教你輕松DIY 一款超全功能植物生長機

如今，在快節(jié)奏的生活中，忙碌占據了多數人的生活，大家能夠放松下來走進自然、親近自然的機會越來越少。即便有越來越多的人喜歡自己養(yǎng)一些綠植來豐富自己的生活，但實際精力有限，經常發(fā)生忘記澆水、忘記施肥，植物不易存活、存活期短等問題。

有沒有一種“傻瓜式”農園，能“一鍵種植”？

植物生長機應運而生，據 Market Data Forecast 表明，亞馬遜智能植物生長機平均月銷量 1513，平均價格 $ 80.07，市場飽和度低，需求量較大。

但當前市面上大多數產品為非智能化植物生長機，其存在如下痛點：

1）功能單一，適用植物種類窄；

2）開發(fā)門檻高，對于普通開發(fā)者不友好；

3）不夠智能化，人力維護成本高；

4）需要移植植物，操作麻煩。

針對以上一系列問題，涂鴉智能推出超全功能植物生長系統(tǒng) Demo，在不額外破壞原有種植環(huán)境的情況下，可以根據需求做功能改造，改造成智慧種植大棚、智慧陽臺種植系統(tǒng)、智慧桌面植物生長機等。

我們挑選了一款最為常見的植物生長機在其基礎上進行改進，讓其功能更加豐富智能。

下面開始我們的DIY吧~ （長文預警，干貨滿滿，建議先收藏，再細品~）

一、概述

1、功能

通過查詢資料，在不消耗太高成本情況下，我們可實現(xiàn)如下功能：

App 遠程遙控、監(jiān)測

光照監(jiān)測

溫濕度監(jiān)測

土壤濕度監(jiān)測

水箱水位監(jiān)測

自動補光

自動加濕

自動加溫

自動通風

水箱自動加水

自動澆水

亞克力溫室罩（可選）

2、預期功能邏輯

二、硬件設計與選型

1、主控板選型改造

為實現(xiàn)涂鴉智能 App遠程控制，我們選用WB3S 模組作為主控。涂鴉三明治 Wi-Fi SoC 主控板（WB3S）是方便開發(fā)者快速實現(xiàn)各種智能硬件產品原型的一款開發(fā)板。由于板載 ADC 接口只有一個，在硬件上需要我們進行接口拓展，這里我們選用一顆RS2255 開關芯片實現(xiàn)我們的需求。

接線原理圖

PCB 圖

在涂鴉三明治 Wi-Fi SoC 主控板（WB3S）的基礎上，我們保留原有的 ADC 接口，另外拓展了 A1、A2、A3 三個模擬接口。

模擬接口使用

根據原理圖我們不難發(fā)現(xiàn)，如果我們需要讀取 A1、A2、A3 三個模擬接口的話，程序上首先需要讀取 ADC 的數值。ADC 具體與 A1、A2、A3 中哪個模擬接口接在一起，需要通過 PWM0、PWM1 兩個管腳的高低電平控制 RS2255。具體模式如下

2、照度檢測

照度監(jiān)測我們選取一個BH 1750照度檢測模塊來實現(xiàn)。BH 1750 照度檢測模塊 搭載一個 BH1750FVI，是 I2C 總線接口的數字環(huán)境光傳感器 IC?？梢詼蚀_讀取1-65535XL 的環(huán)境照度。

BH1750 接線原理圖

I/O 口介紹:

VCC：3-5V 供電

GND：參考地

SCL：IIC_SCL

SDA：IIC_SDA

ADDR：地址線

3、溫濕度監(jiān)測

溫濕度監(jiān)測我們選用一個 SHT21 溫濕度傳感器。SHT21 具有完全標定、IIC 數字輸出、低功耗、優(yōu)異的長期穩(wěn)定性等功能特點。（可用 HTU21D 替換）。

SHT21 溫濕度傳感器接線原理圖

I/O 口介紹

VCC：3.3V 供電

GND：參考地

SCL：IIC_SCL

SDA：IIC_SDA

4、土壤濕度監(jiān)測

土壤濕度監(jiān)測使用土壤濕度模塊，它是一個簡易的水分傳感器可用于檢測土壤的水分，表面鍍鎳而不易生銹，延長使用壽命，感應面積寬提高導電性能。模塊雙輸出模式，數字量輸出簡單，模擬量輸出更精確。靈敏度可調（圖中藍色電位器調節(jié)閥值）。比較器采用 LM393 芯片，工作穩(wěn)定，信號干凈。

土壤濕度傳感器接線原理圖

I/O 口介紹

VCC：3.3-5V 供電

GND：參考地

D0：開關信號輸出

A0：模擬信號輸出

5、水箱水位監(jiān)測

水箱水位監(jiān)測使用一個水位傳感器實現(xiàn)。其具有以下優(yōu)勢：水量到模擬量的轉換、可塑性強、輸出為基礎模擬值、低功耗、靈敏度高、可以直接與微處理器或其他邏輯電路相連接，適合各種開發(fā)板和控制器。

水位傳感器接線原理圖

I/O 介紹

+：3-5V 供電

-：參考地

S：模擬量輸出

6、補光

補光功能我們沿用普通植物生長機上的補光燈實現(xiàn)，這款補光由暖色、紅色、紅外、藍色四種顏色的 2835LED 燈珠組成，共有 114 顆燈珠，暖光/紅光/遠紅外/藍光的燈珠數量比為 25:9:2:2 。

可以使用兩路 PWM 進行控制，其中一路控制藍光，另一路控制暖光、紅光和遠紅外。有蔬菜和瓜果/花卉兩種工作模式。

工作模式

蔬菜模式

燈板亮暖光、紅光、遠紅外、藍光四種色光，以下為燈板的光譜圖和功率測試。

瓜果/花卉模式

燈板亮暖光、紅光、遠紅外三種色光，以下為燈板的光譜圖和功率測試。

I/O 口介紹

12V：12V 供電

PON：PWM 輸入1

RON：PWM 輸入2

GND：參考地

通過測試只有在另一路工作時藍光才能調節(jié)，使用時需要注意。其他兩路 PWM 的燈串替換此款燈板。

7、加濕

加濕功能采用一路繼電器控制一個 5V 加濕模塊實現(xiàn)。芯片設計工作頻率為 108KHz。芯片預留了水位監(jiān)測控制腳（8 腳），可實現(xiàn)枯水斷電，以保護霧化片不會因為缺水而干燒。

加濕傳感器接線原理圖

I/O 口介紹

紅線：5V

黑線：GND

8、加溫

植物溫度控制可以采用一路繼電器控制一個 75W 遠紅外加熱燈實現(xiàn)。具有熱效率高、發(fā)熱效果好、遇水防爆、導熱散熱強、潮濕環(huán)境可用等優(yōu)點。根據需求可以添加散熱風扇。

（可選）散熱風扇

本教程沿用普通植物生長機的 DC 12V 0.18A 的風扇。通過一個 AC220V-DC12V 的變壓器與加熱燈并聯(lián)，一同被繼電器控制。

9、通風

通風功能通過一路繼電器控制兩個 6CM 12V 0.5A 大風量風扇實現(xiàn)。通風功能可以讓溫室的溫濕度降低，并有助于植物的授粉，讓環(huán)境與外界進行氣體交換。

10、水箱加水功能

水箱加水功能，則是一路繼電器控制一個 12V 水泵實現(xiàn)?？蓮钠渌鼗蛩蛩涔┧?，也可根據具體情況把水泵換成12V 自來水閥來控制。

功率：24 W

流量：5L/min

進水壓力：0.48 MPa

11、澆水功能

澆水功能通過一路繼電器控制兩個 12V 直流隔膜泵實現(xiàn)，把水箱里的水抽向植物土壤達到澆水的目的。

12、繼電器

一般情況下，我們的控制器不能直接控制比其電壓高的電路，那么要想控制其他供電網絡上的設備，使用繼電器無疑是一個不錯的選擇。

這里我們選用兩個一路繼電器和一個四路繼電器，控制加濕、加溫、水箱加水、通風、澆水功能。

一路繼電器

四路繼電器

繼電器管腳

13、普通植物生長機選型

我們需要找一個結構比較合適的植物生長機進行改造。以下這款土培方式的植物生長機就比較合適，有雙模式燈板和大容量的土盆，更易于改裝。

拆機前功能

14、整機供電

整機有 AC220V、DC 12 V、DC 5V、DC 3.3V 四種供電網絡。

AC 220V

AC 220V 我們直接接在 AC220V 50Hz 市電上。

DC 12 V

DC12V 主要是通過一個 S-120-12 開關電源接在市電 AC 220V 上獲得。

12V 散熱風扇因為需要與加熱燈聯(lián)動，與加熱燈相同的邏輯啟動，為了節(jié)省 IO 接口，我們通過一個220V 轉 12V AC-DC 降壓模塊輸出是 12V400mA 的隔離開關電源模塊并聯(lián)在加熱燈的兩端為散熱風扇供電。

DC 5V

DC 5V 供電網絡主要用于繼電器供電、超聲波加濕器供電另降為 3.3V 為控制板和所有傳感器供電。

模塊參數

1：工作電壓：DC 9V--36V；

2：輸出電壓：5.2V/5A/25W

3：輸出能力：

9~24V輸入：輸出5.2V/6A/30W

24~32V輸入：輸出5.2V/5A/25W

32~36V輸入：輸出5.2V/3.5A/18W

DC 3.3V

DC 3.3V：通過涂鴉三明治直流供電電源板獲得，該電源開發(fā)板具有 DC 12V、DC 5V 兩個輸入接口。

在 DC 12V 輸入時，兩個 SY8012B 芯片同時工作可為其他開發(fā)板部件提供 DC 12V、DC 5V、DC 3.3V。

在 DC 5V 輸入時，一個 SY8012B 工作，為其他開發(fā)板部件提供 DC 5V、DC 3.3V。

15、亞克力溫室罩設計

亞克力罩 autoCAD 等常用單位建模軟件進行設計，最后生成工廠可加工的文件。

需要注意以下設計點：

基礎花盆尺寸

各元件的尺寸和位置規(guī)劃

各元件需要的固定孔位

走線開孔

本教程設計了一款簡單的亞克力溫室罩，供您參考，您可以根據需求改進或者重新設計。點擊【閱讀原文】下載激光雕刻 2D 圖紙 ZIP 文件。

三、整機搭建

1、整體物料準備

物料包含涂鴉三明治直流供電電源板、自制涂鴉三明治 Wi-Fi控制板、涂鴉 USB 轉UART串口等，您可以根據自己的需求做適當調整。

2、組裝亞克力

找工廠按照事先畫好的亞克力模型切割完外殼零件以后，按照圖紙將外殼使用亞克力澆水組裝起來。

3、接線示意圖

4、安裝元件安裝和接線注意事項

在所有的物料準備好以后，我們就可以進行元件安裝和接線了。您可以根據自己的個人喜好安裝，安裝時您需要注意以下幾點：

各個具體位置放置

上通風口為進風口，下通風口為出風口

線材選擇和長度截取

光照傳感器位置放置

5、加濕器裝置制作

加濕裝置制作比較靈活，這里為您分享一個制作經驗，您可以根據身邊的材料自由發(fā)揮。

選擇一個有內蓋的瓶子

固定吸水棉

內蓋鉆孔，內蓋孔徑大小調整到可以固定吸水棒上端，在瓶內放置沙子或小石塊固定吸水棒下段。

將水位感應線通過內蓋孔插入瓶內

固定起霧裝置

首先，將起霧裝置按如圖所示方式放置在吸水棒上。

然后將外蓋固定上，注意不能壓太緊，壓太緊不能出霧。如果沒有類似的瓶子可以用熱熔膠固定。

6、成品展示

將所有元件安裝好以后，再用繞線管整理線束。

四、智能植物生長機產品創(chuàng)建

完成整機搭建后，還需要在 IoT 平臺上創(chuàng)建智能產品，創(chuàng)建產品后您才能獲得相關嵌入式開發(fā)包，進行智能設備的 IoTOS 開發(fā)。該產品代表了智能設備在 IoT 平臺上的功能映射、包含了相關授權信息、產品配置等，方便植物生長機與 IoT 平臺的通信。本小節(jié)步驟介紹了您在平臺上創(chuàng)建植物生長機的主要步驟，詳細步驟請參考選品類創(chuàng)建產品。

進入 涂鴉智能 IoT 平臺，點擊創(chuàng)建產品。

選擇小家電 > 寵物 > 植物生長機。

選擇自定義方案，輸入產品名稱，選擇通訊協(xié)議為Wi-Fi+藍牙，點擊創(chuàng)建產品。

添加標準功能，選擇“開關”、“水泵開關”、“當前溫度”、“當前濕度”、“倒計時”、“倒計時剩余時間”、“故障告警”，功能點名稱、枚舉值等可自行編輯修改。

（可選）要實現(xiàn)所有的設備功能，還需要根據功能需求自行創(chuàng)建額外的 DP 功能點。點擊添加功能按鈕，編輯功能點名稱、標識名，勾選數據類型和數據傳輸類型即可完成功能點創(chuàng)建。

添加最大溫度、最小溫度、最大濕度、最小濕度四個 DP 點，用于設置植物生長機的溫濕度控制區(qū)間。

添加水箱水量，數值型只上報類 DP 點，用于上報水箱內水量的剩余情況。

添加燈光顏色，枚舉型 DP 點，用于控制補光燈顏色。

添加自動補光，布爾型 DP 點，用于控制設備切換手動定時補光模式和自動補光模式。

設定完功能點后，下一步點擊設備面板，選擇 App 的面板樣式。推薦選擇開發(fā)調試面板，比較直觀，且可以開到 dp 數據包的接收和發(fā)送，方便開發(fā)階段調試使用。

至此，產品的創(chuàng)建基本完成，可以正式開始嵌入式軟件部分的開發(fā)。

五、嵌入式開發(fā)

嵌入式代碼基于 BK7231 平臺,使用涂鴉通用 Wi-Fi SDK 進行 SOC 開發(fā)，具體環(huán)境可以拉取涂鴉 Git 庫上的 Demo 例程或者直接下載已經包含了 SDK 環(huán)境的 Demo 例程。

Git 庫地址：github.com/tuya/tuya-iotos-embeded-sdk-wifi-ble-bk7231t

本 Demo 完整源代碼例程: 可點擊 ：developer.tuya.com/cn/demo/smart-planter?_source=24c6e6d36d0b4e18201ecf4a10697dbb

六、Demo展示

完成開發(fā)調試后，一款包含自動手機 App 遠程遙控和視頻監(jiān)測、監(jiān)測溫濕度、光照、土壤濕度、水箱水位、自動補光、加濕、加溫、通風、水箱加水、澆水的智能植物生長機即完成制作。

至此，恭喜您完成了一款智能植物生長機的原型開發(fā)?；谕盔f IoT 平臺，您可以更加方便的搭建更多智能產品原型，加速智能產品的開發(fā)流程。

編輯：jq