动手回顾：使开源土壤湿度警报全面物联网

作者 TK Hareendran，特约作家

最近，我有一个啁啾！来自wemakethings的用于评估的植物浇水警报。Chirp 设计用于在 3-V CR2032 锂纽扣电池上运行，是一种电子植物浇水警报器。你把它放在植物附近的土壤中，当土壤干燥时它会发出轻微的啁啾声，提醒你给植物浇水。此外，啁啾在天黑时会保持沉默，并会在晚上抑制自己发出过多的噪音。Chirp 的一大优点是它使用电容式湿度感应。因此，它不会与土壤发生电接触。这有助于避免电极腐蚀和土壤电解。

我发现也可以调整警报，使其不仅仅是发出噪音；它可以发送数据。在这里，土壤湿度传感器将定期监测植物根部附近土壤中的湿度水平，并通过无线网络将这些数据传输到远处的主设备。然后，主设备可以使用接收到的数据来远程操作洒水器或类似设备来给室内植物浇水。对于更简单的解决方案，我可以将主设备配置为通过 SMS/tweet 发送警报，以防植物太干。

幸运的是，Chirp 是 CERN Hardware License v.1.1 下可用的开源硬件，并且有完整的文档，因此很容易修改。该设计基于 ATtiny44A 微控制器，令人惊讶的是，它提供了用于编程和/或串行通信的板载接头。由于 Chirp 充当 I 2 C 从机（具有 7 位地址 0 x 20 hex），该接头还可用于通过将另一个微控制器作为 I 2 C 主机连接到其传感器来读取湿度（和光照）水平.

标头还意味着实际上不需要电池。Chirp 的接头不仅仅是一个 I 2 C 连接器；它实际上是一个“完整的”6 针 AVR-ISP 接头，用于对其板载 ATtiny44A 进行编程。这意味着还有可用的复位和电源连接，允许您通过 3.3-/5.0-V 电源从外部为设备供电。

原则上，Chirp 可以在两种模式下工作。第一种是独立/默认模式，它会定期监测土壤湿度并在植物需要浇水时发出唧唧喳喳的声音。第二种是 I 2 C 从模式，它仅在外部 I 2 C 主设备要求时测量水分/光。您可以通过启动复位将 Chirp 从默认模式切换到从模式。复位后，啁啾读取湿度和光照水平，但如果在此期间收到任何 I 2 C 通信，啁啾将切换到从模式。它不会啁啾，只是响应 I 2 C 请求。

额外的大脑您可以找到一些示例代码，以在大型系统中使用 Chirp 作为前端传感器。代码非常简单：每当您想从湿度传感器获取读数时，只需调用 read I 2 C Register 16-bit (0 x 20)，您将获得一个表示土壤水分含量的整数。然而，读取湿度水平只是游戏的一半。一旦湿度水平下降到可接受的水平以下，就需要一个额外的“大脑”来发送无线警报。

幸运的是，我发现一个“Wemos D1”（mini pro/mini）非常适合这个目的，因为它标配了板载 Wi-Fi。Wemos mini pro 是一款漂亮的 Wi-Fi 板，带有 16 MB 闪存、一个外部天线连接器和一个基于 ESP-8266EX 的内置陶瓷天线。此外，还有第三方软件节点可以发送警报消息。但是，此想法不受 Wemos D1 的约束，因此请随意使用其他标准化的 IoT 硬件模块（例如NodeMCU模块）开始您的实验。

然而，在选择硬件来控制 Chirp 时，您需要注意一件事。根据 Albertas “Miceuz” Mickenas（Chirp 的策划者）的说法：“Chirp 植物浇水警报器可以用作几乎所有平台的 I 2 C 传感器，只要它们正确支持 I 2 C - 特别是时钟延长。I 2 C 更像是 Chirp 平台中的一个附加组件，而不是一个适当的功能，但总而言之，如果 I 2 C 时钟变慢，它总是可以使用的。”

然而，Mickenas 通过创建另一个版本的 Chirp 解决了这个限制。“我的客户在将其用作 Raspberry Pi 的独立传感器时遇到了一些问题，因此我已转向另一个 MCU，该 MCU在硬件中实现了适当的 I 2 C，并为我的独立 I 2 C 传感器平台提供了更高的时钟速度。”

Chirp (v2.7.1) 的“仅传感器模式”版本使用 16-MHz 晶体并且可以通过 I 2 C 协议可靠地读取。它还提供了一些附加功能，例如基于热敏电阻的温度感应、从地址更改和芯片复位。

这种“仅传感器模式”版本与著名的物联网硬件（如Particle Photon或Espruino Pico）的集成也可用于创建更复杂、先进和实用的无线传感器项目，例如此处描述的项目。

Chirp 项目还有一个延续，它是一个电容式土壤湿度传感器，通过 RS485 上的 Modbus 连接。此特定版本 (v2.8.0) 适用于需要长电缆运行的更专业的安装。它增加了一个本地电压调节器以减轻由于电缆长度引起的电压降，并包括一个 RS485 收发器以适应长电线。该收发器还包括反极性和额外的 ESD 保护。

还有一个特色项目：“使用 Android Things 和 Raspberry Pi 3 获取土壤湿度传感器信息”。该项目将通过 NodeMCU 无线传输土壤湿度传感器数据。此传输将通过使用已安装的Android Things网关完成。您可以访问GitHub 上的项目文件。

如您所见，Chirp 是一种非常简单、开源、可破解的设计，可以很容易地从简单的警报转换为完整的物联网设备。与大多数受信任的硬件一样，总是有很多方法可以做事，但 Chirp 尤其如此。

审核编辑 黄昊宇