城市花園監(jiān)視器開源分享

描述

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Urban Garden Monitor 正在運行。

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該設(shè)備允許對城市花園周圍的環(huán)境進行快速、安全和遠程分析。Urban Garden Monitor 由 WIZnet WIZ750SR 串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊和 Arduino 101 提供支持，可讀取溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)，并使用集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將它們分類到一個類別系統(tǒng)中。

該設(shè)備是使用一些相互交織的想法創(chuàng)建的：

WIZnet WIZ750SR串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊

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Urban Garden Monitor 上的 WIZ750SR。

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WIZ750SR 是一個串行轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊，允許任何帶有串行端口的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。該模塊使用 W7500P 處理器，該處理器結(jié)合了帶 128KB 閃存的 ARM Cortex-M0 和硬連線 TCP/IP 內(nèi)核，可實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)之間的無縫連接。在 Urban Garden Monitor 中，WIZ750SR 彌合了 Arduino 101 收集的環(huán)境數(shù)據(jù)與連接到與 WIZ750SR 相同路由器的任何設(shè)備上可訪問的 TCP 客戶端終端之間的差距。

Arduino 101 和模式匹配引擎神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

Arduino 101 是一款獨特的開發(fā)板，可在 Arduino 外形中發(fā)揮英特爾 Curie 模塊的功能。具有實時操作系統(tǒng)、集成 BLE、六軸加速度計/陀螺儀模塊和 128 節(jié)點模式匹配引擎 (PME) 或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。Urban Garden Monitor 利用 RTOS 和 PME 將日常環(huán)境數(shù)據(jù)的優(yōu)化特征提供到一個 30 類庫中，該庫會隨著設(shè)備學(xué)習此數(shù)據(jù)的不同分類而填滿，從而使用戶能夠可視化數(shù)據(jù)趨勢并根據(jù)需要調(diào)整他們的花園. Arduino 101 還帶有一個額外的硬件串行端口，這對 WIZ750SR 的操作至關(guān)重要，并充當兩個設(shè)備之間的鏈接。

BMP180 和 DHT22 環(huán)境傳感器

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BMP180 是最左邊膠帶旁邊的銀色方塊，而 DHT22 是它旁邊的傳感器。

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Urban Garden Monitor 上有兩個環(huán)境傳感器，BMP180 和 DHT22，用于收集數(shù)據(jù)以供 Arduino 101 和 PME 解釋。BMP180 是氣壓和溫度傳感器，使用 I2C 總線與設(shè)備通信，而 DHT22 是溫度和濕度傳感器，使用單個數(shù)字引腳與設(shè)備通信。這些傳感器一起提供 Arduino 101 可以解釋并發(fā)送給用戶的一系列信息。

如何建造

要構(gòu)建此設(shè)備，請首先獲取隨附材料清單中的所有組件。請注意，您的計算機必須具有以太網(wǎng)端口。如果您的計算機上沒有 DB9 RS-232 端口，請獲取 USB 到 RS-232 DB9 適配器電纜。

1.配置WIZ750SR。當您將模塊作為 EVB 套件的一部分購買時，該模塊將附在評估板上。

• 將隨附的 DB9 RS-232 電纜插入 EVB 的 DB9 端口。
• 將隨附的 USB Micro 轉(zhuǎn) USB A 電纜插入 EVB 的 Micro-USB 端口。
• 將隨附的以太網(wǎng)電纜插入 EVB 上 WIZ750SR 的以太網(wǎng)端口。
• 如有必要，將 USB 到 RS-232 DB9 適配器電纜的 DB9 端插入 DB9 RS-232 電纜，并將 USB 端插入計算機。否則，將 DB9 RS-232 電纜的 DB9 端直接插入計算機。如果您的計算機中尚不存在 USB 轉(zhuǎn)串口驅(qū)動程序，您可能需要為您的電纜下載該驅(qū)動程序。
• 將 USB Micro 轉(zhuǎn) USB A 電纜的 USB A 端插入計算機。
• 將以太網(wǎng)電纜插入計算機。這將允許測試設(shè)備功能。
• 輕按電路板側(cè)面的電源開關(guān)。LED 將指示您的設(shè)備已通電。
• 使用此鏈接下載并打開 WIZnet-S2E-Tool-GUI：https ://github.com/Wiznet/WIZnet-S2E-Tool-GUI/releases/tag/v0.5.4
• 確保操作模式設(shè)置為“TCP 服務(wù)器”。如有必要，請使用上傳按鈕更新設(shè)備。

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配置工具的注釋視圖。要查找您的設(shè)備，請點擊搜索并從表格中選擇您的設(shè)備。

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• 從 EVB 上拔下以太網(wǎng)電纜，然后在家庭路由器和開發(fā)板之間插入您自己的以太網(wǎng)電纜。這將允許測試設(shè)備連接性。重新打開S2E-Tool軟件，檢查您設(shè)備的“本地IP”和“本地端口”。一旦你有了這些，你的設(shè)備就可以使用了。

2. 測試通過WIZ750SR傳輸數(shù)據(jù)。保持設(shè)備插入。

• 從此鏈接下載 SocketTest：https ://sourceforge.net/projects/sockettest/ 。這是一個 TCP 客戶端/服務(wù)器終端程序，可以測試以太網(wǎng)功能。
• 從arduino.cc的 Software->Downloads下載最新版本的 Arduino IDE 。
• 打開 Arduino 集成開發(fā)環(huán)境。轉(zhuǎn)到 Tools->Port 并選擇 EVB 的通信端口。如果有多個端口，請檢查計算機的設(shè)備列表以查看哪個屬于您的板。
• 轉(zhuǎn)到工具 - >串行監(jiān)視器并打開監(jiān)視器。將波特率更改為 115200 波特。
• 打開 SocketTest 并轉(zhuǎn)到客戶端選項卡。在各自的字段中輸入您的 EVB 的 IP 地址和端口號。點擊連接啟動終端。
• 如果一切設(shè)置正確，您應(yīng)該能夠在 Arduino 終端中鍵入字符串并看到它們出現(xiàn)在 SocketTest 終端中，反之亦然。完成模塊測試后，關(guān)閉所有應(yīng)用程序并拔下 EVB 的電纜。

3. 使用材料清單中包含的部件構(gòu)建 Urban Garden Monitor。

• 從 EVB 上拔下 WIZ750SR。翻轉(zhuǎn) WIZ750SR，使接頭朝上。
• 按照此電路圖組裝顯示器的電子元件。接線后將電工膠帶纏繞在面包板上，然后再將其放在 Arduino 101 的中心。緊緊纏繞膠帶以確保連接穩(wěn)定，但要確保銀色 BMP180 單元中的孔暴露在外并朝上。

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Urban Garden Monitor 的 Fritzing 電路圖。通向 12 針接頭的 4 根線是 F/F。

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• 請注意，WIZ750SR 接頭由公針組成。使用 4 個 F/F 跳線，每個跳線的一端都有一個實心 M/M 跳線，以在 Arduino 101 上創(chuàng)建一個薄型連接。
• 將 WIZ750SR 放在迷你面包板的頂部并將所有東西粘在一起。將任何松動的跳線塞到 Arduino 101 的側(cè)袋中。確保 WIZ750SR 上的三個 LED 仍然可見，并且可以訪問重置按鈕以及以太網(wǎng)和 USB 端口。
• 將 Arduino 101 連接到 Arduino 支架以確保對電路板的保護。

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最終產(chǎn)品。結(jié)果可能因磁帶選擇而異。

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4. 將 Urban Garden Monitor 代碼上傳到 Arduino 101。

• 將包含的代碼下載到您的計算機并在 Arduino IDE 中打開它。文件中包含有用的注釋，以指導(dǎo)您理解。
• 轉(zhuǎn)到 Tools->Board->Boards Manager 并找到 Intel Curie Boards 核心。下載版本 2.0.2。
• 關(guān)閉集成開發(fā)環(huán)境。
• 將以下附加代碼庫下載到您的計算機：

英特爾模式匹配技術(shù)：https ://github.com/intel/Intel-Pattern-Matching-Technology

Adafruit DHT 濕度和溫度統(tǒng)一傳感器庫：https ://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Adafruit 統(tǒng)一 BMP085/BMP180 驅(qū)動程序：https ://github.com/adafruit/Adafruit_BMP085_Unified

• 打開計算機的文件系統(tǒng)并找到“Arduino”文件夾。如果文件夾不存在，請在其中創(chuàng)建一個名為“l(fā)ibraries”的文件夾。打開文件夾，將下載好的三個代碼庫粘貼到文件夾中。
• 重新打開 Arduino IDE 并使用 USB AB 電纜將 Urban Garden Monitor 的 USB 端口插入計算機。轉(zhuǎn)到 Tools->Port 并選擇 Arduino 101 的端口。然后轉(zhuǎn)到 Tools->Board 并向下滾動到 Intel Curie（32 位）開發(fā)板。選擇 Arduino/Genuino 101。
• 點擊上傳按鈕將代碼上傳到您的開發(fā)板。你準備好了！

設(shè)備設(shè)置

要運行該設(shè)備，首先將 Urban Garden Monitor 設(shè)置在您想要獲取環(huán)境讀數(shù)的區(qū)域。如果不是在您可能關(guān)注的一組特定植物旁邊，最好的位置是靠近，因為這將使您能夠獲得要監(jiān)測的植物的最準確讀數(shù)。

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插入設(shè)備的過程。

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放置顯示器后，取一個 USB 壁式充電器并將 USB AB 數(shù)據(jù)線插入其中。將充電器插入墻上插座。將電纜的 B 端連接到顯示器所在的位置。準備就緒后，從路由器上取下以太網(wǎng)電纜并將其也連接到顯示器。將 USB 電纜插入 USB-B 端口，然后將以太網(wǎng)電纜插入以太網(wǎng)端口。您應(yīng)該首先看到紅色 LED 燈亮起，然后在設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)后藍色 LED 燈亮起。

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設(shè)備上的 LED 指示燈位于右上角。

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顯示器連接好后，您就可以不用管它了。轉(zhuǎn)到您的計算機并打開 SocketTest 應(yīng)用程序。輸入您之前為 EVB 記錄的 IP 地址和端口號，然后點擊連接。請注意，如果您在首次獲得 IP 地址和現(xiàn)在之間添加或斷開任何其他設(shè)備，IP 地址可能會發(fā)生變化。如果是這種情況，您可以檢查路由器的主頁以查看顯示器的當前 IP 地址。

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準備好 SocketTest。

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如果顯示器無法連接，請重試，因為可能需要一些時間才能完全連接到網(wǎng)絡(luò)。

設(shè)備操作和命令

連接后，您應(yīng)該會看到此屏幕：

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連接到 Monitor 后的 SocketTest 應(yīng)用程序。

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輸入任何內(nèi)容并點擊發(fā)送或 Enter 鍵以激活監(jiān)視器。然后系統(tǒng)會提示您提供當前時間。先輸入小時數(shù)，發(fā)送，然后輸入分鐘數(shù)并發(fā)送。如果你犯了錯誤，你可以點擊顯示器上的重置按鈕，然后重試。

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輸入時間后的畫面。注意時間要輸入24H格式。

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配置時間后，您應(yīng)該會看到菜單提示。以下是您可以輸入的命令：

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設(shè)備打印的命令列表。

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• LD：此命令使用中斷服務(wù)程序創(chuàng)建傳感器數(shù)據(jù)讀數(shù)的 2 秒間隔循環(huán)。在此期間，循環(huán)將優(yōu)先于所有其他命令，因此請確保在此期間不要激活任何其他數(shù)據(jù)顯示命令，否則它們將被中斷。當您希望能夠遠程查看植物生長的環(huán)境時，建議使用此命令，以便您可以在條件發(fā)生變化時做出相應(yīng)的響應(yīng)。

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內(nèi)部熱量可能導(dǎo)致異常高溫。您可以減去補償以在代碼中提供幫助。

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• DL：此命令關(guān)閉 ISR 數(shù)據(jù)循環(huán)。
• DD：此命令發(fā)送當前傳感器數(shù)據(jù)讀數(shù)的單個快照。
• SS：此命令顯示前一天的平均數(shù)據(jù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類。如果您在前一天的數(shù)據(jù)不存在時調(diào)用此命令，您將收到通知并且不會顯示任何數(shù)據(jù)。
• ST：此命令顯示過去 30 天的數(shù)據(jù)分類。在一天被分類之前，它將顯示為類別 0。請注意類別 0 也將被設(shè)備進行的第一個分類使用。如果您愿意，可以通過從 1 開始數(shù)組索引并使其以 30 而不是 29 結(jié)束來修改它。
• DC：此命令顯示每個保存的數(shù)字日數(shù)據(jù)分類代表的內(nèi)容。如果尚未為類別分配特征，則所有字段的數(shù)據(jù)將顯示為零。

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Display Characterizations 命令正在運行。由于尚未對數(shù)據(jù)進行分類，因此所有值為 0。

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• SC：此命令顯示命令列表，如果您需要它以供參考。

PME操作

在用戶操作本板的過程中，Pattern-Matching Engine會在后臺運行。每小時，設(shè)備都會記錄設(shè)備周圍的溫度、氣壓和濕度樣本。然后將此數(shù)據(jù)以數(shù)組形式保存到設(shè)備中。在記錄的 24 小時后，設(shè)備會取每個數(shù)據(jù)集的平均值，并創(chuàng)建過去 24 小時環(huán)境的三變量表示。然后將這些數(shù)據(jù)加載到 PME 中，PME 根據(jù)學(xué)習經(jīng)驗對其進行分類。如果沒有 PME 找到匹配的先前分類，則數(shù)據(jù)將被賦予新的分類并保存到 PME 的內(nèi)存中。否則，分配現(xiàn)有的分類。在這兩種情況下，當天分配的分類也會被保存。分類被放入一個 30 天的數(shù)組中，該數(shù)組動態(tài)適應(yīng)以防止溢出，刪除最早保存的日期并將所有其他數(shù)據(jù)向上移動，從而允許記錄最新的分類。這允許用戶每天查看環(huán)境如何變化，從而允許他們調(diào)整他們的花園以適應(yīng)潛在的數(shù)據(jù)增加或減少趨勢。

如果分類數(shù)量超過 30，則由于 PME 中的存儲空間數(shù)量有限，最舊的分類隨后將被刪除。

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Urban Garden Monitor 足夠小，可以放在花盆的邊緣和旁邊。

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希望這個項目能讓人們在生活中有更多的時間，讓他們?yōu)樗麄兛赡軙疹櫟某鞘谢▓@提供更多的好處！