利用Arduino Create和ROHM感測器評估套件製作智慧花園系統

Deviceplus 編輯團隊

Published by Deviceplus 編輯團隊 at 2020.06.03

Arduino Web Editor

Arduino Web Editor是一款線上編輯器，用戶可以編寫代碼並將程式從網頁瀏覽器上傳至任何Arduino研發板上。

將代碼寫入或導入Arduino
上傳/分享程式
使用Arduino程式館
透過雲連接服務

Arduino Project Hub

Arduino Project Hub是一個hackstar.io提供的課程平台。該Hub擁有大量不同難度和人氣的專案。

Arduino Cloud

憑藉Arduino Cloud，用戶可以透過互聯網在雲中管理專案。Arduino Cloud執行亞馬遜的雲計算服務，能夠為使用者提供安全的研發環境。

將Arduino直接連接到互聯網
透過MQTT在Arduino之間進行互通
採用AWS IoT和AWS Lambda

今天的電子食譜

預計完成時間：120分鐘

所需零件：

Arduino 主體 (Arduino UNO R3)
Rohm 感測器評估套件http://www.rohm.com/web/global/sensor-shield-support
電阻 (220 歐姆) × 2
紅色 / 藍色 LED
土壤感測器https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Moisture_Sensor_(SKU:SEN0114)
伺服馬達 (SG90)

※ 您可以從以下網站購買羅姆感測器評估套件！

Chip One Stop

Mouser Electronics

考慮植物培育裝置的電氣規格

打造智慧花園系統的第一步就是要確定需要積體的內容。我們如何使用這些感測器打造一套有利於植物培育的裝置呢？首先，我們看一下各種感測器的功能和用法以及它們在該項目中的潛在用途。

感測器評估套件提供8種不同的感測器。我們應將哪些感測器積體到植物培育系統中呢？我們來複習一下每個感測器的功能，看看系統可以採用哪些感測器。

圖1 感測器評估套件包含的感測器

加速度計： 檢測傾斜、運動、振動等。 → 我們可能不會用此器件來測量加速度。
氣壓感測器：檢測大氣壓力 → 壓力與天氣之間的關係似乎與室內植物沒有關係
地磁感測器：檢測方向 → 可以根據太陽的方向改變植物的朝向嗎（？）
接近感測器：檢測正在接近的物體；檢測亮度 → 如果我們的系統只是在白天（或明亮時）而不是在黑暗中工作，那麼這個器件很有用。
顏色感測器：檢測顏色 → 葉子是否枯萎，等等……我們以後再研究這個功能吧……
霍爾感測器：透過磁鐵檢測物體 → 我覺得這個專案可能不會使用接近切換或定位功能…
溫度感測器：檢測溫度 → 我們可以用溫度資料來控制植物的澆水情況（比如溫度較高時應該多澆水，等等）。
紫外線感測器：檢測紫外線 → 日光太強/太弱時可通知使用者相關情況。

根據各個感測器的功能簡述，為了完成此專案，我們可能需要在系統中整合多個感測器。那麼我們應該積體哪些感測器呢？

圖2 一般植物生長注意事項

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

根據這些資訊，我們可以縮小感測器的選擇範圍：

日光條件 → 利用紫外線感測器和溫度感測器檢查溫度是否過高/紫外線強度是否過大，並採取必要的措施以減少日光照射。
澆水原則 → 利用土壤感測器，我們可以確定土壤中的水分含量，並根據盆的大小為植物澆水。
關於溫度 → 如果溫度過高或過低，我們可以檢查植物含量並觸發警報。
通風 → 我們可以測量室內空氣流速，如果室內風量不夠，我們可以用風扇來產生風。

現在，我們開始構造這個系統吧！

類似的裝置……

說到植物培育裝置……已經有人製作過大型植物培育系統。比如FarmBot。從外觀上看，FarmBot就像是一台巨大的雷射切割機或3D印表機。正如下面的視訊所示，該機器還可以幫忙播種，似乎我們透過電腦或行動應用程式就能控制播種過程。長時間在室外管理和控制這些裝置會比較困難，尤其是在天氣比較惡劣的情況下。不管怎樣，這些非常酷的裝置在改善可持續發展農業領域具有巨大的潛力。

FARMBOT GENESIS – https://farmbot.io/

Arduino Create × Rohm 感測器評估套件！

接下來我們看一下如何用Arduino Create編寫程式。

圖3 Arduino Create

Arduino Create 網站

Arduino Create 入門

我們循序漸進地看一下Arduino Create如何使用。Arduino Create的迷人之處就在於您可以直接在瀏覽器中線上編寫代碼並進行共用（比如在社交媒體上）。通常，如果您要使用Arduino，您得在電腦上下載並安裝Arduino IDE，但是Arduino Create無需這個步驟。

打開瀏覽器，然後轉到Arduino Create 網站.
如果您是首次使用Arduino，那麼必須創建一個使用者帳戶。請進入用戶註冊頁面以創建您的帳戶（如果您有Arduino帳戶，那麼可以直接用現有帳戶登錄）。
（僅適用於初次使用的用戶）完成註冊後，您會收到一封包含一個URL的電子郵件，點擊該連結完成註冊。
（僅適用於初次使用的用戶）安裝“Arduino Web Editor Plugin”（或“ArduinoCreateAgent”），以便瀏覽器可以連接到Arduino主機。
打開 Arduino Web Editor。

PC版和網路版之間的主要區別是什麼呢？

只要可以上網，您幾乎能在任何地方查看/編輯您的程式。
網路版還支援多個程式館，因此即使更換電腦，您也不必重新安裝原來使用的程式館。

Arduino Create非常有用。唯一的缺點是：要使用Web Editor，您必須連接互聯網，否則是無法使用的。我覺得介紹的差不多了。此時，您可以簡單地在電腦上使用現有的Arduino軟體。

運行Arduino Create主螢幕和感測器評估套件程式館

首先打開Arduino Web Editor。

圖4 Arduino Create Web Editor

您會看到編輯器在瀏覽器中打開。值得一提的是，與Arduino Software IDE相比，這些菜單更易於查看和定位。有時，在電腦上使用IDE並打開太多帶有很多程式的視窗時，它們會變得雜亂無章；但是這個編輯器的視窗整潔有序，您可以輕鬆地找到所需檔。

功能表列位於編輯器的左側。

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）。使用螢幕上方中央的下拉式功能表，選擇要連接的Arduino研發板和埠。然後，點擊“Verify”→“Upload”（通常在Arduino軟體中執行此操作）。

添加感測器評估套件程式館

接下來，我們將添加感測器評估套件程式館。要添加程式館，您可以點擊左側功能表的“Libraries”，並按一下“ADD ZIP LIBRARY”。然後，選擇要添加的程式館的zip檔完成添加。您可以從此處為每個感測器下載感測器評估套件程式館（zip文件）。

圖6 Arduino Create Web Editor – 添加程式館

感測器評估套件已成功連接。現在，我們進行連線和程式設計！

整個系統的設計理念如下：

日光條件 → 利用紫外線感測器和溫度感測器檢查溫度是否過高/紫外線強度是否過大，並採取必要的措施以減少日光照射。

→ 用伺服馬達遮陽！

澆水原則 → 利用土壤感測器，我們可以確定土壤中的水分含量，並根據盆的大小為植物澆水。

→ 使用土壤感測器和噴壺！

關於溫度→如果溫度過高或過低，我們可以檢測植物的環境溫度並觸發警報。

→ 用LED觸發警報！（也許將來我們可以透過網路通知程式來實現這個功能！）

通風 → 我們可以測量室內空氣流速，如果室內風量不夠，我們可以用扇子來產生風。

→ 用伺服馬達操作扇子扇風。

圖7 電路電路方塊圖（假設感測器評估套件已連接到Arduino）

至於程式，在迴圈的前半部分獲取每個感測器的值後，我們將根據每個感測器的值啟動伺服馬達和LED燈。由於每個感測器的啟動閾值因裝置大小而異，因此您可以自己的喜好調整具體數值。

程式–植物培育裝置

#include <Wire.h>
#include <Servo.h>
#include <RPR-0521RS.h>
#include <BD1020.h>
#include <ML8511A.h>
#include <BM1383GLV.h>
 
//***********************************************
//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);
}

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#include <Wire.h>

#include <Servo.h>

#include <RPR-0521RS.h>

#include <BD1020.h>

#include <ML8511A.h>

#include <BM1383GLV.h>

//***********************************************

//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！

現在，接線和程式設計已經完成，我們來把系統組合在一起。

圖8 迷你盆栽植物

首先，您需要一棵植物（當然）！

圖9 組裝遮陽零件

當紫外線太強時，安裝在伺服馬達上的遮光板將旋轉90度，從而擋住窗戶上的陽光。

圖10 裝有伺服馬達的噴壺

我們可以根據濕度水平利用伺服馬達拉動噴壺進行噴水。

我們的吹風裝置是一把東方摺扇！

圖11 組裝完成的植物培育系統

整個系統仍有很大的改進空間。如果您想要科技感更高一些，您可以使用小型水泵、PC風扇等裝置。此外，如果房間中沒有窗戶，那麼可以同時利用LED與照度感測器，在房間變暗時斷路植物的LED。

總結

在本專案中，我們組合使用感測器評估套件中的多個感測器來打造智慧花園系統。市面上已經出現了一些很酷的植物培育裝置（課程中做了簡要介紹），我相信本課程能夠為研發更先進的植物培育裝置奠定堅實的基礎。

在下一個課程中，我們將更詳細地介紹Arduino Create，並嘗試使用感測器評估套件中的加速度計。

Deviceplus 編輯團隊

Device Plus適合所有電子設計和機電一體化發燒友。

利用Arduino Create和ROHM感測器評估套件製作智慧花園系統

Arduino Web Editor

Arduino Project Hub

Arduino Cloud

今天的電子食譜

考慮植物培育裝置的電氣規格

Arduino Create × Rohm 感測器評估套件！

Arduino Create 入門

運行Arduino Create主螢幕和感測器評估套件程式館

添加感測器評估套件程式館

程式–植物培育裝置

組裝植物培育系統！

總結

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