수분 센서가 있는 Win10 IOT 관개 컨트롤러

Win10 IOT, RPi2 및 XBee를 사용하여 잔디 토양 수분을 측정하고 필요에 따라 자동으로 관개를 실행합니다.

배경

미국의 많은 지역이 지난 몇 년 동안 물 부족이나 가뭄 상태에 시달렸습니다. 집주인이 가정의 물 소비를 줄이기 위해 할 수 있는 일에는 여러 가지가 있으며 잔디 관개도 그 중 하나입니다. 가장 일반적인 주거용 관개 컨트롤러로 작업하는 것은 불편하고 실망스럽습니다. 차고에 숨어 있으면 이러한 컨트롤러의 복잡한 다이얼과 모호한 지침으로 인해 시스템이 매일 실행되는 시간을 조정하기가 어렵습니다. 그리고 그들은 여전히 ​​식물이 실제로 얼마나 많은 물을 필요로 하는지 모릅니다.

내 프로젝트는 관개 컨트롤러가 토양이 얼마나 젖었는지 알 수 있도록 하여 문제의 적어도 일부를 해결하는 것을 목표로 하고 있습니다. 또한 웹 기반 제어를 추가하여 뒷마당이나 전국에서 내 스마트 폰을 사용하여 스프링클러를 제어할 수 있습니다.

1단계:감지

먼저 RPi2에 데이터를 전송하기 위해 토양 수분 센서를 가져와야 합니다. 우리는 센서가 잔디밭 안이나 바로 옆에 있기를 원하지만 RPi2는 안전한 곳, 전원 및 이더넷에 가까운 곳에 위치해야 합니다. 센서는 요소로부터 둘러싸여 있으며 배터리로 구동되며 토양 수분 센서에서 데이터를 읽을 수 있어야 합니다. 다행스럽게도 Digi International의 XBee 칩 라인은 이러한 세 가지 조건을 모두 해결하는 데 적합합니다.

간단하게 하기 위해 XBee Pro – Series 1을 사용하기로 했습니다. 모듈. Digi는 독점 통신 레이어 DigiMesh와 ZigBee 구현(여기에 훌륭한 요약 시트가 있음)이 있지만 가장 간단하고 직접적인 솔루션은 기본 "802.15.4" 구현을 사용하는 것이었습니다. 이 구성에서 모든 무선 센서는 RPi2에 부착된 XBee 칩과 직접 통신합니다. 각 개별 XBee 센서는 자체 수면-깨우기 주기를 관리하여 배터리 수명을 극적으로 연장합니다. 그리고 XBee 센서에는 6개의 10비트 아날로그-디지털 입력이 내장되어 있어 토양 수분 센서를 연결하는 데 적합합니다. 나중에 온도 또는 조명 판독값을 수집하기에 충분한 추가 입력도 있습니다.

센서에 전원을 공급하려면 배터리를 계속 교체할 필요가 없을 만큼 충분한 용량을 원했습니다. XBee 칩이 잠자기-깨우기 주기에서 사용하는 전력을 계산하고 표준 배터리 용량을 사용하여 센서가 집으로 보고하는 빈도를 미세 조정할 수 있으므로 배터리는 1년에 한 번 정도만 교체하면 됩니다. 이상적으로는 향후 개정판에 태양 전지가 포함될 것입니다.

마지막으로 XBee 칩을 프로그래밍해야 했습니다. 에너지 예산 스프레드시트 오른쪽의 "G" 및 "H" 열에는 Digi X-CTU 소프트웨어를 사용하여 변경한 값이 있습니다. Digi에서 별도의 개발자 키트를 구입하지 않고도 내 PC에 연결된 SparkFun의 XBee Explorer USB 구성 요소를 사용할 수 있었습니다.

2단계:Raspberry Pi 프로그래밍

Raspberry Pi 프로그래밍의 가장 큰 과제는 XBee 모듈과 인터페이스하는 것입니다. XBee는 직렬로만 통신하며 RPi2에는 액세스 가능한 내장 직렬 기능이 없습니다. Sparkfun XBee Explorer USB 모듈을 사용하기로 결정했습니다. FTDI에서 만든 온보드 칩에는 Win10 IOT Core용 기본 드라이버가 없습니다. 하지만 Jark가 GitHub 저장소에서 제공한 지침에 따라 XBee 모듈과 통신할 수 있었습니다.

XBee 문서에 따르면 센서는 API 프레임으로 수신되는 RPi에 센서 데이터를 주기적으로 보냅니다. XBee API 프레임 데이터를 처리하기 위한 다양한 라이브러리가 있지만 라이선스 문제를 피하기 위해 자체 라이브러리를 설치하기로 결정했습니다.

판독값을 구문 분석한 후 데이터는 Azure에서 호스팅되는 클라우드 서비스로 전송됩니다. 그러면 클라우드 서비스가 값을 열지 여부를 결정하고 지정된 영역에서 스프링클러를 실행할 수 있습니다.

3단계:센서 로그용 클라우드 서비스, 관개 제어

클라우드 서비스의 경우 Windows Azure 웹 앱에서 실행되는 ServiceStack을 사용하기로 결정했습니다. ServiceStack은 Entity Framework가 있는 ASP.Net의 대안인 웹 지향 프레임워크입니다. Redis, C# 클라이언트를 지원하기 위한 추가 구성요소가 있으며 이중 상용/AGPL 라이선스와 취미 프로젝트를 위한 넉넉한 무료 할당량이 있습니다. Azure를 사용하면 Redis 백엔드, SQL 데이터베이스, Service Bus 및 필요한 경우 확장할 수 있는 많은 기회와 같이 활용할 수 있는 추가 리소스가 풍부합니다.

실험/취미 프로젝트로서 내 웹 사이트는 매우 작지만 접근 방식을 보여줍니다. 미래 해커의 요구에 맞게 확장할 수 있는 기능적 예제를 제공하도록 설계되었습니다.

<올>

Server-Sent Events 링크는 ServiceStack의 ServerEvents를 사용하여 열리며 RPi2와 서버 간의 양방향 통신을 효과적으로 허용합니다. 이것은 SignalR을 사용하는 것과 비슷하지만 더 간단하고 덜 강력합니다.

RPi는 수신되는 센서 데이터를 클라우드로 전송합니다.

서버가 관개 컨트롤러에 스프링클러 밸브를 켜거나 끄도록 지시합니다.

이 접근 방식의 장점은 서버가 일기 예보를 보거나 지역 조례(예:짝수/홀수 물주기)를 준수하는 것과 같은 복잡한 일정 또는 논리를 수행할 수 있다는 것입니다. 또한 원격 관리 또는 단일 웹 기반 인터페이스에서 다양한 위치를 관리할 수 있습니다. 인터넷 연결이 제대로 작동하지 않으면 스프링클러가 작동하지 않는다는 단점이 있습니다.

4단계:미래

이 프로젝트는 주로 개념 증명이었기 때문에 미래의 해커는 이를 기반으로 자신의 필요에 맞게 조정할 수 있습니다. 보다 세련된 프로젝트로 만들기 위해 할 수 있는 일이 많이 있습니다.

<울>

더 강력한 웹 프런트 엔드 추가

온도 센서 지원 추가

보안 구현

관개 일정 추가

인터넷 다운 시간에 대비한 관개 일정 다운로드

LCD 및 푸시 버튼과 같은 물리적 컨트롤 추가

출처:수분 센서가 있는 Win10 IOT 관개 컨트롤러