أتمتة البيت الأخضر: 11 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

إن أتمتة البيوت الخضراء عبارة عن مشروع يتم فيه مراقبة ثلاث معلمات للبيوت البلاستيكية ، أي رطوبة التربة ودرجة الحرارة والرطوبة ، من قبل المستخدم عن بُعد ببساطة باستخدام متصفح الويب.

الخطوة 1: المكونات المطلوبة

بعض المكونات الأساسية المطلوبة مذكورة أدناه

1. Raspberry PI Model B.

2. مجلس التنمية NodeMCU

3. وحدة واي فاي ESP8266

4. مستشعر الرطوبة

5. جهاز استشعار درجة الحرارة والرطوبة DHT11

6. 5V قناة واحدة التقوية

7. مضخة مياه غاطسة 5 فولت

8. مجلس الخبز

9. وحدة تزويد الطاقة لوحة الخبز

الخطوة 2: اللغة والبروتوكول

• تستخدم لغة C لوحدات التحكم الدقيقة.
• مراسلة MQTT: MQTT تعني MQ قياس النقل عن بعد. إنه بروتوكول رسائل للنشر / الاشتراك ، بسيط للغاية وخفيف الوزن ، مصمم للأجهزة المقيدة والنطاق الترددي المنخفض ، والكمون العالي أو الشبكات غير الموثوقة. تهدف مبادئ التصميم إلى تقليل عرض النطاق الترددي للشبكة ومتطلبات موارد الجهاز مع محاولة ضمان الموثوقية ودرجة معينة من ضمان التسليم. تتحول هذه المبادئ أيضًا إلى بروتوكول مثالي لعالم "آلة إلى آلة" الناشئة (M2M) أو عالم "إنترنت الأشياء" للأجهزة المتصلة ، ولتطبيقات الهاتف المحمول حيث يكون النطاق الترددي وطاقة البطارية أعلى من سعرها.
• يستخدم برنامج Python لأتمتة تدفق المياه واتصال قاعدة البيانات.

الخطوة 3: Eclipse Mosquitto MQTT Broker

لقد استخدمت هنا Mosquitto MQTT Broker لتسهيل اتصال الرسائل بين العقد.

Eclipse Mosquitto هو وسيط رسائل مفتوح المصدر (مرخص من EPL / EDL) يقوم بتنفيذ إصدارات بروتوكول MQTT 5.0 و 3.1.1 و 3.1. Mosquitto خفيف الوزن ومناسب للاستخدام على جميع الأجهزة من أجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة منخفضة الطاقة إلى الخوادم الكاملة.

يوفر بروتوكول MQTT طريقة خفيفة الوزن لتنفيذ المراسلة باستخدام نموذج النشر / الاشتراك. هذا يجعلها مناسبة لمراسلة إنترنت الأشياء مثل أجهزة الاستشعار منخفضة الطاقة أو الأجهزة المحمولة مثل الهواتف أو أجهزة الكمبيوتر المضمنة أو وحدات التحكم الصغيرة.

يوفر مشروع Mosquitto أيضًا مكتبة C لتنفيذ عملاء MQTT ، وعملاء سطر أوامر mosquitto_pub و mosquitto_sub المشهور جدًا.

الخطوة 4: تدفق البيانات في المشروع بأكمله

في الصورة أعلاه العقد

1. NodeMCU
2. فطيرة التوت
3. ESP8266

NodeMCU هو جزء الاستشعار من البيت الأخضر و ESP8266 هو الجزء المشغل الذي يمد المياه عندما تحتاج الأرض إلى الماء وفقًا لأجهزة الاستشعار.

يحتوي Raspberry PI على Mosquitto Broker وعميل Python الذي يشترك في الرسائل القادمة من وسيط MQTT ويخزن البيانات في خادم SQL.

الخطوة 5: توصيل المستشعرات مع NodeMCU

مستشعر درجة الحرارة والرطوبة DHT11 ومستشعر رطوبة الماء قادر على العمل على 3.3 فولت.

لا تستطيع NodeMCU توفير أكثر من 3.3 فولت. لذلك يمكن توصيل المستشعرات مباشرة بلوحة وحدة التحكم الدقيقة NodeMCU.

الخطوة السادسة: توصيل مضخة المياه الغاطسة بـ ESP8266

تستخدم مضخة مياه غاطسة لتزويد الماء عند الحاجة.

تحتاج مضخة الماء إلى مصدر طاقة 5 فولت لتشغيلها.

مطلوب مرحل قناة واحدة لتوصيل المحرك. عندما يتم تنشيط دبوس GPIO2 الخاص بـ ESP8266 ، يتم تشغيل التتابع ويزود المياه تلقائيًا باستخدام مضخة المياه الغاطسة.

هنا يتم توفير مصدر طاقة خارجي للوحة ESP8266 والتتابع ومضخة المياه الغاطسة.

اتصال الجهاز الكامل الخاص بي في الصورة أعلاه.

الخطوة السابعة: تثبيت برنامج Mosquitto Broker وتشغيل Python في Raspberry Pi

فيما يلي خطوات تثبيت وسيط Mosquitto في Raspberry PI

افتح الجهاز واكتب الأوامر التالية

sudo apt-add-repository ppa: mosquitto-dev / mosquitto-ppa

sudo apt-get update

sudo apt-get install mosquitto. تثبيت البعوض sudo apt-get install

sudo apt-get install mosquitto-clients. تثبيت عملاء البعوض sudo apt-get install

يجب أن يبدأ البعوض تلقائيًا.

لإيقاف وبدء الخدمة التي أحتاجها لاستخدامها

خدمة sudo توقف البعوض

تبدأ خدمة sudo البعوض

معظم المواقع التي اكتشفت فيها استخدام التنسيق.

sudo /etc/init.d/mosquitto stop

الخطوة 8: كيف يعمل MQTT؟

MQTT هو أحد البروتوكولات الأكثر استخدامًا في مشاريع إنترنت الأشياء. وهي تعني نقل القياس عن بعد لخدمة وضع الرسائل في قائمة انتظار.

بالإضافة إلى ذلك ، تم تصميمه كبروتوكول مراسلة خفيف الوزن يستخدم عمليات النشر / الاشتراك لتبادل البيانات بين العملاء والخادم. علاوة على ذلك ، فإن حجمه الصغير واستخدامه المنخفض للطاقة وحزم البيانات المصغرة وسهولة التنفيذ يجعل البروتوكول مثاليًا لعالم "من آلة إلى آلة" أو "إنترنت الأشياء".

مثل أي بروتوكول إنترنت آخر ، يعتمد بروتوكول MQTT على العملاء والخادم. وبالمثل ، فإن الخادم هو الشخص المسؤول عن التعامل مع طلبات العميل لتلقي أو إرسال البيانات بين بعضها البعض ، ويطلق على خادم MQTT اسم وسيط والعملاء هم ببساطة الأجهزة المتصلة.

* عندما يريد جهاز (عميل) إرسال البيانات إلى الوسيط ، فإننا نسمي هذه العملية "النشر".

* عندما يريد جهاز (عميل) تلقي بيانات من الوسيط ، فإننا نسمي هذه العملية "اشتراك".

الخطوة 9: برمجة NodeMCU و ESP8266

فيما يلي الكود المصدري للوحة NodeMCU و ESP8266 Microcontroller

الخطوة 10: تصميم صفحة ويب والاتصال بقاعدة بيانات SQL

تم تصميم صفحة الويب باستخدام لغة HTML و CSS و PHP.

يتم استخدام PHP لاستخراج قراءات أجهزة الاستشعار من قاعدة البيانات وإظهارها في صفحة HTML.

يتم استخدام برنامج Python كقلب لهذا المشروع.

الأعمال التي يقوم بها برنامج بايثون هي كما يلي.

1. يشترك في موضوع يرسل فيه المستشعر قراءات المستشعر.
2. تنشر أمر تشغيل / إيقاف مضخة المياه إلى وسيط MQTT.
3. يخزن قراءة المستشعر في قاعدة بيانات SQL.

هنا في حالتي يوجد برنامج Python وقاعدة بيانات SQL في جهاز كمبيوتر محمول. صفحة الويب التي تعمل من خلال مضيف محلي.

فيما يلي رمز المصدر لبرنامج Python الخاص بي.

الخطوة 11: إكمال العمل

فيما يلي الخطوات التي تستمر فيها العملية.

1. يعمل NodeMCU كجزء من الاستشعار ويقرأ درجة الحرارة والرطوبة ومستوى رطوبة التربة.
2. يرسل القراءات إلى وسيط MQTT بموضوع "الموضوع 1"
3. في الكمبيوتر المحمول ، يكون برنامج python قيد التشغيل ويشترك في موضوع "Topic 1" مع وسيط MQTT.
4. عندما ترسل NodeMCU القراءات ، يرسل Mosquitto MQTT Broker البيانات على الفور إلى برنامج python.
5. ثم يقوم برنامج Python بحساب ما إذا كانت هناك حاجة للمياه في البيت الأخضر. ثم يخزن القراءات في قاعدة بيانات SQL.
6. إذا كانت هناك حاجة للمياه في البيت الأخضر ، فإن برنامج الثعبان ينشر رسالة تشغيل / إيقاف مضخة المياه إلى وسيط Mosquitto MQTT مع موضوع "الموضوع 2"
7. يعمل ESP8266 كمشغل. يشترك في موضوع "الموضوع 2" حيث يقوم برنامج بايثون بنشر الرسالة. عندما ينشر برنامج python أي رسالة ، يتم نقل الرسالة على الفور إلى ESP8266. وفقًا لرسالة التشغيل / الإيقاف ، تم تشغيل / إيقاف تشغيل مضخة المياه الغاطسة.
8. المرحلة الأخيرة لعرض القراءات الحية في صفحة الويب. تجلب صفحة الويب البيانات من قاعدة بيانات SQL حيث يقوم برنامج Python بتخزين البيانات مباشرة وعرض القراءات في الصفحة.