智能花盆:集成Seeed Studio 16位ADC技术

今天小编带来是来自美国的创客Shebin Jose Jacob的项目：智能花盆，使用了Seeed Studio 16-Bit ADC，温度，湿度，光敏传感器。借助这些智能硬件，得以将普通植物转变为可互动的植物宠物，并根据环境变化展示各种情绪！

背景故事

Fytó是一款智能花盆，可以轻松让你的植物变成“宠物”。它内置传感器，能够监测从光照到土壤湿度的多项数据，并通过触发六种不同的“情绪”向你传达植物的状态。这些情绪会显示在花盆正面的屏幕上。

只需将植物放入Fytó，它就会开始和你“对话”！

植物宠物和它的情绪

Fytó拥有三种基本感知能力：

1.土壤湿度

2.温度

3.光照强度

Fytó根据植物的健康状况，显示六种表情：

口渴（Thirsty）

当土壤湿度过低时，Fytó会显示“口渴”，表示植物需要水分。

炎热（Hot）

当Fytó感觉炎热时，它会显示“炎热”表情，提醒植物温度过高。

寒冷（Freeze）

当温度过低时，Fytó显示“寒冷”，表示植物需要温暖。

疲倦（Sleepy）

当光照强度过低时，Fytó会显示“疲倦”，表示植物光照不足，需要更多阳光。

满足（Savory）

当植物喝到水时，Fytó会显示“满足”，表示植物感到非常开心，就像吃到了美味的食物。

开心（Happy）

当所有条件都完美时，Fytó会显示“开心”，表示植物健康、快乐。

材料清单

硬件

Waveshare 2寸LCD模块 x1

模拟土壤湿度传感器（适用于Arduino） x1

模拟LM35温度传感器（适用于Arduino）x1

LDR模块（光敏电阻模块）x1

Pi Zero 2W x1

4通道16位ADC转换器（型号：ADS1115）x1

5V 2.5A开关电源适配器 x1

Micro USB面包板5V电源模块 x1

硅胶测试导线 x1

软件

树莓派Raspbian

PI ZERO 2W（大脑）

使用树莓派Zero 2W作为这个花盆的控制器。树莓派有多个不同的版本，包括PI3、PI4、Zero和Zero 2W。选择使用Zero 2W的原因主要有以下几点：

1.尺寸小巧：与其他版本的树莓派相比，Zero 2W的体积更小，更适合空间有限的应用，便于集成到花盆中。

2.性能更强：尽管其体积小，但Zero 2W配备了更强的处理器和更高的计算能力，能够更好地处理传感器数据和控制花盆的其他功能。

因此，Zero 2W在性能和尺寸上的平衡使它成为控制花盆的理想选择。

树莓派Zero 2W的核心是一颗1GHz的BCM2710A1芯片，搭载64位ARM Cortex-A53 CPU，并配备512MB的RAM。坦白说，这款树莓派比原版树莓派快了大约四倍，而且其价格仅为当前树莓派3的一个小部分。因此，Zero 2W完全能够轻松处理屏幕上的GIF播放任务。

其强大的性能和低成本，使其在性能要求较高但预算有限的项目中，成为一个非常理想的选择。

带ADC的传感器

本项目使用的传感器包括：

1.电容式土壤湿度传感器

2.该传感器用于检测土壤的湿度。与其他类型的电阻式湿度传感器不同，它采用电容式感应来测量土壤湿度。这种设计的优势在于它能够防止腐蚀，因为它使用了耐腐蚀材料，因此具有较长的使用寿命。LM35温度传感器

3.该传感器用于测量环境温度，您也可以根据需求使用任何其他类型的温度传感器。LDR模块（光敏电阻模块）

用于检测光的强度。在本项目中，使用了内置SMD电阻的LDR模块。如果您使用裸光敏电阻（LDR），请记得为其添加拉下或拉上电阻。

问题与解决方案

主要问题在于树莓派无法直接从这些模拟传感器中采样数据。为了解决这个问题，模拟传感器可以通过两种方式与树莓派进行连接：

1.使用外部模数转换器（ADC）。

2.使用微控制器来采样模拟传感器的数据，并通过串行接口将所有采集的数据传输到树莓派。

ADS1115 模数转换器（ADC）：
它是一款具有高精度的16位ADC，能够精确地将模拟信号转换为数字信号，从而使树莓派能够读取和处理传感器的数据。

240×320，通用2寸IPS LCD显示模块：

IPS显示屏具有更高的对比度、更广的视角、更优秀的色彩还原和图像质量等优点,，并且价格非常实惠。

测试和校准

校准对于确保测量准确性非常重要。由于树莓派Zero 2W没有引脚接口，所有传感器和LCD模块通过跳线和面包板连接到树莓派4，这样可以更方便地进行测试和校准。

在树莓派中编写了一段Python代码，用于确定土壤湿度传感器和光敏电阻模块的最大值和最小值。

这些代码可根据传感器数值在显示屏上显示表情符号。本项目中共使用了6种表情符号。

3D打印

开始设计花盆，并使用Autodesk Fusion 360完成设计工作。

花盆的结构主要分为三部分：外壳、底座和容器。容器用于放置植物，如果植物需要更大的空间，可以适当增加容器的尺寸。

设计时特意没有为组件固定设计螺丝孔，因为小直径螺丝在市场上较难找到。如果需要使用螺丝，可以参考附带的STEP文件。打印时选用了PLA材料，并设置了10%的填充密度。

布线

根据电路图开始焊接各个组件。第一张图展示了传感器与树莓派的连接方式，第二张图则展示了显示屏与树莓派的连接方式。

首先将 LM35 温度传感器焊接到一个小型洞洞板上，方便固定在外壳上。接着将 LDR 模块的引脚剪短以便安装。然后使用 30 AWG 的硅胶线从每个组件引出连接线。

供电部分采用了一个微型 USB 模块，并使用了一个 5V 2A 的电源适配器。如果有规格相同的手机充电器，也可以直接使用，无需额外购买。

小贴士：焊接时建议将烙铁温度调节到 300-350 摄氏度之间，效果更佳。

组装过程

开始逐步组装各个组件。首先将 LCD 模块安装到前端位置。随后使用激光切割制作了一块 2 毫米厚的透明亚克力板，放置在显示屏前方，用于遮盖 LCD 模块与外壳之间的深度差距。

接着将光敏电阻模块和温度传感器分别固定在两侧，确保两个传感器都能够外露以便正常工作。最后，通过强力双面胶将模拟数字转换器（ADC）和 Raspberry Pi Zero 2W 固定在指定位置。

连接好 USB 模块与 Raspberry Pi 后，接着将底座与外壳粘合在一起。然后，将土壤湿度传感器插入到已经放置植物的容器中，并完成剩余的连接。最后，将容器放入外壳内部，完成组装。

最终成果

只需为 Fytó 接通电源，它便会开始与您进行互动。

Fytó 是您室内花园中植物的完美伴侣，赋予了每一盆植物生命。凭借其生动活泼的个性，它不仅能够实时反馈植物的健康状况，还能与您互动，成为您园艺生活中的贴心伙伴。