Περιγραφή του έργου
Μαθητές της ΣΤ’ τάξης του 2ου Δημοτικού Σχολείου Ηρακλείου Αττικής με την καθοδήγηση και βοήθεια του εκπαιδευτικού ΠΕ86 Μαστοροδήμου Δημήτρη, σκέφτηκαν, σχεδίασαν και υλοποίησαν το έργο με τίτλο Smart Green House.
Το έργο μας είχε σαν στόχο να δημιουργήσει αυτοματισμούς σε ένα θερμοκήπιο. Συγκεκριμένα, το έξυπνο θερμοκήπιο περιλαμβάνει αισθητήρες για να γίνεται αυτόματη μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας, βροχής κ.α., έτσι ώστε να μπορεί αυτόματα να βοηθάει τα φυτά να μεγαλώσουν με φυσιολογικό τρόπο, προστατεύοντας επιπλέον το θερμοκήπιο από εξωτερικές παρεμβάσεις.
Επιπλέον μέσα από αυτή την κατασκευή οι μαθητές/τριες ήρθαν σε επαφή με την ρομποτική χρησιμοποιώντας υλικά και λογισμικά ανοιχτού κώδικα, ανέπτυξαν δεξιότητες αλγοριθμικής σκέψης και προγραμματιστικές αρχές. Ήρθαν σε επαφή με την αειφορία, με την προστασία του περιβάλλοντος και τον τρόπο εξοικονόμησης ενέργειας και νερού που μπορούν να γίνουν σε ένα θερμοκήπιο.
Παρακάτω παρουσιάζονται τα υλικά που χρειαστήκαμε καθώς και οι φάσεις κατασκευής του θερμοκηπίου.
Υλικά για την κατασκευή
Τα υλικά που θα χρειαστούν για το θερμοκήπιο είναι:
α) για την ασφάλεια: 1 arduino, 1 breadboard, 1 αντάπτορας 9V, 1 αισθητήρας υπερήχων, 1 αισθητήρας ανίχνευσης κίνησης, 2 αντιστάσεις 220Ω, 1 αντίσταση 1kΩ, 2 κόκκινα led, 1 single digit 7-segment, καλώδια.
β) για το πότισμα: 1 arduino, 1 breadboard, 1 αντάπτορας 9V, 1 αισθητήρας υγρασίας εδάφους, 1 single digit 7-segment, 1 peristaltic liquid pump, σωλήνας σιλικόνης για πότισμα, 3 αντιστάσεις 220Ω, 1 πράσινο led, 1 δίοδο rectifier 1N4001, 1 transistor NPN, καλώδια.
γ) για τον εξαερισμό: 1 arduino, 1 breadboard, 1 αντάπτορας 9V, 1 αισθητήρας βροχής, 1 αισθητήρας θερμοκρασίας και υγρασίας, 1 trimmer, 1 knob, 2 dc motor servo, 1 οθόνη lcd 16×2, 2 πράσινα led, 3 αντιστάσεις 220Ω, καλώδια.
δ) ξύλα για να γίνει η ο σκελετός τους θερμοκηπίου, βίδες, μεντεσέδες και σύρτη,
ε) νάιλον για τα παράθυρα και τις πόρτες του θερμοκηπίου,
στ) χώμα.
Βήματα κατασκευής σκελετού θερμοκηπίου
Αρχικά κατασκευάστηκε ο σκελετός του θερμοκηπίου, χρησιμοποιώντας ξύλο κόντρα πλακέ, πηχάκια, βίδες, κατσαβίδι και τρυπάνι. Ο σκελετός του θερμοκηπίου φαίνεται στις παρακάτω εικόνες.
Στην συνέχεια ντύθηκε το θερμοκήπιο με νάιλον.
Στην συνέχεια προστέθηκαν οι αισθητήρες κίνησης και ο συνδεσμολογία τους με το Arduino στο μπροστινό μέρος του θερμοκηπίου, πάνω από την πόρτα, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Αμέσως μετά προστέθηκε ο μηχανισμός για το αυτόματο πότισμα του θερμοκηπίου, χρησιμοποιώντας τους αισθητήρες υγρασίας, την αντλία και το Arduino, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Τέλος προστέθηκε ο αισθητήρας θερμοκρασίας και υγρασίας αέρα, καθώς και οι σερβομηχανισμοί και το Arduino, ώστε να ανοίγουν τα δυο παράθυρα της οροφής όταν χρειάζεται, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Τέλος για να ολοκληρωθεί το θερμοκήπιο βάλαμε τους μηχανισμούς Arduino μέσα σε κουτιά για να προστατευτούν και προσθέσαμε χώμα στο θερμοκήπιο. Τελικά το θερμοκήπιό μας πήρε την τελική του μορφή, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Αφού ολοκληρώθηκε η κατασκευή του θερμοκηπίου, μαζί με τους μηχανισμούς Arduino, οι μαθητές άρχισαν να φυτεύουν φυτά μέσα στο θερμοκήπιο, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Λειτουργίες του θερμοκηπίου
1) Ασφάλεια θερμοκηπίου
Μέσα από δυο αισθητήρες, ένας αισθητήρας υπερήχων και ένας ανίχνευσης κίνησης. Σε περίπτωση που ανιχνευτεί κίνηση έως 9 περίπου μέτρα, μέσα από τον ανιχνευτή κίνησης, μακριά από το θερμοκήπιο τότε ανάβει το αντίστοιχο κόκκινο LED και ενημερώνει ότι κάτι πλησιάζει προς το θερμοκήπιο. Ταυτόχρονα ο αισθητήρας υπερήχων ενημερώνει και αυτός με μια ένδειξη σε ένα κόκκινο LED πόσα μέτρα είναι μακριά αυτό που ανιχνεύθηκε. Όταν απομακρυνθεί το αντικείμενο που πλησίαζε στο θερμοκήπιο τότε σβήνουν και τα αντίστοιχα LED.
2) Αυτόματο πότισμα
Μέσα από έναν αισθητήρα υγρασίας εδάφους και μια αντλία νερού γίνεται το αυτόματο πότισμα. Συγκεκριμένα όταν ο αισθητήρας υγρασίας εδάφους ανιχνεύσει υγρασία κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο τότε ανάβει ένα πράσινο LED και αρχίζει η αντλία να τραβάει νερό για να ποτίσει το χώμα του θερμοκηπίου. Όταν η υγρασία του εδάφους φτάσει την κατάλληλη τιμή, τότε σβήνει το αντίστοιχο πράσινο LED καθώς και η αντλία νερού.
3) Αυτόματος εξαερισμός
Μέσα από έναν αισθητήρα θερμοκρασίας/υγρασίας και ένα αισθητήρα βροχής γίνεται ο αυτόματος εξαερισμός. Συγκεκριμένα όταν ο αισθητήρας θερμοκρασίας ή υγρασίας ανιχνεύσει θερμοκρασία ή υγρασία μεγαλύτερη από τα όρια που έχουμε ορίσει, τότε ένας σερβομηχανισμός αρχίζει να ανοίγει ένα παράθυρο στην οροφή του θερμοκηπίου. Όταν οι ενδείξεις των αισθητήρων είναι κάτω από τα όρια που έχουμε ορίσει τότε κλείνει το παράθυρο.
Επιπλέον υπάρχει ένας αισθητήρας βροχής που όταν ανιχνεύσει βροχή κλείνει ένα δεύτερο παράθυρο στην οροφή του θερμοκηπίου. Όταν σταματήσει η βροχή τότε ανοίγει ξανά το παράθυρο.
Το βίντεο του έργου μπορείτε να το δείτε στο παρακάτω link:
https://github.com/2dhmIraklAttOlohmero/smartgreenhouse/blob/master/Final_Video_small.mp4
Πληροφορίες για το έργο
Το έργο, αναλυτικά οι πληροφορίες για τα υλικά που χρειαστήκαμε, για την συνδεσμολογία τους, καθώς και ο κώδικας βρίσκονται στο αποθετήριο github.