ساخت گلدان هوشمند با برد Node MCU و نرم افزار Cayenne بر پایه IoT

نگران کم آبی و پژمردگی گیاهان زیبای خود نباشید. با ساخت گلدان هوشمند از راه دور و از طریق اینترنت همیشه و به موقع گیاهان را آبیاری کنید و دیگر نگران خشک شدن خاک و پژمردگی گیاهان نباشید. با استفاده از سنسور رطوبت خاک و برد NodeMcu مداری میسازیم که در صورت خشک بودن خاک به ما هشدار دهد. سپس به طور خودکار گیاه را تا رسیدن به رطوبت مورد نظر آبیاری کرده، از مدار گلدان هوشمند میتوان در آبیاری باغ‌ها ، گلخانه‌ها و گیاهان آپارتمانی استفاده کرد. در ادامه این آموزش با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

گلخانه هوشمند با آردوینو

برای ساخت یک گلخانه هوشمند با استفاده از آردوینو ، قبل از شروع به ساخت، نیاز است که برنامه‌ریزی کاملی انجام دهید و طرح گلخانه هوشمند خود را ایجاد کنید. در نظر داشته باشید که نیازمندی‌های خاص خود را مانند کنترل دما، رطوبت، نور و آب را در نظر بگیرید.

تجهیزات: برای ساخت گلخانه هوشمند، شما به مواد و تجهیزات زیر نیاز دارید:

• برد آردوینو: می‌توانید از مدل‌های مختلفی از جمله آردوینو Uno یا آردوینو Mega استفاده کنید.
• حسگرها: برای اندازه‌گیری دما، رطوبت، نور و سایر پارامترها، حسگرهای مناسبی نیاز دارید. برخی از حسگرهای معمول شامل حسگر دما و رطوبت DHT11 یا DHT22، حسگر نور LDR و حسگر خاک می‌باشند.
• عملگرها: برای کنترل عناصری مانند سیستم آبیاری، شما به عملگرهایی مانند ماژول رله برای روشن و خاموش کردن دستگاه‌ها نیاز دارید.
• ماژول‌های ارتباطی: برای برقراری ارتباط بین آردوینو و سایر دستگاه‌ها، ماژول‌های ارتباطی مانند ماژول بلوتوث یا وای‌فای را در نظر بگیرید.

بر اساس طراحی خود، شروع به ساخت سخت‌افزاری کنید. اتصال حسگرها و عملگرها به برد آردوینو را با استفاده از سیم‌ها و برد‌های مدار چاپی انجام دهید. مطمئن شوید که اتصالات صحیح و مطابق با راهنمایی‌های فنی هستند.با استفاده از نرم‌افزار آردوینو IDE، برنامه‌های کنترلی مورد نیاز را برای آردوینو بنویسید. این برنامه‌ها شامل خواندن داده‌های حسگرها، کنترل عملگرها و ارسال اطلاعات از طریق ماژول‌های ارتباطی است.پس از برنامه‌ریزی و بارگذاری برنامه به برد آردوینو، سیستم را تست کنید و اطمینان حاصل کنید که حسگرها و عملگرها به درستی عمل می‌کنند. در صورت وجود مشکل، آن را عیب‌یابی کنید و اصلاح کنید.در صورت نیاز، می‌توانید آردوینو را به سیستم خارجی مانند رایانه یا تلفن همراه متصل کنید تا بتوانید از راه دور و از طریق ارتباطات اینترنتی وضعیت گلخانه را کنترل کنید.همچنین، در هر مرحله از ساخت گلخانه هوشمند با آردوینو، مراجعه به منابع آموزشی مربوطه و مطالعه بیشتر برای یادگیری روش‌ها و تکنیک‌های مورد نیاز است.

 ماژول رطوبت خاک YL-100

سنسور رطوبت خاک YL-100 یک حسگر رطوبت خاک است که استفاده‌های گوناگونی در گلخانه‌ها، باغ‌ها و سیستم‌های آبیاری دارد. این حسگر با استفاده از الکترودهایی که به خاک وصل می‌شوند، میزان رطوبت خاک را اندازه‌گیری می‌کند.سنسور رطوبت خاک YL-100 از اصلی‌ترین نوع حسگرهای رطوبت خاک می‌باشد. سنسور شامل دو الکترود فلزی است که به صورت عمودی در طول بر روی خاک قرار می‌گیرند. این الکترودها به طور مستقیم با خاک در تماس هستند و رطوبت خاک را از طریق اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی آن اندازه‌گیری می‌کنند.سنسور رطوبت خاک YL-100 میزان رطوبت خاک را در محدوده‌ای مشخص اندازه‌گیری می‌کند. معمولاً محدوده اندازه‌گیری این سنسور بین ۰ تا ۱۰۰ درصد رطوبت خاک است.سنسور رطوبت خاک YL-100 خروجی آنالوگ دارد. مقدار ولتاژ خروجی این سنسور تغییر می‌کند و به میزان رطوبت خاک مرتبط است. با انتخاب مناسب قرائت‌گر آنالوگ، می‌توان اطلاعات رطوبت خاک را خواند.برای نصب سنسور رطوبت خاک YL-100، الکترودها را به عمق مورد نظر در خاک فرو می‌برید و سپس با استفاده از سیم‌ها، الکترودها را به ورودی آردوینو یا دستگاه خواندنی دیگر متصل می‌کنید. با خواندن ولتاژ خروجی، می‌توانید مقدار رطوبت خاک را بررسی کنید.

مشخصات فنی سنسور رطوبت خاک YL-100 به شرح زیر است:

• ولتاژ کاری: ۳٫۳V – 5V DC
• محدوده ولتاژ خروجی: ۰V – 5V DC
• محدوده اندازه‌گیری رطوبت خاک: ۰% تا ۱۰۰%
• دقت اندازه‌گیری رطوبت خاک: ±۵%
• زمان پاسخ‌دهی: کمتر از ۵ ثانیه
• رابط خروجی: آنالوگ
• نوع الکترودها: الکترود فلزی
• دمای عملکرد: ۰℃ تا ۵۰℃
• ابعاد فیزیکی: بسته به مدل و ساختار، ابعاد ممکن است متفاوت باشد.
• مواد سازنده: بدنه پلاستیکی و الکترودهای فلزی
• قابلیت اتصال به بردهای میکروکنترلری مانند آردوینو و رزبری پای

در پروژه گلدان هوشمند NodeMcu  ورژن یک به همراه ماژول رطوبت خاک، جهت سنجش رطوبت خاک از ماژول Soil Moisture با ماژول راه انداز YL-100 استفاده کرده‌ایم. از ماژول رله Relay Module برای مدیریت پمپ آب استفاده کرده‌ایم. جهت مدیریت گلدان هوشمند از نرم افزار cayenne برای کنترل دستگاه و پایش اطلاعات به صورت اینترنتی استفاده کنیم. نرم افزار اینترنت اشیا cayenne کاملا از راه دور قابل کنترل است. به این صورت که به طور گرافیکی سطح رطوبت خاک را با درصد به ما نشان داده و دکمه‌ای جهت خاموش و روشن کردن دستی پمپ آب تعبیه شود. وظایفی تعریف می‌کنیم که در صورت خشک شدن خاک برای ما ایمیلی ارسال شده و هشدار می‌دهد که سطح رطوبت کم شده به طور خودکار به رله فرمان داده و آبیاری گلدان هوشمند انجام شود.

اتصال گلخانه هوشمند آردوینو

• پایه های سنسور را به ماژول رطوبت وصل می‌کنیم (ترتیب پایه ها مهم نیست)
• Vcc ماژول رطوبت را به مثبت مدار متصل کرده
• پایه Gnd ماژول رطوبت را به منفی مدار وصل مینیم
• پایه AO ماژول رطوبت را به A0   nodeMcu متصل می‌کنیم
• پایه IN ماژول رله را به D1 مدار وصل کرده
• پایه های مثبت و منفی رله را متصل می‌کنیم

نرم افزار اینترنت اشیا Cayenne

Cayenne IoT (اینترنت اشیا) یک پلتفرم ابری است که به شما امکان می‌دهد دستگاه‌های متصل به اینترنت خود را به طور ساده و بدون نیاز به توانمندی‌های برنامه‌نویسی پیکربندی و کنترل کنید. این پلتفرم توسط شرکت myDevices توسعه داده شده است و یک راه سریع و آسان برای ساخت برنامه‌های IoT (اینترنت اشیا) برای اتصال و کنترل دستگاه‌ها فراهم می‌کند.با استفاده از پلتفرم Cayenne IoT، می‌توانید دستگاه‌های مختلفی از جمله سنسورها، آردوینو، رزبری پای، ESP8266 و دیگر دستگاه‌های قابل برنامه‌ریزی را به صورت آنلاین و بی‌دردسر مدیریت کنید. Cayenne IoT به شما امکان می‌دهد دستگاه‌های متصل خود را به راحتی پیکربندی کنید و با استفاده از اینترفیس کاربری ساده و یکپارچه، آنها را کنترل کنید. با استفاده از داشبوردهای قدرتمند Cayenne IoT، می‌توانید وضعیت و داده‌های دستگاه‌های خود را در زمان واقعی مشاهده و کنترل کنید. می‌توانید نمودارها، جداول و دیگر ویژگی‌های تجزیه و تحلیلی را برای مانیتورینگ داده‌ها استفاده کنید.Cayenne IoT به شما امکان می‌دهد هشدارها و اعلان‌های مختلف را بر اساس شرایط و محدودیت‌های تعیین شده پیکربندی کنید. می‌توانید اعلان‌هایی برای رویدادهای مشخص مانند تغییر وضعیت سنسورها، محدودیت‌های دما و رطوبت و غیره تعریف کنید. با استفاده از Cayenne IoT، می‌توانید داده‌های دستگاه‌های خود را با دیگران به اشتراک بگذارید. این امکان به شما کمک می‌کند تا داده‌های IoT خود را با تیم، دوستان یا کاربران دیگر به اشتراک بگذارید.Cayenne IoT با پشتیبانی از پروتکل‌های مختلف ارتباطی مانند MQTT، REST API و پشتیبانی از برخی از دستگاه‌های IoT معروف از جمله آردوینو و رزبری پای، به شما امکان می‌دهد با انواع دستگاه‌ها ارتباط برقرار کنید.ابتدا باید در سایت Cayenne حساب کاربری ایجاد کنید  برای ورود به سایت اینجا را کلیک کنید و سپس روی Sign up کلیک کرده و حساب خود را ایجاد کنید.

در منو ایجاد پروژه روی All Devices کلیک کنید. سپس گزینه Generic Esp8266 جهت پردازش برای برد Nodemcu بر پایه ESP8266 را انتخاب کنید.

حال به شما username ، Password و Client ID را نمایش میدهد که این عبارات را باید در کد های آردوینو جایگذاری کنید. روش کار با نرم افزار آردوینو Arduino IDE پیشتر توسط همکارم توضیح داده شده است.

حال در نرم افزار Arduino IDE کتابخانه‌های cayenne را اضافه کنید. جهت دانلود کتابخانه به بخش دانلود در صفحه محصول برد Nodemcu مراجعه کنید. اگر شیوه افزودن کتابخانه را نمی‌دانید به آموزش نصب کتابخانه در نرم افزار آردوینو Arduino IDE مراجعه کنید. کدهای گلدان هوشمند با Node mcu آردوینو در ادامه آموزش ارایه شده است. در نظر داشته باشید که باید نام مودم وایرلس، پسورد آن و سه عبارتی که از سایت دریافت کردید را در قسمت مربوطه کپی کنید. و سپس کدها را در آردوینو آپلود کنید. پس از اینکه کدها آپلود و برد به اینترنت متصل شد. سایت تغییر کرده و حالا شما می‌توانید تنظیمات مربوطه را روی سایت Cayenne انجام دهید.

اگر مراحل را به درستی انجام داده باشید مقدار رطوبت روی صفحه اصلی نمایان می‌شود. اکنون باید دکمه‌ای برای روشن و خاموش کردن پمپ آب گلدان هوشمند Nodemcu در نظر بگیریم. برای این کار روی overview و سپس بر روی Add new کلیک کنید. گزینه Device/widget را انتخاب کرده، حال در پایین منو روی Custom widgets کلیک کنید. گزینه button را پیدا کرده و اسم دلخواهی انتخاب کنید. دستگاه متصل را هم انتخاب کنید. در قسمت sensor اطلاعات را اینگونه تعریف کنید Data : Digital Actuator  , Unit : Digital(0/1) , Channel : 2 و آیکون دلخواه را برای دکمه انتخاب کنید. در نهایت روی Add Widget کلیک کرده تا دکمه روی صفحه اصلی ایجاد شود. حال مشاهده می‌کنید که اطلاعات گلدان هوشمند ، رطوبت و یک کلید دستی برای خاموش روشن کردن پمپ آب قرار داده شده است.

اکنون اگر بخواهیم به صورت اتوماتیک آبیاری انجام شود، بدین شکل در صورت رسیدن به یک سطح رطوبت خودکار روشن و پس از آبیاری کامل خاموش شود؛ باید یک دستور شرطی تعریف کنیم. به این شکل که ابتدا از منو Add new بر روی Trigger کلیک می‌کنیم. نام آن را انتخاب و سپس در قسمت if کانالی که نمایانگر سطح رطوبت است را انتخاب می‌کنیم. در قسمت then دکمه پمپ را اضافه کرده و به این صورت تعریف می‌کنیم. اگر سطح رطوبت خاک از ۳۰ درصد پایین تر آمد پمپ آب روشن شود. یک Trigger دیگر اضافه کرده با نام pomp off اکنون به این صورت تعریف می‌کنیم. اگر رطوبت از ۸۰ درصد بالاتر رفت پمپ خاموش شود. در ضمن امکان اطلاع رسانی در صورت خشک شدن کامل خاک هم وجود دارد.

با توجه به تعریف شرط‌ها اگر رطوبت بین ۳۰ تا ۸۰ باشد؛ به صورت دستی و دلخواه می‌توانیم رله گلدان هوشمند با Node mcu را روشن کنیم. اما در غیر اینصورت به صورت اتوماتیک فرمان داده می‌شود. *کد برنامه به شکلی نوشته شده که پس از اولین آبیاری کامل به طور خودکار دستگاه کالیبره شده و نیازی نیست حد بالا یا پایین را دستی تغییر دهیم* در ادامه کدهای آردوینو قرار گرفته‌اند.

 کدنویسی آردوینو گلدان هوشمند

کدها را از طریق کلیدهای میانبری که برای انتقال در نظر گرفته شده است، در نرم افزار آردوینو Arduino کپی و سپس اجرا کنید.

#define CAYENNE_DEBUG
#define CAYENNE_PRINT Serial
#include <CayenneMQTTESP8266.h>

int maxx=1023 ;
#define relay D1 //پین اتصال به رله
#define Humsensor A0  //پین اتصال به سنسور رطوبت خاک

// WiFi network info.
char ssid[] = "XXXXXX";   //این قسمت را با نام شبکه بیسیم خود جایگزین کنید
char wifiPassword[] = "XXXXXX"; //رمزعبور شبکه بیسیم خود را اینجا جایگزین کنید

// اطلاعات دریافت شده از سایت را به طور مجزا در قسمت های زیر جایگزین کنید
char username[] = "XXXXXXXX";
char password[] = "XXXXXXXX";
char clientID[] = "XXXXXXXX";

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Cayenne.begin(username, password, clientID, ssid, wifiPassword);

      pinMode(D1 , OUTPUT);
    delay(10);
    digitalWrite(relay , HIGH);
}

void loop() {
  Cayenne.loop();
  int x = analogRead(Humsensor);
  if (x<maxx)
  maxx = x ;
  int y = map(x, 1024, maxx , 0, 100);
Cayenne.virtualWrite(1,y, "soil_moist" , "p" );
delay(5000);
}

CAYENNE_IN(2)
  {
    digitalWrite(relay , !getValue.asInt());
  }

وسایل مورد نیاز

برد وای فای NodeMcu v1.0

ماژول رطوبت خاک

پمپ آب ۱۲ ولت

ماژول رله

کابل اتصال

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام پروژه گلدان هوشمند با Nodemcu با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.

پروژه و دریافت بن ارسال رایگان

برای دریافت بن خرید از دانشجو کیت، کاربران بایستی با استفاده از وسایل این آموزش، پروژه را اجرا کرده و یا حتی مدار جدیدی تعریف کنید. سپس از اجرای کار فیلم گرفته و در شبکه‌های اجتماعی از جمله آپارات و اینستگرام، با هشتگ‌های دیجی_اسپارک و دانشجوکیت  و digispark  و  daneshjookit منتشر کنند. سپس از طریق بخش نظرات در ادامه همین آموزش، جهت دریافت بن خرید ارسال رایگان به ارزش ۱۲۰۰۰ تومان از دانشجو کیت، لینک را زیر همین پست ارسال کنید.

در پایان نظرات و پیشنهادات خود را با ما درمیان بگذارید و با اشتراک گذاری این آموزش در شبکه های اجتماعی , از وبسایت دیجی اسپارک حمایت کنید.