Huerto controlado por raspberry


Carolina Herrero nos propone un sistema de un sistema automatizado para riego  que  ademas  no precisa de conexión a Internet porque todas las medidas se  gestionan de forma interna y por tanto no precisan ningún servicio de IoT  para su  funcionamiento ( como por ejemplo Cayenne.com del que  hemos hablado numerosas ocasiones en este blog)

 

La idea principal de Carolina era construir un sistema de riego automático, controlado por diferentes tipos de sensores, de forma que el sistema tomase decisiones de modo automático  guiándose  en función de las condiciones del ambiente y la necesidad de riego que tiene la tierra según el grado de humedad  de modo que cuando las condiciones fuesen óptimas comenzase el riego(, siempre y cuando exista agua en el depósito)
Además su creadora  también quería que los datos se almacenaran de forma periódica en una base de datos local  mySQL  , y a través de una aplicación Web, con sus  credenciales poder acceder y ver un histórico gráfico de las mediciones de los sensores .
Para conseguir esto básicamente   ha utilizado:
  • Varios  Sensores
  • Una placa  Microcontroladora
  • Un Servidor local

Sensores

El sistema utiliza diferentes tipos de sensores, porque se requiere  controlar diversos valores como son :
  • Valores de la humedad de la tierra para lo que se usa un sensor conocido como YL-69, que consiste en dos picas que se encuentran enterradas en tierra de manera que controlando la resistencia de la tierra se puede conocer la humedad.Esta es una herramienta indispensable para un jardín conectado  pues por si mismo nos puede  recordar que debe regar las plantas de interior o para monitorear la humedad del suelo en su jardín . Se alimenta a: 3.3V-5V   y el modo de módulo de salida dual, salida digital, salida analógica más precisa

  • Para recoger los valores de humedad y temperatura ambiente se utiliza un  simple sensor DHT11 (si bien  un DHT22 hubiese sido  mas recomendable por su mayor precisión , aunque es cierto que su coste es algo mayor)                                                   
  • De la temperatura del suelo se encarga el DS18B20, un sensor sumergible y resistente a la humedad, que se usará para controlar la temperatura de la tierra. 
  • Por seguridad, y para evitar que las bombas funcionen en vacío, y puedan dañarse, es imprescindible controlar el nivel de agua que hay en el depósito, y estos se consigue con un sensor de nivel .Estos sensores pueden medir humedad entre el 10% -90% sin condensación con un consumo de menos de 20mA y ofreciendo una salida analógica con  un área de detección de 40mmx16mm
  •  Por último controlar si hay luz o no, para evitar el riego de noches se ha usado un sensor de luz, también conocido como resistencia LDR.

Arduino

El encargado de recoger todos los  valores  procedentes de los sensores descritos y tomar las acciones necesarias es una placa  sistema Arduino  que ha sido programado para recoger datos, actuar en función de los valores de dichos datos, y en última instancia se encarga de mandarlos a un servidor ( una Raspberry Pi) para su seguimiento estadístico  de modo que en principio si no nos interesa seguir esa traza perfectamente el proyecto quedaría únicamente con esta placa   y sus sensores .

Aquí su autora comparte  una parte del código encargado de recoger los datos, y enviarlos por el puerto serie.

//Función que se encarga de leer datos de todos los sensores
void leer_datos_sensores(){
  valor_ha = dht.readHumidity();             //Se lee la humedad en el ambiente
  valor_ta = dht.readTemperature();          //Se lee la temperatura en el ambiente
  valor_ht1 = analogRead(hum_tierra1);       //Se lee humedad en tierra en la zona1
  valor_na = analogRead(nivel_agua);         //Se mide el nivel de agua existente en el depósito
  valor_luz = analogRead(luz_ldr);           //Se lee la luz
  DS18B20.requestTemperatures();             //Prepara el sensor para la lectura
  valor_tt1 = DS18B20.getTempCByIndex(0);    //Se lee la temperatura en tierra en la zona 1        
}
//Función para enviar valores de los sensores por el puerto serie
void enviar_datos(){
  Serial.print(valor_ha);Serial.print(“,”);
  Serial.print(valor_ta);Serial.print(“,”);
  Serial.print(valor_ht1);Serial.print(“,”);
  Serial.print(valor_na);Serial.print(“,”);
  Serial.print(valor_luz);Serial.print(“,”);
  Serial.print(valor_tt1);Serial.print(“,”);
}

Servidor web y BBDD

Como servidor no podía ser de otra manera que optar  por una Raspberry PI conRaspbian, basada en Debian  y que  hace  de servidor  Base de Datos, y además también de de Servidor Web.
Como servidor web se usa el Servidor Web Apache funcionando junto con MySQL como servidor de BBDD.
Además para que Arduino y Raspberry se comuniquen entre sí, se requiere un script en Python, que se encarga de recibir los datos por el puerto Serie que Arduino está enviando de forma constante .
Básicamente este script recibe los datos de Arduino  , se conecta con la  BBDD MySql  e inserta los datos.
#!/usr/bin/python
#-*- coding: UTF-8 -*-
 
import MySQLdb
import serial
 
# Establecemos la conexión con la base de datos
bd = MySQLdb.connect(“host”,“user”,“pass”,“db” )
# Preparamos el cursor que nos va a ayudar a realizar las operaciones con la base de datos
cursor = bd.cursor()
 
#Inicia la comunicación con el puerto serie
PuertoSerie= serial.Serial(‘/dev/ttyACM0’, 9600)
#Lectura de datos
sArduino = PuertoSerie.readline()
#Separa la cadena en valores, cada valor hasta la coma es almacenado en una variable
sHumAmbiente,sTempAmbiente,sHumTierra1,sNivelAgua,sLuz,sTempTierra1=sArduino.split(“,”)
 
ha = float(sHumAmbiente)
ta = float(sTempAmbiente)
ht1 = int(sHumTierra1)
na = int(sNivelAgua)
luz = int(sLuz)
tt1 = float(sTempTierra1)
zona1 = 1
 
 
#Almacenamos los valores en tabla datos de la base de datos huerto
sql1=“INSERT INTO datos_huerto(hum_ambiente,temp_ambiente,hum_tierra,nivel_agua,luz,temp_tierra,id_zona) VALUES (%f,%f,%d,%d,%d,%f,%d)” % (ha,ta,ht1,na,luz,tt1,zona1)
 
try:
   # Ejecutamos el comando
   cursor.execute(sql1)
   bd.commit()
except:
   print “Error”
   bd.rollback()
 
# Nos desconectamos de la base de datos
bd.close()
Para se hacer esto  de forma periódica pero no constante, puede usarse  la herramienta Cron integrada en Raspbian, de manera que cada “X” minutos se ejecute el script en Python.
Para la parte de  visualización de los datos la autora opto  por o una aplicación Web sencilla, programada n Php, junto con pequeñas funciones en Javascript para controlar y validar ciertos campos. En el aspecto visual uso  el framework Bootstrap, asi como la  librería HighCharts para la creación de gráficas y así conseguir visualización de los datos muy atractiva.
arduino.png
Es muy importante que si le damos salida a internet a La Rasberry PI  nos cercioremos de que está segura. Para ello es interesante :
  • Modificar el archivo de configuración de Apache, para que ante un ataque muestre la mínima información posible sobre el servido
  • Encriptar el tráfico entre cliente y servidor mediante certificados SSL
  • Forzar para que el acceso siempre sea seguro vía peticiones del tipo  HTTPS.
 Finalmente esta es la lista de componentes utilizados para el sistema:
  • Arduino Mega 2560 Rev.3 x1
  • Raspberry Pi x1
  • Sensor de humedad de tierra YL-69 x 2
  • Sensor de temperatura y humedad ambiente DTH-11 x1
  • Sensor de luz LDR x1
  • Sensor de temperatura de tierra  SD18b20 x2
  • Sensor de nivel de agua x1
  • Placa de 4 relés 5V-220Vx1
  • Bombas de agua x2
  • Protoboard x1
  • Resistencias de pull-up de diferentes valoresx 12
  • Cableado y conectores –
  • Leds de diferentes colores x15
  • Bandeja de plástico x1
  • Piezas de policarbonato x2
  • Recipientes para depósito de agua y electrónica x2
  • Tarjeta SD  para Raspberry PI x1
  • Tubos de goteo x2
  • Plantasx 6
  • Fuente de alimentación 220V x1

Le damos nuestra mas sincera enhorabuena a Laura por su sistema que animamos a que siga perfeccionando así como compartiendo con la comunidad todos sus progresos

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