Jesteśmy na Facebooku Centrum Dobrego Wychowania
Warsztaty i wycieczki dla klas Kursy i szkolenia Strefa Wiedzy Sklep
Zapisz się na darmowy kurs Jak Skutecznie Pracować z Grupą i Klasą

Edukacyjna Szklarnia z Raspberry Pi [zrób to sam]

Nowoczesne technologie, kontakt z naturą, mechanizm grywalizacyjny, praktyczna edukacja, dbałość o środowisko na codzień – wszystko to w najnowszym edukacyjnym gadżecie stworzonym przez nasz zespół: Edukacyjnej Szklarni. W niniejszym wpisie znajdziecie szczegółowy opis budowy angażującego gadżetu edukacyjnego, który możecie postawić np. na szkolnym korytarzu.

 

Nasza Edukacyjna Szklarnia w pewien sposób jest odpowiedzią na fakt tego, że coraz mniej dzieci i młodzieży (nawet tych mieszkających na wsi) ma kontakt z naturą i produkcją żywności. Czasami jakby zapomina się, że przecież to właśnie dzięki środowisku naturalnemu mamy co jeść i czym oddychać. Właśnie dlatego postanowiliśmy zbudować coś, co nam o tym przypomni – Edukacyjną Szklarnię.

 

Najpierw zapraszam do posłuchania Oliwii, która opowiada o tym jak budowaliśmy naszą szklarnię, a potem przyjrzymy się szczegółom:

 

 

Funkcjonalności Szklarni

Nasza szklarnia posiada następujące funkcjonalności:

– mechanizm podlewania, który podlewa rośliny po poprawnej odpowiedzi na pytania dotyczące codziennej dbałości o nasze środowisko oraz wiedzy o Ziemi i produkcji żywności

– wykonywanie zdjęć wzrostu roślin, dzięki czemu możemy przygotować piękną poklatkową animację wzrostu roślin

– dokonywanie pomiaru wilgotności i temperatury powietrza

– dokonywanie pomiaru wilgotności gleby

 

Niezbędne materiały

Najlepszym rozwiązaniem technicznym które pozwala na realizację tych funkcjonalności jest mikrokomputer Raspberry Pi, za pomocą którego możemy sterować np. pompkami, dokonywać pomiarów, a co najważniejsze wchodzić w interakcję z użytkownikiem. Do wykonania naszej szklarni potrzebowaliśmy wiec:

 

1. Obudowa szklarni

Obudowę wykonaliśmy z gotowych elementów o grubości 5 mm. Wszystkie elementy za wyjątkiem jednego były wykonane z szkła. Jeden fragment obudowy szklarni wykonany był z plexi, ponieważ właśnie w nim wierciliśmy otwory i  zamontowaliśmy Raspberry Pi z ekranem dotykowym oraz włączniki. Użyliśmy elementów o następujących wymiarach:

– 60 x 40 cm – 5 sztuki ze szkła, 1 z plexi (ściany przednia i boczne, podłoga i sufit)

– 60 x 20 cm – środkowa ściana przednia

– 40 x 40 cm – 2 sztuki (podłoga i sufit)

 

Z tych fragmentów zmontowaliśmy obudowę o wymiarach:

– wysokość 60 cm

– szerokość 100 cm

– głębokość 40 cm

 

Obudowa otwarta była od tyłu, tak, żeby w razie potrzeby mieć łatwy dostęp do roślin. Poszczególne elementy łączyliśmy ze sobą za pomocą specjalnych łączników do szkła (nie musieliśmy ich kupować, bo akurat takie mieliśmy). Oczywiście wasza szklarnia może mieć nieco inne wymiary, my akurat zrobiliśmy taką, ponieważ takie mieliśmy elementy ze szkła. Musieliśmy jedynie zakupić fragment z przezroczystej plexi (80,37 zł z przesyłką z Allegro).

 

2. Raspberry Pi i materiały

W nawiasach numery katalogowe ze sklepu botland.com.pl, gdzie dokonywaliśmy zakupów:

– Raspberry Pi 3 model B WiFi Bluetooth 1GB RAM 1,2GHz (RPI-05576) – 169,00 zł

– Karta pamięci SanDisk microSD 16GB 40MB/s klasa 10 + system NOOBs dla Raspberry Pi 3B+/3B/2B (RPI-06582) – 35,90 zł

– Zasilacz microUSB 5,1V / 2,5A do Raspberry Pi 3B+/3B/2B/Zero oryginalny T5875DV – biały (ZAS-05629) – 44,90 zł

– Ekran dotykowy Waveshare H – pojemnościowy LCD TFT 10,1'' 1024x600px dla Raspberry 3B+/3B/2B/Zero + obudowa (WSR-05698) – 429,00 zł

– Pompa do cieczy 12V 110l/h – 7mm (MOT-07206) – 2 sztuki – 39,80 zł

– Moduł przekaźnika 1 kanał z optoizolacją – styki 7A/240VAC cewka 5V (MOD-01997) – 2 sztuki – 15,80 zł

– Czujnik temperatury i wilgotności DHT22 (AM2023) – moduł + przewody (MOD-02637) – 29,90 zł

– Czujnik wilgotności gleby (MOD-01588) – 2 sztuki – 11,00 zł

– Przewody połączeniowe żeńsko-żeńskie 60cm – 40szt. (KAB-03479) – 20,90 zł

– Przewody połączeniowe żeńsko-żeńskie 10cm – 40szt. (MOD-09733) – 4,95 zł

– Przewody połączeniowe żeńsko-żeńskie 20cm – 40szt. (KAB-01021) – 5,95 zł

 

Przewodów połączeniowych nam akurat bardzo dużo zostało, ale tych zawsze lepiej mieć więcej niż mniej. Przy takim zamówieniu przesyłka była darmowa.

 

3. Inne materiały:

– Kamera USB (Creative Live! Cam Sync 720p HD) – 66,96 zł z przesyłką

– Dobre głośniki komputerowe zasilanie przez zasilacz (nie z USB – to ważne, bo jeśli chcemy podłączyć klawiaturę i myszkę, to będzie nam brakować wejść USB na RPI) – 110,00 zł

 

4. Zakupy w Leroy Merlin:

– nasiona

– plastikowe pojemniki na nasadzenia (2 sztuki)

– plastikowe tabliczki do oznaczania roślin

– ziemia kwiatowa

– końcówki przedłużacza z trzema gniazdami (2 sztuki)

– taśmy LED

– listwy na taśmy LED (2 sztuki)

– włączniki (kupiliśmy i zainstalowaliśmy 3, ale do szklarni wykorzystywane są tylko 2)

Łącznie: 209,69 zł

 

Łącznie suma materiałów: 1274,12 zł

 

5. Inne materiały, które mieliśmy w pracowni i nie trzeba było ich kupować:

– zasilacze 12 V – 2 sztuki (do świateł LED i do pompek)

– kabel zasilający z wtyczką (użyliśmy kabla zasilającego od komputera)

– silikonowe wężyki (ok 3 m)

– 4 plasikowe rurki do instalacji elektrycznych (20 mm średnicy), po ok. 50 cm długości, 8 drewnianych kołeczków do zatkania końców tych rurek (wycięte z starego kija od szczotki), 8 łączników, które zginają się pod kątem 90 st. dzięki czemu można w jeden koniec łącznika włożyć rurkę, a drugą umieścić w ziemi

– drobne śrubki z nakrętkami do montażu listw na LEDy

– plastikowa listewka, na której zamontownane są pompki

– dwie butelki 5 l po wodzie mineralnej

 

Potrzebne narzędzia:

– wiertarka

– otwornica

 

  • Więcej o tym jak robić taką angażującą edukację i jak uczyć myślenia znajdziecie w moim podręczniku: Jak Uczyć Skuteczności.

    Na ponad 500 stronach zebrałem dla Was pomysły, sposoby, inspiracje, metody i gotowy program edukacyjny mówiący o tym jak siebie i innych uczyć 4 FILARÓW SKUTECZNOŚCI: myślenia, współpracy, aktywności i wytrwałości.

    ZOBACZ PODRĘCZNIK

     

 

Przebieg montażu

1. Montaż szkła i plexi na obudowę

 

2. Montaż na suficie listew na światła LED i taśm LED

Listwy LED przykręciliśmy do sufitu szklarni śrubami przez otwory pomiędzy fragmentami szkła:

 

3. Montaż włączników (wiercenie otwornicą w plexi)

– włącznik do LED (za zasilaczem, przed LED)

– włącznik do drugiej końcówki przedłużacza (RPI, ekran, zasilacz do pompek)

 

4. Umieszczenie zasilania: dwie końcówki przedłużacza – w jednej cały czas jest prąd, a druga za jednym z włączników:

– końcówka, w której jest prąd: zasilacz do LED, zasilacz do głośników komputerowych

– końcówka za włącznikiem: zasilacz do pompek, zasilasz do RPI, zasilacz do ekranu

 

5. Montaż RPI (wewnątrz szklarni) z ekranem dotykowym (na zewnątrz szklarni) i czujnikami. Całość elektroniki zmieściła się na plastikowej płytce stanowiącej obudowę ekranu. Czujnik temperatury i wilgotności powietrza celowo wystaje poza płytkę, tak, żeby bliskość elektroniki nie zaburzała pomiaru.

 

 

 

Wykorzystanie pinów Raspberry PI

 

Podłączenie pinów RPI:

 

Elementy elektroniczne w rozkręconej obudowie:

 

Elementy elektroniczne w skręconej obudowie (widok od tyłu, przez obudowę):

 

Moduł kontrolujący pracę pompki (w projekcie zostały użyte dwa):

 

Czujnik wilgotności i temperatury powietrza

 

Czujnik wilgotności gleby:

 

6. Montaż kamery USB

 

7. Montaż pompek

 

8. Sadzenie roślin w pojemnikach

 

9. Instalacja rurek do nawadniania (łącznie 4 sztuki):

– nawiercenie plastikowe rurek małym wiertełkiem od dołu rurki

– nawiercenie większym wiertłem otworu na silikonowy wężyk z góry rurki

– zatkanie rurek z dwóch końców drewnianymi kołkami (ale można wykorzystać również korki od wina)

– włożenie rurek w plastikowe łączniki, dzięki którym można włożyć je do ziemi

 

Tak wygląda nasz system nawadniania. Każdy z dwóch pojemników ma dwie takie rurki:


I oto szklarnia gotowa:

 

Widok z góry:

 

Oprogramowanie

Program do obsługi naszej szklarni napisaliśmy w języku Python (wersja 3) z użyciem modułu graficznego Tkinter. Ekran główny naszej aplikacji wygląda tak:

 

Aplikacja uruchamia się razem z startem RPI (jak to zrobić: https://www.dexterindustries.com/howto/run-a-program-on-your-raspberry-pi-at-startup/) i pokazuje się nam taki ekran:

 

Oczywiście każdy chce wiedzieć o co chodzi i klika. Wtedy pojawia się ekran powitalny, na którym nasza szklarnia się nam przedstawia:

 

Po kliknięciu „Rozpocznij grę” wyświetlane są pytania wraz z 4 możliwymi odpowiedziami (10 pytań w ustalonej kolejności: 5 dotyczy obliczeń i codziennej dbałości o środowisko podobnych jak w pytaniu, które widzicie poniżej, a 5 dotyczy wiedzy o Ziemi i produkcji żywności). Jeśli kliknie się w dobrą odpowiedź szklarnia sprawdza czy w pojemnikach jest wilgotno, jeśli jest to nie podlewa danego pojemnika, a jeśli jest sucho to podlewa. Podlewanie polega na uruchomieniu pompki na 1 s. Pomiary wilgotności gleby dokonywane są w obydwu pojemnikach oddzielnie i oddzielnie uruchamiane są pompki podlewające.

 

Jeśli kliknie się złą odpowiedź szklarnia nie zmienia pytania, tylko podaje komunikat informujący o złej odpowiedzi i można spróbować jeszcze raz.

 

Pomiary w szklarni dokonywane są:

– przy włączeniu szklarni

– po pytaniu 3.

– po pytaniu 6.

(za częste pomiary spowalniały aplikację)

 

Jak widzicie pomiar wilgotności i temperatury powierza dokonywany jest cyfrowo, tzn. że możliwe jest wyświetlenie dokładnej wartości pomiaru, natomiast pomiar wilgotności gleby dokonywany jest analogowo, tzn. czujnik sprawdza tylko, czy wilgotność jest mniejsza, czy większa od ustawionej na module (tam się przekręca śrubokrętem taki regulator) i nie możemy dokonać dokładnego pomiaru. Możliwy jest dokładny pomiar tej wartości, ale byłoby z tym bardzo dużo zamieszania, ponieważ wymaga on użycia i programowania dodatkowego konwertera (zobaczcie tutaj: https://tutorials-raspberrypi.com/measuring-soil-moisture-with-raspberry-pi/), więc uznałem, że aż tak bardzo nie jest to konieczne.

 

Dodatkowo na ekranie aplikacji cały czas widoczne są trzy przyciski:

"Pokaz wzrostu w ciągu 40 ostatnich dni" – uruchamia skrypt, który identyfikuje 40 najnowszych zdjęć w folderze, w którym są zapisywane zdjęcia robione przy każdym włączeniu aplikacji i wyświetla co drugie z nich)

"Wyłącz" – wyłącza Raspberry Pi

"Od nowa" – uruchamia aplikację jeszcze raz (np. kiedy chcemy zacząć quiz od nowa)

 

Mniej więcej tak wygląda pokaz wzrostu (w poniższej animacji jest mniej zdjęć niż 20):

via GIPHY

 

Pobierz kod oprogramowania szklarni (zip)

rozpakuj do folderu: \\home\pi\ na Raspberry PI

Elementy składowe:

– zag.py – główny kod oprogramowania

– szklarnia.txt – plik tekstowy z pytaniami, możecie je zmieniać, ale w pliku musi być następująca kolejność w kolejnych linijkach: pytanie, odpowiedź a, odpowiedź b, odpowiedź c, odpowiedź d, pawidłowa odpowiedź, ścieżka do pliku dźwiękowego, itd. Ostatnia linijka pliku musi być koniecznie pusta!

– foto.sh – skrypt robiący zdjęcie kamerą USB (w folderze głównym RPI)

– folder sounds – folder z plikami dźwiękowymi z głosem użyczonym przez Oliwię, jedną z uczestniczek naszych zajęć

 

Ważna informacja: jeśli ta aplikacja nie będzie Wam działać oznacza to, że prawdopodobnie na waszej RPI nie ma zainstalowanego jakiegoś niezbędnego modułu. Nie wspominałem o tym w wpisie, bo my mieliśmy wcześniej przygotowaną RPI z pracy nad innym projektem i tam było już zainstalowane dosyć dużo modułów do python3 (np. CSV2, który instalował się całą noc). Jeśli coś nie będzie działać, przeczytajcie dokładnie komunikat i poszukajcie informacji jak zainstalować brakujący moduł w Internecie. Nasz skrypt używa następujących moduów i bibliotek, z których nie wszystkie domyślne zainstalowane są na RPI:

– tkinter

– RPi.GPIO

– time

– pygame

– cv2

– PIL.Image, PIL.ImageTk

– Adafruit_DHT

 

Jeśli macie jakieś pytania zapraszam do kontaktu, to w miarę możliwości postaram się pomóc. Jak się Wam w ogóle podoba tego typu gadżet edukacyjny? Zapraszam do podzielenia się uwagami w komentarzach. I jeśli chcecie zobaczyć naszą szklarnię i trochę się nią pobawić to zapraszamy!

 

Realizacja projektu była możliwa dzięki wsparciu finansowym Centrum Nauki Kopernik w ramach konkursu Warsztat Konstruktorów Marzeń. Dziękuję!

 

Autor wpisu:

dr Michał Czakon

Pomysłodawca metod edukacyjnych Centrum Dobrego Wychowania,
Psycholog, Trener, Dydaktyk, Autor bloga: jakdzialacskutecznie.pl Autor podręcznika: Jak Uczyć Skuteczności

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *