκες: Sketch -> Include Library -> Manage Libraries

   Ρελέ (του Rafael)

3. Ανοίξτε το σκίτσο του PetFeeder.ino, διαμορφώστε τα ακόλουθα στοιχεία (δείτε την επισυναπτόμενη εικόνα για βοήθεια):

   auth = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";

4. Συγκεντρώστε και ανεβάστε το σκίτσο στη συσκευή σας Arduino.

Μονάδα νερού Node-MCU

1. Ρυθμίστε το IDE στην πλακέτα Node-MCU:

   Δείτε το πρώτο μέρος αυτού του οδηγού για λεπτομερή εξήγηση

2. Βεβαιωθείτε ότι έχετε εγκαταστήσει αυτές τις βιβλιοθήκες: Sketch -> Include Library -> Manage Libraries

   WiFi Manager (Από tzapu)

3. Ανοίξτε το σκίτσο του PetFeeder.ino, διαμορφώστε τα ακόλουθα στοιχεία (δείτε την επισυναπτόμενη εικόνα για βοήθεια):

   • auth = "REPLACE_WITH_YOUR_BLYNK_TOKEN";
   • ssid = "YOUR_WIFI_SSID"; // Βασικά είναι το όνομα του δικτύου WiFi σας
   • πέρασμα = "YOUR_WIFI_PASSWORD"; // εάν δεν έχετε κωδικό πρόσβασης, χρησιμοποιήστε κενή συμβολοσειρά ""
4. Συγκεντρώστε και ανεβάστε το σκίτσο στη συσκευή σας Node-MCU.

Ενότητα ζωντανής κάμερας Pi

1. Συνδέστε τη μονάδα κάμερας pi
2. Εκτελέστε το "sudo raspi-config" και ενεργοποιήστε την επιλογή "κάμερα".

3. Δοκιμάστε την κάμερα χρησιμοποιώντας την εντολή "raspistill" για να τραβήξετε μια εικόνα

   r aspistill -o image.jpg

4. Ορισμός διακομιστή κάμερας ιστού Flask:

   • Εγκαταστήστε όλες τις απαιτήσεις χρησιμοποιώντας pip install -r απαιτήσεις.txt
   • Χρησιμοποιήστε python για να εκτελέσετε camera_server.py
   • Δείτε το στις 127.0.0.1:5000/video_feed

5. Ορίστε τον διακομιστή ιστού Flask για εκτέλεση κατά την εκκίνηση:

   • Προσθέστε την ακόλουθη γραμμή στο /etc/rc.local (πριν από τη γραμμή εξόδου):

     python /camera_server.py

Βήμα 6: Πώς να χρησιμοποιήσετε τον Πίνακα Ελέγχου

Ρύθμιση

Αυτό το μέρος είναι αρκετά απλό, το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να εισαγάγετε το "διακριτικό εφαρμογής blynk" στο αρχείο "index.js" ως εξής:

const blynkToken = "YOUR_BLYNK_APP_TOKEN" // χρησιμοποιήστε το ίδιο διακριτικό από προηγούμενα βήματα.

Χρήση

1. Ανοίξτε τον πίνακα ελέγχου κάνοντας διπλό κλικ στο αρχείο "index.html".
2. Ο πίνακας ελέγχου θα δοκιμάζει αυτόματα το σύστημα κάθε 10 λεπτά.
3. Τα μέτρα δοχείου νερού και τροφίμων μπορούν να ληφθούν χειροκίνητα.
4. Τα κουμπιά "Give Water" και "Feed" χρησιμοποιούνται για να τροφοδοτούν ενεργά το κατοικίδιο σας με τροφή και νερό.
5. Το κάτω μέρος του ταμπλό, θα παρουσιάσει τη ζωντανή ροή από τη μονάδα της κάμερας εάν ακολουθήσατε προσεκτικά τις οδηγίες του προηγούμενου βήματος.

Σημείωση: Εάν θέλετε να προσαρμόσετε τον αριθμό των φορών που ανοίγει το δοχείο τροφίμων όταν τροφοδοτείτε, ανοίξτε το αρχείο "index.js" και αλλάξτε την "τιμή" στην επόμενη γραμμή από "3" σε οποιονδήποτε αριθμό της επιλογής σας:

ανάκτηση (baseURL + '/update/V1? value = 3');

Βήμα 7: Προκλήσεις, όρια και μελλοντικά σχέδια

Προκλήσεις

Οι κύριες προκλήσεις για εμάς σε αυτό το έργο, σχετίζονται με το σχεδιασμό του μηχανισμού ανοίγματος/κλεισίματος του δοχείου τροφίμων και τη δημιουργία ενός σταθερού ταυτόχρονου κώδικα για τον έλεγχο και τη μέτρηση της μονάδας τροφίμων. Πιστεύω ότι δοκιμάσαμε τουλάχιστον 4 διαφορετικές εκδόσεις μέχρι να είμαστε ικανοποιημένοι. Το κύριο μέλημα ήταν τα τρόφιμα να εμποδίζουν την έξοδο. Για να το αποτρέψουμε, επιλέξαμε ένα σχέδιο Sledge-Hammer, με αυτόν τον τρόπο κάθε φορά που ανοίγουμε το δοχείο, η ουρά του "σφυριού" σαρώνει τα τρόφιμα προς την έξοδο. Επιπλέον, η χρήση ενός σωλήνα δύο όψεων έκανε τη ζωή μας πολύ πιο απλή ενώ κατασκευάζαμε το δοχείο τροφίμων. Ένα τέτοιο αντικείμενο είναι ιδανικό για την τοποθέτηση του μηχανισμού εξόδου στη μία πλευρά και αισθητήρα απόστασης στην άλλη πλευρά για τη μέτρηση του περιεχομένου του.

Όρια

Σε αυτή τη φάση του έργου, υπάρχουν λίγοι περιορισμοί στο σύστημα:

1. Δεν είναι πλήρως αυτοματοποιημένο, πράγμα που σημαίνει ότι η τροφοδοσία και η έκχυση νερού γίνονται χειροκίνητα μέσω του πίνακα ελέγχου χωρίς έξυπνους προγραμματιστές (που θα μπορούσαν να προστεθούν στο μέλλον ή να εφαρμοστούν από εσάς!).
2. Το ταμπλό λειτουργεί τοπικά από το δικό σας φορητό υπολογιστή, για να είναι πιο προσβάσιμο μπορεί να φιλοξενηθεί σε δημοφιλείς πλατφόρμες όπως το "Heroku".
3. Χρησιμοποιήσαμε μια πολύ απλή μονάδα κάμερας, η οποία μπορεί να αντικατασταθεί με μια πολύ πιο περίπλοκη μονάδα για να επιτρέψει καλύτερη ποιότητα εικόνας και πιθανή προσθήκη καναλιού επικοινωνίας με το κατοικίδιο σας (χρησιμοποιώντας ηχείο).

Μελλοντικά σχέδια

Αν είχαμε τον χρόνο και τον προϋπολογισμό για να συνεχίσουμε την ανάπτυξη αυτού του συστήματος, είχαμε μερικές ιδέες και πιθανό χρονοδιάγραμμα στο μυαλό μας:

1. Προσθήκη συστήματος αυτόματου προγραμματισμού για σίτιση κατοικίδιων ζώων - 2 ~ 3 ημέρες εργασίας.
2. Δημιουργώντας έναν ιστότοπο που επιτρέπει στους χρήστες του συστήματός μας να δημιουργούν προσαρμοσμένο πίνακα ελέγχου που φιλοξενείται στο διαδίκτυο και είναι προσβάσιμος από οποιαδήποτε συνδεδεμένη συσκευή - 1-2 μήνες εργασίας.
3. Δουλεύοντας σε μια βιομηχανική έκδοση για αυτό το σύστημα, επιτρέποντας σε περισσότερους ιδιοκτήτες κατοικίδιων ζώων να ελέγχουν καλύτερα και να επικοινωνούν με τα κατοικίδια ζώα τους στο διαδίκτυο, είχαμε μεγάλο ενδιαφέρον από φίλους που είδαν το αποτέλεσμα αυτού του Instructable. Έτσι, εάν έχετε το πάθος του χρόνου να ανεβάσετε το έργο στο επόμενο επίπεδο - έχετε πλήρη υποστήριξη!

Ελπίζουμε να σας άρεσε να διαβάζετε (και ελπίζουμε να χτίζετε!) Αυτό το έργο:)