الحديقة الذكية "SmartHorta": 9 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

مرحبًا يا شباب ، ستقدم هذه التعليمات مشروع الكلية لحديقة خضروات ذكية توفر سقيًا تلقائيًا للنباتات ويمكن التحكم فيها عن طريق تطبيق جوال. الهدف من هذا المشروع هو خدمة العملاء الذين يرغبون في الزراعة في المنزل ولكن ليس لديهم الوقت للعناية والماء في الأوقات المناسبة كل يوم. نسمي "SmartHorta" لأن كلمة horta تعني حديقة نباتية باللغة البرتغالية.

تم تنفيذ تطوير هذا المشروع ليتم اعتماده في تخصص مشروع التكامل في الجامعة التكنولوجية الفيدرالية في بارانا (UTFPR). كان الهدف هو الجمع بين العديد من مجالات الميكاترونكس مثل الميكانيكا والإلكترونيات وهندسة التحكم.

شكري الشخصي للأساتذة في UTFPR Sérgio Stebel و Gilson Sato. وأيضًا لزملائي الأربعة (أوغوستو وفيليبي وميكائيل وريبيكا) الذين ساعدوا في بناء هذا المشروع.

المنتج يتمتع بحماية ضد سوء الأحوال الجوية ، ويوفر الحماية ضد الآفات والرياح والأمطار الغزيرة. يجب تغذيتها بواسطة خزان مياه من خلال خرطوم. التصميم المقترح هو نموذج أولي ليناسب ثلاثة مصانع ، لكن يمكن أن يتوسع ليشمل المزيد من المزهريات.

تم استخدام ثلاث تقنيات تصنيع فيها: القطع بالليزر ، والطحن باستخدام الحاسب الآلي ، والطباعة ثلاثية الأبعاد. بالنسبة لجزء الأتمتة ، تم استخدام Arduino كوحدة تحكم. تم استخدام وحدة بلوتوث للاتصال وتم إنشاء تطبيق Android من خلال MIT App Inventor.

لقد مررنا جميعًا بدرجة قريبة من 9.0 ونحن سعداء جدًا بالعمل. الشيء المضحك للغاية هو أن الجميع يفكر في زرع الحشائش على هذا الجهاز ، ولا أعرف لماذا.

الخطوة 1: التصميم المفاهيمي ونمذجة المكونات

قبل التجميع ، تم تصميم ونمذجة جميع المكونات في CAD باستخدام SolidWorks للتأكد من أن كل شيء مناسب تمامًا. كان الهدف أيضًا هو وضع المشروع بأكمله داخل صندوق السيارة. لذلك تم تحديد أبعادها على أنها 500 مم كحد أقصى. في تصنيع هذه المكونات ، يتم استخدام تقنيات القطع بالليزر والطحن باستخدام الحاسب الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد. تم قطع بعض الأجزاء من الخشب والأنابيب بالمنشار.

الخطوة الثانية: القطع بالليزر

تم إجراء القطع بالليزر على لوح فولاذي AISI 1020 مجلفن بسمك 1 مم ، 600 مم × 600 مم ثم طيه إلى علامات تبويب 100 مم. القاعدة لها وظيفة إيواء الأوعية والجزء الهيدروليكي. تُستخدم فتحاتها لتمرير أنابيب الدعم ، وأجهزة الاستشعار وكابلات الملف اللولبي ، ولتركيب مفصلات الأبواب. كان القطع بالليزر أيضًا عبارة عن لوحة على شكل حرف L تعمل على تركيب الأنابيب في السقف.

الخطوة 3: آلة الطحن CNC

تم تصنيع حامل المحرك المؤازر باستخدام آلة طحن CNC. تم تشكيل قطعتين من الخشب ، ثم لصقها وتغطيتها بمعجون خشبي. تم أيضًا تشكيل لوحة صغيرة من الألومنيوم لتلائم المحرك في الدعامة الخشبية. تم اختيار هيكل قوي لتحمل عزم الدوران المؤازر. هذا هو السبب في أن الخشب سميك للغاية.

الخطوة 4: الطباعة ثلاثية الأبعاد

في محاولة لري النباتات بشكل صحيح ولتحكم أفضل في رطوبة التربة ، تم تصميم هيكل لتوجيه المياه من أنبوب الإمداد على القاعدة إلى البخاخ. باستخدامه ، تم وضع البخاخ في مواجهة التربة دائمًا (بميل 20 درجة للأسفل) بدلاً من أوراق النباتات. تمت طباعته على جزأين على PLA أصفر شفاف ثم تم تجميعه بالصواميل والمسامير.

الخطوة 5: المنشار اليدوي

تم قطع هيكل السقف الخشبي والأبواب وأنابيب PVC يدويًا في المنشار اليدوي ، وتم شق هيكل السقف الخشبي وصقله وحفره ثم تجميعه بمسامير خشبية.

السقف عبارة عن لوح من الألياف الزجاجية الشفافة من الخلود وقد تم تقطيعه باستخدام مقصلة قطع ألياف محددة ، ثم حفره وتركيبه في الخشب باستخدام البراغي.

تم شق الأبواب الخشبية ، وغسلها بالرمل ، وحفرها ، وتجميعها بمسامير خشبية ، ومغطاة بكتلة خشبية ، ثم تم وضع ناموسية مع دباسة لمنع تلف النباتات بسبب الأمطار الغزيرة أو الحشرات.

تم قطع الأنابيب البلاستيكية ببساطة في المنشار اليدوي.

الخطوة 6: المكونات الهيدروليكية والميكانيكية والتجميع

بعد تصنيع السقف والقاعدة والرأس والأبواب ، ننتقل إلى تجميع الجزء الهيكلي.

أولاً ، نقوم بتركيب مشابك القناة على القاعدة واللوحة L مع الصامولة والمسمار ، وبعد ذلك يتم تركيب أربعة أنابيب PVC في المشابك. بعد أن يجب عليك تثبيت السقف على الألواح L. ثم قم فقط بربط الأبواب والمقابض بالصواميل والمسامير. أخيرًا ، يجب عليك تجميع الجزء الهيدروليكي.

لكن انتبه ، يجب أن نهتم بإغلاق الجزء الهيدروليكي حتى لا يكون هناك تسرب للمياه. يجب أن تكون جميع الوصلات محكمة الإغلاق باستخدام مادة مانعة للتسرب أو غراء PVC.

تم شراء العديد من المكونات الميكانيكية والهيدروليكية. المدرجة أدناه هي المكونات:

- مجموعة الري

- مقابض 2x

- مفصلات 8x

- 2x 1/2 ركبة PVC

- 16x 1/2 مشابك قناة

- 3x ركبة 90º 15 ملم

- خرطوم 1 م

- 1x 1/2 غلاف أزرق قابل للحام

- 1x 1/2 ركبة قابلة للحام زرقاء

- 1x حلمة قابلة للربط

- 3x سفن

- 20x برغي خشبي 3.5x40mm

- 40x 5/32 الترباس والصمولة

- شاشة البعوض 1 م

- الأنابيب البلاستيكية 1/2"

الخطوة 7: المكونات الكهربائية والإلكترونية والتجميع

لتجميع الأجزاء الكهربائية والإلكترونية ، يجب أن نقلق بشأن التوصيل الصحيح للأسلاك. في حالة حدوث اتصال خاطئ أو حدوث ماس كهربائي ، يمكن أن يفقد المرء الأجزاء باهظة الثمن التي تستغرق وقتًا لاستبدالها.

لتسهيل تركيب Arduino والوصول إليه ، يجب أن نصنع درعًا بلوحة عالمية ، لذلك من الأسهل إزالة وتنزيل رمز جديد على Arduino Uno ، وكذلك تجنب تبعثر العديد من الأسلاك.

بالنسبة لصمام الملف اللولبي ، يجب عمل صفيحة مزودة بحماية بصرية معزولة لمحرك الترحيل ، لتجنيب أنفسنا خطر حرق مدخلات / مخرجات Arduino والمكونات الأخرى. يجب توخي الحذر عند تشغيل صمام الملف اللولبي: لا ينبغي تشغيله في حالة عدم وجود ضغط ماء (وإلا فقد يحترق).

ثلاثة مستشعرات للرطوبة ضرورية ، ولكن يمكنك إضافة المزيد لتكرار الإشارة.

تم شراء العديد من المكونات الكهربائية والإلكترونية. المدرجة أدناه هي المكونات:

- 1x اردوينو أونو

- 6x أجهزة استشعار رطوبة التربة

- 1x 1/2 صمام الملف اللولبي 127 فولت

- عدد 1 محرك مؤازر 15 كجم. سم

- مصدر 1x 5v 3A

- مصدر 1x 5v 1A

- وحدة بلوتوث 1x hc-06

- 1x ساعة الوقت الحقيقي RTC DS1307

- 1x تتابع 5 فولت 127 فولت

- 1x 4n25 بصري مائل

-1x الثايرستور BC547

- 1x ديود n4007

- مقاومة 1x 470 أوم

- مقاومة 1x 10 كيلو أوم

- 2x لوحة عالمية

- قطاع طاقة 1x مع 3 مآخذ

- 2x مقبس ذكر

- قابس 1x p4

- كابل بطول 10 متر بطريقتين

- كابل انترنت بطول 2 متر

الخطوة 8: البرمجة C باستخدام Arduino

تهدف برمجة Arduino بشكل أساسي إلى التحكم في رطوبة التربة في المزهريات "n". لهذا يحتاج إلى تلبية متطلبات تشغيل صمام الملف اللولبي ، بالإضافة إلى تحديد موضع محرك سيرفو وقراءة متغيرات العملية.

يمكنك تعديل كمية السفن

#define QUANTIDADE 3 // Quantidade de plantas

يمكنك تعديل وقت فتح الصمام

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

يمكنك تعديل وقت الانتظار لترطيب التربة.

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

يمكنك تعديل تأخير الخادم.

#define TEMPO_S 30 // Delay do servo.

لكل مستشعر رطوبة التربة ، يوجد نطاق جهد مختلف للتربة الجافة والتربة الرطبة بالكامل ، لذلك يجب اختبار هذه القيمة هنا.

umidade [0] = خريطة (umidade [0] ، 0 ، 1023 ، 100 ، 0) ؛

الخطوة 9: تطبيق الهاتف

تم تطوير التطبيق على موقع MIT App Inventor على الويب لأداء مهام الإشراف والتكوين على المشروع. بعد الاتصال بين الهاتف المحمول ووحدة التحكم ، يعرض التطبيق في الوقت الفعلي الرطوبة (0 إلى 100٪) في كل من المزهريات الثلاثة والعملية التي يتم إجراؤها في الوقت الحالي: إما في وضع الاستعداد ، وتحريك المحرك المؤازر إلى الموضع الصحيح أو سقي أحد المزهريات. يتم أيضًا تكوين نوع النبات في كل مزهرية على التطبيق ، والتكوينات جاهزة الآن لتسعة أنواع من النباتات (الخس والنعناع والريحان والثوم المعمر وإكليل الجبل والبروكلي والسبانخ والجرجير والفراولة). بدلاً من ذلك ، يمكنك إدخال إعدادات الري يدويًا للنباتات غير المدرجة في القائمة. تم اختيار النباتات الموجودة في القائمة لأنها سهلة النمو في أواني صغيرة مثل تلك الموجودة في النموذج الأولي الخاص بنا.

لتنزيل التطبيق ، يجب أولاً تنزيل تطبيق MIT App Inventor على هاتفك المحمول ، قم بتشغيل wifi. ثم على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، يجب عليك تسجيل الدخول إلى موقع MIT على الويب https://ai2.appinventor.mit.edu/ لتسجيل الدخول ، واستيراد مشروع SmartHorta2.aia ، ثم توصيل هاتفك المحمول عبر رمز الاستجابة السريعة.

لتوصيل اردوينو بالهاتف الذكي ، يجب عليك تشغيل البلوتوث على هاتفك ، وتشغيل اردوينو ثم إقران الجهاز. هذا كل شيء ، أنت متصل بالفعل بـ SmartHorta!