ARDUINO植物澆水套件解析

2021年1月樹莓派（Raspberry Pi, RPi）官方發(fā)表了獨(dú)家微控制器芯片RP2040，并運(yùn)用該芯片制成Raspberry Pi Pico開發(fā)板，同時(shí)也允許其他板卡業(yè)者運(yùn)用該芯片推出自有的開發(fā)板，因此Arduino官方就用RP2040推出了Arduino Nano RP2040 Connect開發(fā)板，建議售價(jià)30.6美元。
時(shí)隔2年，Arduino官方以Arduino Nano RP2040 Connect開發(fā)板為基礎(chǔ)，搭配相關(guān)傳感器與配件，構(gòu)成了植物澆水套件（Arduino Plant Watering Kit），建議售價(jià)53美元，到底澆水套件內(nèi)容為何？以下將對此觀察。

 
圖一 : Arduino Plant Watering Kit（白盒內(nèi)的主控板、玻璃杯中的幫浦、盆栽中的水份傳感器）（圖片來源：Arduino官網(wǎng)）

關(guān)鍵物為水份傳感器
套件中除了主控板Arduino Nano RP2040 Connect外，最重要的是一個(gè)水份傳感器（moisture sensor），將該傳感器插入植物盆栽的土壤中，可以量測土壤中的水份，從而決定是否要進(jìn)行澆水。
其次，套件中有一個(gè)幫浦（submersible pump），然后有一個(gè)1公尺長的塑料管，只要準(zhǔn)備個(gè)裝水的水箱，把幫浦沉入水箱中，塑料管一端接上幫浦，另一端放在盆栽土壤上，就可以實(shí)現(xiàn)澆水系統(tǒng)。
當(dāng)然，1公尺可能太長，套件購買者可以依據(jù)自己實(shí)際需要將其剪短。此外，幫浦是用5V電壓驅(qū)動(dòng)的，主控板是透過繼電器（relay）模塊來驅(qū)動(dòng)幫浦動(dòng)作。套件中的其他配件則為按鈕、燈號、連接線、連接器、轉(zhuǎn)接器等。

 
圖二 : Arduino Plant Kit控制電路圖（圖片來源：Arduino官網(wǎng)）

附帶一提的是，整組套件不含供電系統(tǒng)，必須自己想辦法弄一個(gè)5V供電系統(tǒng)，例如透過插頭與電壓器或是電池來供電。套件也不含外殼，但是Arduino官方已經(jīng)設(shè)計(jì)好外殼，需要的人可以去下載外殼的設(shè)計(jì)檔（.stl），然后自己用3D列印制做外殼。

 
圖三 : 下載與打印三個(gè)3D打印設(shè)計(jì)檔就能實(shí)現(xiàn)套件的外殼（圖片來源：Printables官網(wǎng)）

套件外殼的設(shè)計(jì)檔案下載位置：https://www.printables.com/model/379111-plant-watering-kit-parts

云端實(shí)時(shí)監(jiān)控
歸結(jié)上述，整個(gè)控制運(yùn)作為：偵測土壤水份→水份過少→驅(qū)動(dòng)幫浦→注水到盆栽內(nèi)→持續(xù)偵測水份→水份足夠停止注水。但套件功能不止于此，傳感器偵測到的水份數(shù)據(jù)是可以上傳到云端的，亦即Arduino官方的Arduino IoT Cloud，然后可以用計(jì)算機(jī)瀏覽器上網(wǎng)觀看上傳的數(shù)據(jù)，或者也可以在手機(jī)上安裝App（即Arduino IoT Cloud Remote），透過App觀看數(shù)據(jù)。Arduino IoT Cloud云端服務(wù)少量使用不需付費(fèi)，大量使用才需要付費(fèi)。


 
圖四 : 透過Arduino IoT Cloud Remote手機(jī)App可以隨時(shí)檢視土壤水份、水份時(shí)間變化并設(shè)定澆水秒樹、實(shí)時(shí)開啟關(guān)閉幫浦（圖片來源：Arduino官網(wǎng)）

范例程序與更多點(diǎn)子
除了硬件套件外，其實(shí)Arduino官網(wǎng)也已經(jīng)提供了控制的范例程序，約130多行，其中主要有三個(gè)變量：水份（整數(shù)）、澆水（布爾值）、澆水時(shí)間（整數(shù)，單位為秒）。
要提醒的是，套件目前尚未有自動(dòng)偵測、自動(dòng)澆水的自動(dòng)能力，畢竟因應(yīng)不同的植物有不同的參數(shù)要調(diào)整，需要使用者自行嘗試、測試一段時(shí)間，所以目前只有透過按鈕或Web/App等來操控幫浦，同時(shí)自己觀看水份變化而決定是否停止?jié)菜?，等更確定后再自己寫成自動(dòng)偵測與動(dòng)作的循環(huán)控制。
另外，Arduino官方把上述更廣義稱為智慧花園（Smart Garden），澆水只是第一步，Arduino官方也提案其他想法等待眾多創(chuàng)客去實(shí)現(xiàn)，例如加濕度計(jì)并搭配噴霧控制、溫度計(jì)并搭配風(fēng)扇控制，以及運(yùn)用紫外線偵測來記錄日照程度等，最終打造出完整良善的自動(dòng)種植生長環(huán)境。
最后筆者也提醒一下，控制水份僅為種植的第一步，且除了溫度、濕度、日照外也還有其他變量條件要掌握，例如通風(fēng)性、蟲害、菌害、肥害等，有一套控制系統(tǒng)自是好事，但仍要重視相關(guān)實(shí)務(wù)。
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