Controlador de riego IOT Win10 con sensores de humedad

Con Win10 IOT, RPi2 y XBee, mida la humedad del suelo del césped y ejecute el riego automáticamente según sea necesario.

Fondo

Gran parte de los EE. UU. Ha sufrido condiciones de escasez de agua o sequía en los últimos años. Hay una gran cantidad de cosas que un propietario puede hacer para reducir el consumo de agua en el hogar, y el riego del césped es una de ellas. Trabajar con los controladores de riego residenciales más comunes es inconveniente y frustrante. Escondidos en los garajes, luego los diales complejos y las instrucciones oscuras en estos controladores hacen que sea difícil ajustar cuánto tiempo funciona el sistema a diario. Y todavía no saben cuánta agua necesitan realmente las plantas.

Mi proyecto tiene como objetivo resolver al menos una parte del problema, al permitir que el controlador de riego sepa qué tan húmedo está el suelo, de modo que sepa si debe funcionar y cuándo detenerse. Además, he agregado un control basado en la web, por lo que puedo controlar los rociadores con mi teléfono inteligente desde el patio trasero o desde todo el país.

Paso 1:Detección

Primero, necesitamos que los sensores de humedad del suelo envíen datos al RPi2. Queremos que los sensores estén en, o inmediatamente al lado, del césped, pero el RPi2 tendrá que estar ubicado en un lugar seguro y cerca de la energía y Ethernet. Los sensores estarán separados de los elementos, funcionarán con baterías y deberán poder leer datos de un sensor de humedad del suelo. Afortunadamente, la línea de chips XBee de Digi International está bien diseñada para resolver estas tres condiciones.

En aras de la simplicidad, elijo usar el XBee Pro - Serie 1 módulos. Si bien Digi tiene la capa de comunicación patentada DigiMesh y una implementación de ZigBee (aquí hay una gran hoja de resumen), la solución más simple y directa fue utilizar la implementación básica "802.15.4". En esta configuración, cada sensor inalámbrico habla directamente con el chip XBee conectado al RPi2. Cada sensor XBee individual gestiona su propio ciclo de sueño-vigilia, lo que prolonga drásticamente la vida útil de la batería. Y el sensor XBee tiene 6 entradas analógicas a digitales integradas de 10 bits, perfectas para conectar nuestro sensor de humedad del suelo. Incluso hay suficientes entradas adicionales para recopilar lecturas de temperatura o luz en una fecha posterior.

Para alimentar el sensor, quería suficiente capacidad para no tener que reemplazar constantemente las baterías. Al calcular la energía utilizada por el chip XBee en un ciclo de sueño-vigilia, y usando las capacidades estándar de la batería, pude ajustar la frecuencia con la que el sensor informa a casa, de modo que solo debería tener que cambiar las baterías una vez al año. Idealmente, una revisión futura incorporará células solares.

Finalmente, necesitaba programar el chip XBee. En el lado derecho de la hoja de cálculo del presupuesto de energía, en las columnas "G" y "H", están los valores que modifiqué con el software Digi X-CTU. Pude usar el componente USB XBee Explorer de SparkFun conectado a mi PC, en lugar de tener que comprar un kit de desarrollador por separado de Digi.

Paso 2:Programando la Raspberry Pi

El mayor desafío para programar la Raspberry Pi es interconectar el módulo XBee. El XBee solo habla en serie, y el RPi2 no tiene capacidades de serie incorporadas accesibles. Decidí usar el módulo USB Sparkfun XBee Explorer. El chip integrado utilizado, fabricado por FTDI, no tiene controladores nativos para Win10 IOT Core. Sin embargo, siguiendo las instrucciones proporcionadas por Jark en su repositorio de GitHub, pude comunicarme con el módulo XBee.

Los sensores enviarán periódicamente datos del sensor al RPi, que se recibe como un marco API, de acuerdo con la documentación de XBee. Hay muchas, muchas bibliotecas diferentes para procesar los datos del marco de la API de XBee, pero decidí lanzar la mía propia para evitar problemas de licencia.

Después de analizar las lecturas, los datos se envían a un servicio en la nube, alojado en Azure. Luego, el servicio en la nube puede determinar si abrir o no el valor y ejecutar los rociadores en una zona determinada.

Paso 3:Servicio en la nube para registros de sensores, control de riego

Para el servicio en la nube, decidí usar ServiceStack ejecutándose en una aplicación web de Windows Azure. ServiceStack es un marco orientado a la web que es una alternativa a ASP.Net con Entity Framework. Tiene componentes adicionales para admitir Redis, clientes de C # y tiene licencia comercial dual / AGPL y generosas cuotas gratuitas para proyectos de hobby. Al usar Azure, hay una gran cantidad de recursos adicionales que podemos aprovechar, como un backend de Redis, una base de datos SQL, Service Bus y muchas oportunidades para escalar si es necesario.

Como proyecto de experimento / afición, mi sitio web es mínimo, pero ilustra el enfoque. Está diseñado para proporcionar un ejemplo funcional que se puede ampliar para adaptarse a las necesidades de los futuros piratas informáticos.

1. Se abre un enlace de Eventos enviados por el servidor, utilizando ServerEvents de ServiceStack, lo que permite efectivamente la comunicación bidireccional entre el RPi2 y el servidor. Esto es similar, pero más simple y menos robusto, que usar SignalR.
   
2. El RPi envía los datos del sensor a la nube a medida que se reciben
3. El servidor le dice al controlador de riego que encienda o apague las válvulas de los aspersores.

El poder de este enfoque es que el servidor puede realizar una programación o lógica compleja, como mirar pronósticos meteorológicos o adherirse a las ordenanzas locales (como el riego en días pares / impares). También permite la gestión remota o la gestión de muchas ubicaciones diferentes desde una única interfaz basada en web. La desventaja es que los rociadores no funcionarán a menos que la conexión a Internet funcione correctamente.

Paso 4:El futuro

Este proyecto ha sido principalmente una prueba de concepto, por lo que los futuros piratas informáticos pueden aprovecharlo y adaptarlo a sus propias necesidades. Hay muchas cosas que se pueden hacer para convertirlo en un proyecto más pulido:

• Agregue una interfaz web más sólida
• Agregue soporte para sensores de temperatura
• Implementar seguridad
• Agregar programación de riego
• Descargue la programación de riego, en caso de tiempo de inactividad de Internet
• Agregue controles físicos, como una pantalla LCD y botones pulsadores

Fuente:Controlador de riego Win10 IOT con sensores de humedad