Arduino智能植物孵化器

描述

為什么要做這個(gè)項(xiàng)目？

像許多人一樣，我的父母在早春用種子種植植物。當(dāng)種子發(fā)芽時(shí)，我的父母把它們放在外面的一個(gè)盒子里，上面有玻璃，讓幼苗獲得所需的陽(yáng)光，同時(shí)保護(hù)它們免受寒冷和風(fēng)的侵襲。

嬰兒植物留在盒子里，直到外面足夠溫暖，它們自己會(huì)沒事（大約一個(gè)月），然后它們被種植在花園里。

問(wèn)題是植物喜歡相當(dāng)狹窄的溫度范圍，并且盒子可以在晚上從 50 攝氏度一直下降到零度以下。所以我的父母經(jīng)常到外面檢查他們并保證他們的安全。

大多數(shù)晚上，我的父母都會(huì)把所有的植物都帶回屋里，以確保它們安全。整個(gè)事情是非常勞動(dòng)密集的。

披露：我從 Arduino 收到了一個(gè)免費(fèi)的Arduino Oplà IoT 套件來(lái)參加這次比賽。

我的解決方案

我的計(jì)劃是拿一個(gè)帶玻璃蓋的“啞”木箱，讓它調(diào)節(jié)自己的溫度。

我還希望我的父母能夠知道這些植物是好的，而不必外出。Arduino 云（帶有隨附的應(yīng)用程序）和 MKR IOT Carrier 為我提供了很多選擇，讓他們知道植物沒有外出就可以了。

最后，因?yàn)槲业母改缸≡陔x我超過(guò) 100 公里的地方，如果在他們開始使用系統(tǒng)后需要調(diào)整系統(tǒng)，我很高興能夠執(zhí)行遠(yuǎn)程代碼更改。

這是智能植物孵化器功能的演示：

系統(tǒng)總覽

我使用兩個(gè)溫度傳感器，一個(gè)在盒子里，一個(gè)在盒子外面。這些是我的輸入。

我的 Arduino 會(huì)查看這些值，并可以根據(jù)需要打開連接到風(fēng)扇的繼電器或連接到電熱源的繼電器。

溫度讀數(shù)確定系統(tǒng)如何響應(yīng)：

• 熱量：箱內(nèi)低溫，外低溫

• 風(fēng)扇：箱內(nèi)溫度低，外溫度高

• 風(fēng)扇：箱內(nèi)溫度高，外溫度低

• off :箱內(nèi)溫度高，外溫度高

• off : 箱內(nèi)溫度正常

這是整個(gè)項(xiàng)目的樣子：

（注意：我使用紙板來(lái)加速原型制作，但這不會(huì)持續(xù)到外面。所以我計(jì)劃將顯示器和其他硬件移動(dòng)到耐候性外殼中。）

用戶界面

當(dāng)我構(gòu)思這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，我想到了一個(gè)非常精致的用戶界面，但我決定做一個(gè)最簡(jiǎn)單的東西，讓我的非技術(shù)父母盡可能容易地使用它。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：

• 盡可能簡(jiǎn)單

• 可以從至少 10 米的距離看到孵化器的狀態(tài)（所以我的父母可以從屋內(nèi)的窗戶檢查它）

• 顯示知道系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的最少信息

• 沒有模式或關(guān)閉按鈕。它要么打開并自動(dòng)調(diào)節(jié)盒子內(nèi)的溫度，要么你拔掉它（我不希望我的父母讓系統(tǒng)進(jìn)入不同的模式，然后植物因?yàn)闆]有達(dá)到他們的預(yù)期而死亡）

用戶界面如下所示：

LED 指示燈：

我在 IOT 載體上使用了兩個(gè)多色 LED。它們指示盒子內(nèi)的溫度以及系統(tǒng)為管理該溫度而采取的措施。我的父母將使用這些 LED 在不出門的情況下檢查盒子。

溫度指示燈 LED （左側(cè) LED）：

顯示盒子的內(nèi)部溫度：

• 錯(cuò)誤 - 粉紅色（如果溫度傳感器返回?zé)o效值可能會(huì)發(fā)生）

• 太冷了 - 藍(lán)色，閃爍

• 冷，但不危險(xiǎn) - 藍(lán)色

• 好的 - 綠色

• 溫暖但不危險(xiǎn)——紅色

• 太暖和 - 紅色，閃爍

動(dòng)作指示燈 LED （右側(cè) LED）：

顯示系統(tǒng)試圖采取什么措施來(lái)調(diào)節(jié)盒子內(nèi)的溫度：

• 錯(cuò)誤（無(wú)操作）- 粉紅色（如果溫度傳感器返回?zé)o效值可能會(huì)出現(xiàn)）

• 冷卻 - 藍(lán)色

• 加熱（通過(guò)風(fēng)扇或電阻加熱） - 紅色

• 無(wú)動(dòng)作 - 綠色

展示：

顯示屏顯示以下信息：

• 內(nèi)部溫度

• 室外溫度

• 當(dāng)前動(dòng)作

• 重新計(jì)算動(dòng)作之前的時(shí)間（以秒為單位）（動(dòng)態(tài)調(diào)整以防止超過(guò)目標(biāo)溫度）

Arduino物聯(lián)網(wǎng)云儀表板：

同樣，我的目標(biāo)是讓一切盡可能簡(jiǎn)單。

這是它的樣子：

當(dāng)前的內(nèi)部和外部溫度顯示在儀表上。

歷史溫度顯示在時(shí)間序列圖上。如您所見，盡管外面的溫度波動(dòng)，但內(nèi)部溫度被加熱器保持在 22C 左右。

另一個(gè)小部件顯示了我可能需要遠(yuǎn)程診斷問(wèn)題的調(diào)試信息。

演示模式

您可以使用串行監(jiān)視器將系統(tǒng)置于“演示模式”，您可以在其中覆蓋來(lái)自傳感器的溫度。

這使您可以使系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)際傳感器難以做到的狀態(tài)（如內(nèi)部 -50C 和外部 +50C）并查看它的作用。

此模式僅用于開發(fā)和調(diào)試。

建造

MKR-1010 和物聯(lián)網(wǎng)載體：

IOT Carrier 使用了 MKR-1010 上的大部分引腳。我唯一可以確定載體不會(huì)干擾該項(xiàng)目所需的 I/OI 的唯一方法是將 MKR-1010 引腳上需要的引腳與載體隔離。

我在 MKR-1010 和我想在板之間連接的引腳的載體之間插入了母頭。板之間沒有母頭的引腳是隔離的。您可以在下圖中看到引腳 A2-A6 被隔離：

D7 在電路板的這一側(cè)被隔離（在下面的照片中看不到，但我在這一側(cè)的 D7 處從母頭上折斷了引腳）。

我將控制項(xiàng)目所需的電線焊接到公頭上，然后將它們插入 MKR-1010。

電源、繼電器和接線端子：

我整理了應(yīng)該在盒子外面的設(shè)備，如下圖所示：

接線端子：

MKR-1010 的電線連接到接線盒，這樣我就可以將系統(tǒng)拆開進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ)。

原理圖部分向您展示了如何構(gòu)建此部件。

這是所有電線的作用：

（注意：電路板背面有從左到右的走線，將接線端子連接在一起。有關(guān)更多信息，請(qǐng)參見原理圖。）

溫度傳感器：

盒子里面有一個(gè)溫度傳感器，盒子外面有一個(gè)。它們的位置使太陽(yáng)永遠(yuǎn)不會(huì)直接照射在它們上并歪曲讀數(shù)。

這是其中一個(gè)溫度傳感器的外觀：

我更喜歡將溫度傳感器安裝在我制作的小板上，這樣我就可以輕松更換它們或恢復(fù)它們以用于另一個(gè)項(xiàng)目。但是將它們直接焊接到線束上就很好了（只是不要過(guò)熱）。

（注意：雖然這些傳感器非常好用，但它們并不總是給出相同的讀數(shù)。所以，我在面包板上設(shè)置了 6 個(gè)，并為這個(gè)項(xiàng)目選擇了兩個(gè)在一定范圍內(nèi)讀數(shù)最接近的溫度。）

冷卻系統(tǒng)：

風(fēng)扇位于盒子的長(zhǎng)端。這是它的樣子：

風(fēng)扇將空氣吹出盒子。

我可以在盒子外面的風(fēng)扇上加一條柔性塑料條，以防止風(fēng)扇關(guān)閉時(shí)空氣進(jìn)出盒子。風(fēng)扇打開時(shí)會(huì)將塑料推開。

（注意：我還沒有在盒子的另一端添加通風(fēng)孔。在我在盒子上打更多孔之前，我想看看它在實(shí)際操作條件下的性能如何?？赡苁呛凶又車椭g漏氣盒子和玻璃本身可以提供足夠的通風(fēng)。）