Pengontrol Irigasi Win10 IOT dengan Sensor Kelembaban

Menggunakan Win10 IOT, RPi2, dan XBee, mengukur kelembaban tanah rumput, dan secara otomatis menjalankan irigasi seperlunya.

Latar Belakang

Sebagian besar AS telah menderita kondisi air rendah atau kekeringan dalam beberapa tahun terakhir. Ada banyak hal yang dapat dilakukan pemilik rumah untuk mengurangi konsumsi air rumah tangga, dan irigasi rumput adalah salah satunya. Bekerja dengan pengontrol irigasi perumahan yang paling umum tidak nyaman, dan membuat frustrasi. Tersembunyi di garasi, lalu tombol yang rumit dan instruksi yang tidak jelas pada pengontrol ini menyulitkan untuk menyetel berapa lama sistem berjalan setiap hari. Dan mereka masih tidak tahu berapa banyak air yang sebenarnya dibutuhkan tanaman.

Proyek saya bertujuan untuk memecahkan setidaknya sebagian dari masalah, dengan memungkinkan pengontrol irigasi untuk mengetahui seberapa basah tanah, sehingga tahu apakah akan berjalan, dan kapan harus berhenti. Selain itu, saya telah menambahkan kontrol berbasis web, sehingga saya dapat mengontrol penyiram menggunakan ponsel pintar saya dari halaman belakang, atau dari seluruh negeri.

Langkah 1:Merasakan 

Pertama, kita perlu mendapatkan sensor kelembaban tanah untuk mengirim data ke RPi2. Kami ingin sensor berada di, atau tepat di sebelah, halaman, tetapi RPi2 harus ditempatkan di tempat yang aman, dan dekat dengan daya dan Ethernet. Sensor akan tertutup dari elemen, bertenaga baterai, dan harus  dapat membaca data dari sensor tanah-kelembaban. Untungnya, rangkaian chip XBee Digi International dirancang dengan baik untuk menyelesaikan ketiga kondisi ini.

Demi kesederhanaan, saya memilih untuk menggunakan XBee Pro – Seri 1 modul. Sementara Digi memiliki lapisan komunikasi eksklusif DigiMesh dan implementasi ZigBee (ini adalah lembar ringkasan yang bagus), solusi paling sederhana dan paling langsung adalah dengan menggunakan implementasi dasar "802.15.4". Dalam konfigurasi ini, setiap sensor nirkabel berbicara langsung ke chip XBee yang terpasang pada RPi2. Setiap sensor XBee mengatur siklus tidur-bangunnya sendiri, yang secara dramatis memperpanjang masa pakai baterai. Dan sensor XBee memiliki 6 input analog-ke-digital 10-bit built-in, sempurna untuk menghubungkan sensor kelembaban tanah kami. Bahkan ada masukan ekstra yang cukup untuk mengumpulkan pembacaan suhu atau cahaya di kemudian hari.

Untuk daya ke sensor, saya menginginkan kapasitas yang cukup sehingga saya tidak perlu terus-menerus mengganti baterai. Dengan menghitung daya yang digunakan oleh chip XBee dalam siklus tidur-bangun, dan menggunakan kapasitas baterai standar, saya dapat menyesuaikan seberapa sering sensor melaporkan rumah sehingga saya hanya perlu mengganti baterai sekitar setahun sekali. Idealnya revisi di masa depan akan memasukkan sel surya.

Akhirnya, saya perlu memprogram chip XBee. Di sisi kanan spreadsheet anggaran energi, di kolom "G" dan "H", adalah nilai yang saya ubah menggunakan perangkat lunak Digi X-CTU. Saya dapat menggunakan komponen USB XBee Explorer dari SparkFun yang terhubung ke PC saya, daripada harus membeli kit pengembang terpisah dari Digi.

Langkah 2:Memprogram Raspberry Pi

Tantangan terbesar untuk memprogram Raspberry Pi adalah menghubungkan modul XBee. XBee hanya berbicara melalui serial, dan RPi2 tidak memiliki kemampuan serial bawaan yang dapat diakses. Saya memutuskan untuk menggunakan modul USB Sparkfun XBee Explorer. Chip onboard yang digunakan, buatan FTDI, tidak memiliki driver asli untuk Win10 IOT Core. Namun, mengikuti petunjuk yang diberikan oleh Jark di repositori GitHub-nya, saya dapat berkomunikasi dengan modul XBee.

Sensor secara berkala akan mengirim data sensor ke RPi, yang diterima sebagai bingkai API, menurut dokumentasi XBee. Ada banyak sekali library yang berbeda untuk memproses data frame XBee API, tetapi saya memutuskan untuk menjalankannya sendiri, untuk menghindari masalah lisensi.

Setelah menguraikan bacaan, data dikirim ke layanan cloud, yang dihosting di Azure. Layanan cloud kemudian dapat menentukan apakah akan membuka nilai atau tidak, dan menjalankan sprinkler di zona tertentu.

Langkah 3:Layanan Cloud untuk log sensor, kontrol irigasi

Untuk layanan cloud, saya memutuskan untuk menggunakan ServiceStack yang berjalan di aplikasi web Windows Azure. ServiceStack adalah kerangka kerja berorientasi web yang merupakan alternatif untuk ASP.Net dengan Entity Framework. Ini memiliki komponen tambahan untuk mendukung Redis, klien C#, dan   Memiliki lisensi komersial / AGPL ganda, dan kuota gratis yang murah hati untuk proyek hobi. Dengan menggunakan Azure, ada banyak sumber daya tambahan yang dapat kita manfaatkan, seperti backend Redis, database SQL, Bus Layanan, dan banyak peluang untuk ditingkatkan jika perlu.

Sebagai proyek percobaan / hobi, situs web saya sangat minim, tetapi menggambarkan pendekatannya. Ini dirancang untuk memberikan contoh fungsional yang dapat diperluas agar sesuai dengan kebutuhan peretas masa depan.

1. Tautan Server-Sent Events dibuka, menggunakan ServerEvents dari ServiceStack,  secara efektif memungkinkan komunikasi dua arah antara RPi2 dan server. Ini mirip dengan, tetapi lebih sederhana dan kurang kuat, daripada menggunakan SignalR.
   
2. RPi mengirimkan data sensor ke cloud saat diterima
3. Server memberi tahu pengontrol irigasi untuk menghidupkan atau mematikan katup penyiram.

Kekuatan pendekatan ini adalah bahwa server dapat melakukan penjadwalan atau logika yang kompleks, seperti melihat prakiraan cuaca, atau mematuhi peraturan setempat (seperti penyiraman hari genap/ganjil). Ini juga memungkinkan untuk manajemen jarak jauh, atau manajemen banyak lokasi berbeda dari satu antarmuka berbasis web. Kelemahannya adalah alat penyiram tidak akan berjalan kecuali koneksi internet berfungsi dengan baik.

Langkah 4:Masa Depan

Proyek ini sebagian besar merupakan bukti konsep, sehingga peretas masa depan dapat membangunnya dan menyesuaikannya untuk kebutuhan mereka sendiri. Ada banyak hal yang dapat dilakukan untuk membuatnya menjadi proyek yang lebih halus:

• Tambahkan front-end web yang lebih tangguh
• Tambahkan dukungan untuk sensor suhu
• Terapkan keamanan
• Tambahkan penjadwalan irigasi
• Unduh penjadwalan irigasi, jika Internet tidak aktif
• Tambahkan kontrol fisik, seperti dengan LCD dan tombol tekan

Sumber:Pengontrol Irigasi IOT Win10 dengan Sensor Kelembaban