利用Arduino Create和ROHM傳感器評(píng)估套件制作智能花園系統(tǒng)

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

今天，我們將利用ROHM傳感器評(píng)估套件打造一套智能花園系統(tǒng)。在此項(xiàng)目中，我們整合接近/環(huán)境光傳感器（ALS）和其他傳感器，實(shí)現(xiàn)植物培育設(shè)備的自動(dòng)化操作！

有關(guān)ROHM傳感器的更多信息，請(qǐng)參閱我們的文章ROHM傳感器評(píng)估套件概覽!

此外，我們將使用Arduino Create對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程。

Arduino Create是一個(gè)多合一的在線平臺(tái)，可以編寫代碼、配置電路板、共享項(xiàng)目。該平臺(tái)于2016年8月18日正式發(fā)布。

Arduino Create 提供以下服務(wù)：

Arduino Web Editor

Arduino Web Editor 是一款在線編輯器，用戶可以編寫代碼并將程序從網(wǎng)頁瀏覽器上傳至任何Arduino開發(fā)板上。

將代碼寫入或?qū)?Arduino

上傳/分享程序

使用Arduino庫

通過云連接服務(wù)

Arduino Project Hub

Arduino Project Hub 是一個(gè)hackstar.io提供的教程平臺(tái)。該Hub擁有大量不同難度和人氣的項(xiàng)目。

Arduino Cloud

憑借Arduino Cloud，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)在云中管理項(xiàng)目。Arduino Cloud執(zhí)行亞馬遜的云計(jì)算服務(wù)，能夠?yàn)橛脩籼峁┌踩拈_發(fā)環(huán)境。

將Arduino直接連接到互聯(lián)網(wǎng)

通過MQTT在Arduino之間進(jìn)行互通

采用AWS IoT和AWS Lambda

今天的電子食譜

預(yù)計(jì)完成時(shí)間：120分鐘

所需部件：

Arduino 主體 (Arduino UNO R3)

Rohm 傳感器評(píng)估套件https://www.rohm.com/web/global/sensor-shield-support

電阻 (220 歐姆) × 2

紅色 / 藍(lán)色 LED

土壤傳感器https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Moisture_Sensor_(SKU:SEN0114)

伺服電機(jī) (SG90)

※ 您可以從以下站點(diǎn)購買羅姆傳感器評(píng)估套件！

Chip One Stop

Mouser Electronics

考慮植物培育設(shè)備的電氣規(guī)格

打造智能花園系統(tǒng)的第一步就是要確定需要集成的內(nèi)容。我們?nèi)绾问褂眠@些傳感器打造一套有利于植物培育的設(shè)備呢？首先，我們看一下各種傳感器的功能和用法以及它們?cè)谠擁?xiàng)目中的潛在用途。

傳感器評(píng)估套件提供8種不同的傳感器。我們應(yīng)將哪些傳感器集成到植物培育系統(tǒng)中呢？我們來復(fù)習(xí)一下每個(gè)傳感器的功能，看看系統(tǒng)可以采用哪些傳感器。

圖1 傳感器評(píng)估套件包含的傳感器

加速度計(jì)： 檢測傾斜、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)等?！覀兛赡懿粫?huì)用此器件來測量加速度。

氣壓傳感器：檢測大氣壓力→壓力與天氣之間的關(guān)系似乎與室內(nèi)植物沒有關(guān)系

地磁傳感器：檢測方向→可以根據(jù)太陽的方向改變植物的朝向嗎（？）

接近傳感器：檢測正在接近的物體；檢測亮度→如果我們的系統(tǒng)只是在白天（或明亮?xí)r）而不是在黑暗中工作，那么這個(gè)器件很有用。

顏色傳感器：檢測顏色→葉子是否枯萎，等等……我們以后再研究這個(gè)功能吧……

霍爾傳感器：通過磁鐵檢測物體→我覺得這個(gè)項(xiàng)目可能不會(huì)使用接近開關(guān)或定位功能…

溫度傳感器：檢測溫度→我們可以用溫度數(shù)據(jù)來控制植物的澆水情況（比如溫度較高時(shí)應(yīng)該多澆水，等等）。

紫外線傳感器：檢測紫外線→日光太強(qiáng)/太弱時(shí)可通知用戶相關(guān)情況。

根據(jù)各個(gè)傳感器的功能簡述，為了完成此項(xiàng)目，我們可能需要在系統(tǒng)中整合多個(gè)傳感器。那么我們應(yīng)該集成哪些傳感器呢？

圖2 一般植物生長注意事項(xiàng)

如圖2所示，種植健康的植物必須滿足一定條件。一般來講，植物在通風(fēng)良好、陽光充足和溫度適中的地方生長最好。當(dāng)然，它們需要水。

根據(jù)這些信息，我們可以縮小傳感器的選擇范圍：

日光條件→利用紫外線傳感器和溫度傳感器檢查溫度是否過高/紫外線強(qiáng)度是否過大，并采取必要的措施以減少日光照射。

澆水原則→利用土壤傳感器，我們可以確定土壤中的水分含量，并根據(jù)盆的大小為植物澆水。

關(guān)于溫度→如果溫度過高或過低，我們可以檢查植物含量并觸發(fā)警報(bào)。

通風(fēng)→我們可以測量室內(nèi)空氣流速，如果室內(nèi)風(fēng)量不夠，我們可以用風(fēng)扇來產(chǎn)生風(fēng)。

現(xiàn)在，我們開始構(gòu)造這個(gè)系統(tǒng)吧！

類似的設(shè)備……

說到植物培育設(shè)備……已經(jīng)有人制作過大型植物培育系統(tǒng)。比如FarmBot。從外觀上看，F(xiàn)armBot就像是一臺(tái)巨大的激光切割機(jī)或3D打印機(jī)。正如下面的視頻所示，該機(jī)器還可以幫忙播種，似乎我們通過電腦或移動(dòng)應(yīng)用程序就能控制播種過程。長時(shí)間在室外管理和控制這些設(shè)備會(huì)比較困難，尤其是在天氣比較惡劣的情況下。不管怎樣，這些非?？岬脑O(shè)備在改善可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有巨大的潛力。

FARMBOT GENESIS – https://farmbot.io/

Arduino Create × Rohm 傳感器評(píng)估套件！

接下來我們看一下如何用Arduino Create編寫程序。

圖3 Arduino Create

Arduino Create 網(wǎng)站

Arduino Create 入門

我們循序漸進(jìn)地看一下Arduino Create如何使用。Arduino Create的迷人之處就在于您可以直接在瀏覽器中在線編寫代碼并進(jìn)行共享（比如在社交媒體上）。通常，如果您要使用Arduino，您得在電腦上下載并安裝Arduino IDE，但是Arduino Create無需這個(gè)步驟。

打開瀏覽器，然后轉(zhuǎn)到Arduino Create 網(wǎng)站。

如果您是首次使用Arduino，那么必須創(chuàng)建一個(gè)用戶帳戶。請(qǐng)進(jìn)入用戶注冊(cè)頁面以創(chuàng)建您的帳戶（如果您有Arduino帳戶，那么可以直接用現(xiàn)有帳戶登錄）。

（僅適用于初次使用的用戶）完成注冊(cè)后，您會(huì)收到一封包含一個(gè)URL的電子郵件，點(diǎn)擊該鏈接完成注冊(cè)。

（僅適用于初次使用的用戶）安裝“Arduino Web Editor Plugin”（或“ArduinoCreateAgent”），以便瀏覽器可以連接到Arduino主機(jī)。

打開Arduino Web Editor。

PC版和網(wǎng)絡(luò)版之間的主要區(qū)別是什么呢？

只要可以上網(wǎng)，您幾乎能在任何地方查看/編輯您的程序。

網(wǎng)絡(luò)版還支持多個(gè)庫，因此即使更換電腦，您也不必重新安裝原來使用的庫。

Arduino Create非常有用。唯一的缺點(diǎn)是：要使用Web Editor，您必須連接互聯(lián)網(wǎng)，否則是無法使用的。我覺得介紹的差不多了。此時(shí)，您可以簡單地在電腦上使用現(xiàn)有的Arduino軟件。

運(yùn)行Arduino Create主屏幕和傳感器評(píng)估套件庫

首先打開Arduino Web Editor.

圖 4. Arduino Create Web Editor

您會(huì)看到編輯器在瀏覽器中打開。值得一提的是，與Arduino Software IDE相比，這些菜單更易于查看和定位。有時(shí)，在電腦上使用IDE并打開太多帶有很多程序的窗口時(shí)，它們會(huì)變得雜亂無章；但是這個(gè)編輯器的窗口整潔有序，您可以輕松地找到所需文件。

菜單欄位于編輯器的左側(cè)。

圖5 Arduino Create Web Editor – 基本功能

我們來查看一些常用功能。我們從“Blink.ino”開始（路徑：Examples →BUILT IN→01.BASICS→Blink）。使用屏幕上方中央的下拉菜單，選擇要連接的Arduino開發(fā)板和端口。然后，點(diǎn)擊“Verify”→“Upload”（通常在Arduino軟件中執(zhí)行此操作）。

添加傳感器評(píng)估套件庫

接下來，我們將添加傳感器評(píng)估套件庫。要添加庫，您可以點(diǎn)擊左側(cè)菜單的“Libraries”，并單擊“ADD ZIP LIBRARY”。然后，選擇要添加的庫的zip文件完成添加。您可以從此處為每個(gè)傳感器下載傳感器評(píng)估套件庫（zip文件）。

圖6 Arduino Create Web Editor – 添加庫

傳感器評(píng)估套件已成功連接?，F(xiàn)在，我們進(jìn)行連線和編程！

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念如下：

日光條件→利用紫外線傳感器和溫度傳感器檢查溫度是否過高/紫外線強(qiáng)度是否過大，并采取必要的措施以減少日光照射。

→ 用伺服電機(jī)遮陽！

澆水原則→利用土壤傳感器，我們可以確定土壤中的水分含量，并根據(jù)盆的大小為植物澆水。

→ 使用土壤傳感器和噴壺！

關(guān)于溫度→如果溫度過高或過低，我們可以檢測植物的環(huán)境溫度并觸發(fā)警報(bào)。

→ 用LED觸發(fā)警報(bào)?。ㄒ苍S將來我們可以通過網(wǎng)絡(luò)通知程序來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能！）

通風(fēng)→我們可以測量室內(nèi)空氣流速，如果室內(nèi)風(fēng)量不夠，我們可以用扇子來產(chǎn)生風(fēng)。

→ 用伺服電機(jī)操作扇子扇風(fēng)。

圖7 電路框圖（假設(shè)傳感器評(píng)估套件已連接到Arduino）

至于程序，在循環(huán)的前半部分獲取每個(gè)傳感器的值后，我們將根據(jù)每個(gè)傳感器的值啟動(dòng)伺服電機(jī)和LED燈。由于每個(gè)傳感器的激活閾值因設(shè)備大小而異，因此您可以自己的喜好調(diào)整具體數(shù)值。

程序–植物培育設(shè)備

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
//***********************************************
//Set threshold
//***********************************************
int moi_threshold   = 500;  //set the moisture threshold (moist←0～1023→dry)
int upper_temp_threshold  = 30;   //high temperature-red LED 
int under_temp_threshold  = 10;   //low temperature-blue LED
int uv_threshold  = 4;   //set the intensity of ultraviolet light, shade if exceeded
int send_wind_sec  = 30; //wind blowing interval (in seconds)
//***********************************************
 
Servo uvServo;          	
Servo windServo;          	
Servo waterServo;          	
 
int redLedPin   = 13;   	
int blueLedPin   = 12;
int moisture_pin = A0;
int tempout_pin = A2;
int uvout_pin = A0;
 
int counter = 0;
bool uvFlg = false;
 
BD1020 bd1020;
RPR0521RS rpr0521rs;
ML8511A ml8511a;
BM1383GLV bm1383;
 
//***********************************************************
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);
  Wire.begin();
 
  byte rc; 
  rc = rpr0521rs.init();
  rc = bm1383.init();
 
  pinMode(redLedPin,OUTPUT);
  pinMode(blueLedPin,OUTPUT);
  uvServo.attach(9);
  windServo.attach(10);
  waterServo.attach(11);
  bd1020.init(tempout_pin);
  ml8511a.init(uvout_pin);
}
 
//***********************************************************
void loop() {
    //*********************************
    //Soil Sensor
    int moi = analogRead(moisture_pin);
    Serial.write("MOISTURE = ");
    Serial.println(moi);
    Serial.println();
    
    //*********************************
    //Temperature sensor
    float temp;
    bd1020.get_val(&temp);
    Serial.print("BD1020HFV Temp=");
    Serial.print(temp);
    Serial.print("  [degrees Celsius], ADC=");
    Serial.println(bd1020.temp_adc);
 
    //*********************************
    //UV sensor
    float uv;
    ml8511a.get_val(&uv);	
    Serial.write("ML8511A UV = ");
    Serial.print(uv);
    Serial.println(" [mW/cm2]");
    Serial.println();	
 
    //*********************************
    //Barometric pressure sensor
    byte cp;
    float press;
     
    cp = bm1383.get_val(&press);
    if (cp == 0) {
      Serial.write("BM1383GLV (PRESS) = ");
      Serial.print(press);
      Serial.println(" [hPa]");
      Serial.println();
    }
     
    //*********************************
    //ALS/proximity sensor
    byte rc;
    unsigned short ps_val;
    float als_val;
    byte near_far;
     
    rc = rpr0521rs.get_psalsval(&ps_val, &als_val);
    if (rc == 0) {
      Serial.print(F("RPR-0521RS (Proximity) 	= "));
      Serial.print(ps_val);
      Serial.print(F(" [count]"));
      near_far = rpr0521rs.check_near_far(ps_val);
      if (near_far == RPR0521RS_NEAR_VAL) {
        Serial.println(F(" Near"));
      } else {
        Serial.println(F(" Far"));
      }
       
      if (als_val != RPR0521RS_ERROR) {
        Serial.print(F("RPR-0521RS (Ambient Light) = "));
        Serial.print(als_val);
        Serial.println(F(" [lx]"));
        Serial.println();
      }
    }
 
    //***********************************
    //depending on the sensor value each time
 
    //the water level will rise when the soil dries
    if(moi > moi_threshold){
      Serial.println("Water Servo start.");
      for(int m=0;m < 10;m++){ waterServo.write(0); //move servomotor to 0 degree
            delay(1500); //wait 1.5 seconds
            waterServo.write(90); //move the servomotor to 90 degrees
      }
    } //Temperature   activate
    if(upper_temp_threshold > temp){
      digitalWrite(redLedPin, HIGH);  //turn on LED
      delay(moi);                 	//set the moisture to LED flashing time 
      digitalWrite(redLedPin, LOW);   //turn off LED
    }
    if(under_temp_threshold < temp){
      digitalWrite(blueLedPin, HIGH);  //turn on LED
      delay(moi);                 	//set the moisture to LED flashing time 
      digitalWrite(blueLedPin, LOW);   //turn off LED
    }
 
    //shades when the sunlight is too strong
    if(uv < uv_threshold && !uvFlg){
        waterServo.write(90);
        uvFlg = true;
    }
    else if(uv >= uv_threshold && uvFlg){
        waterServo.write(0);	
        uvFlg = false;
    }
 
    //create wind  at a specific time
    if(counter > send_wind_sec){
      Serial.println("Wind Servo start.");
      for(int n=0;n < 10;n++){
        waterServo.write(0);
        delay(1000);    	
        waterServo.write(90);
      }
      counter = 0;
    }
 
    counter++;
    delay(1000);
}

組裝植物培育系統(tǒng)！

現(xiàn)在，接線和編程已經(jīng)完成，我們來把系統(tǒng)組合在一起。

圖8 迷你盆栽植物

首先，您需要一棵植物（當(dāng)然）！

圖9 組裝遮陽部件

當(dāng)紫外線太強(qiáng)時(shí)，安裝在伺服電機(jī)上的遮光板將旋轉(zhuǎn)90度，從而擋住窗戶上的陽光。

圖10 裝有伺服電機(jī)的噴壺

我們可以根據(jù)濕度水平利用伺服電機(jī)拉動(dòng)噴壺進(jìn)行噴水。

我們的吹風(fēng)設(shè)備是一把東方折扇！

圖11 組裝完成的植物培育系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)仍有很大的改進(jìn)空間。如果您想要科技感更高一些，您可以使用小型水泵、PC風(fēng)扇等設(shè)備。此外，如果房間中沒有窗戶，那么可以同時(shí)利用LED與照度傳感器，在房間變暗時(shí)關(guān)閉植物的LED。

總結(jié)

在本項(xiàng)目中，我們組合使用傳感器評(píng)估套件中的多個(gè)傳感器來打造智能花園系統(tǒng)。市面上已經(jīng)出現(xiàn)了一些很酷的植物培育設(shè)備（教程中做了簡要介紹），我相信本教程能夠?yàn)殚_發(fā)更先進(jìn)的植物培育設(shè)備奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在下一個(gè)教程中，我們將更詳細(xì)地介紹Arduino Create，并嘗試使用傳感器評(píng)估套件中的加速度計(jì)。

DevicePlus 編輯團(tuán)隊(duì)

設(shè)備升級(jí)版適用于所有熱愛電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇