Arduino智能植物孵化器

描述

为什么要做这个项目？

像许多人一样，我的父母在早春用种子种植植物。当种子发芽时，我的父母把它们放在外面的一个盒子里，上面有玻璃，让幼苗获得所需的阳光，同时保护它们免受寒冷和风的侵袭。

婴儿植物留在盒子里，直到外面足够温暖，它们自己会没事（大约一个月），然后它们被种植在花园里。

问题是植物喜欢相当狭窄的温度范围，并且盒子可以在晚上从 50 摄氏度一直下降到零度以下。所以我的父母经常到外面检查他们并保证他们的安全。

大多数晚上，我的父母都会把所有的植物都带回屋里，以确保它们安全。整个事情是非常劳动密集的。

披露：我从 Arduino 收到了一个免费的Arduino Oplà IoT 套件来参加这次比赛。

我的解决方案

我的计划是拿一个带玻璃盖的“哑”木箱，让它调节自己的温度。

我还希望我的父母能够知道这些植物是好的，而不必外出。Arduino 云（带有随附的应用程序）和 MKR IOT Carrier 为我提供了很多选择，让他们知道植物没有外出就可以了。

最后，因为我的父母住在离我超过 100 公里的地方，如果在他们开始使用系统后需要调整系统，我很高兴能够执行远程代码更改。

这是智能植物孵化器功能的演示：

系统总览

我使用两个温度传感器，一个在盒子里，一个在盒子外面。这些是我的输入。

我的 Arduino 会查看这些值，并可以根据需要打开连接到风扇的继电器或连接到电热源的继电器。

温度读数确定系统如何响应：

• 热量：箱内低温，外低温

• 风扇：箱内温度低，外温度高

• 风扇：箱内温度高，外温度低

• off :箱内温度高，外温度高

• off : 箱内温度正常

这是整个项目的样子：

（注意：我使用纸板来加速原型制作，但这不会持续到外面。所以我计划将显示器和其他硬件移动到耐候性外壳中。）

用户界面

当我构思这个项目时，我想到了一个非常精致的用户界面，但我决定做一个最简单的东西，让我的非技术父母尽可能容易地使用它。

设计目标：

• 尽可能简单

• 可以从至少 10 米的距离看到孵化器的状态（所以我的父母可以从屋内的窗户检查它）

• 显示知道系统正常运行所需的最少信息

• 没有模式或关闭按钮。它要么打开并自动调节盒子内的温度，要么你拔掉它（我不希望我的父母让系统进入不同的模式，然后植物因为没有达到他们的预期而死亡）

用户界面如下所示：

LED 指示灯：

我在 IOT 载体上使用了两个多色 LED。它们指示盒子内的温度以及系统为管理该温度而采取的措施。我的父母将使用这些 LED 在不出门的情况下检查盒子。

温度指示灯 LED （左侧 LED）：

显示盒子的内部温度：

• 错误 - 粉红色（如果温度传感器返回无效值可能会发生）

• 太冷了 - 蓝色，闪烁

• 冷，但不危险 - 蓝色

• 好的 - 绿色

• 温暖但不危险——红色

• 太暖和 - 红色，闪烁

动作指示灯 LED （右侧 LED）：

显示系统试图采取什么措施来调节盒子内的温度：

• 错误（无操作）- 粉红色（如果温度传感器返回无效值可能会出现）

• 冷却 - 蓝色

• 加热（通过风扇或电阻加热） - 红色

• 无动作 - 绿色

展示：

显示屏显示以下信息：

• 内部温度

• 室外温度

• 当前动作

• 重新计算动作之前的时间（以秒为单位）（动态调整以防止超过目标温度）

Arduino物联网云仪表板：

同样，我的目标是让一切尽可能简单。

这是它的样子：

当前的内部和外部温度显示在仪表上。

历史温度显示在时间序列图上。如您所见，尽管外面的温度波动，但内部温度被加热器保持在 22C 左右。

另一个小部件显示了我可能需要远程诊断问题的调试信息。

演示模式

您可以使用串行监视器将系统置于“演示模式”，您可以在其中覆盖来自传感器的温度。

这使您可以使系统进入实际传感器难以做到的状态（如内部 -50C 和外部 +50C）并查看它的作用。

此模式仅用于开发和调试。

建造

MKR-1010 和物联网载体：

IOT Carrier 使用了 MKR-1010 上的大部分引脚。我唯一可以确定载体不会干扰该项目所需的 I/OI 的唯一方法是将 MKR-1010 引脚上需要的引脚与载体隔离。

我在 MKR-1010 和我想在板之间连接的引脚的载体之间插入了母头。板之间没有母头的引脚是隔离的。您可以在下图中看到引脚 A2-A6 被隔离：

D7 在电路板的这一侧被隔离（在下面的照片中看不到，但我在这一侧的 D7 处从母头上折断了引脚）。

我将控制项目所需的电线焊接到公头上，然后将它们插入 MKR-1010。

电源、继电器和接线端子：

我整理了应该在盒子外面的设备，如下图所示：

接线端子：

MKR-1010 的电线连接到接线盒，这样我就可以将系统拆开进行运输和存储。

原理图部分向您展示了如何构建此部件。

这是所有电线的作用：

（注意：电路板背面有从左到右的走线，将接线端子连接在一起。有关更多信息，请参见原理图。）

温度传感器：

盒子里面有一个温度传感器，盒子外面有一个。它们的位置使太阳永远不会直接照射在它们上并歪曲读数。

这是其中一个温度传感器的外观：

我更喜欢将温度传感器安装在我制作的小板上，这样我就可以轻松更换它们或恢复它们以用于另一个项目。但是将它们直接焊接到线束上就很好了（只是不要过热）。

（注意：虽然这些传感器非常好用，但它们并不总是给出相同的读数。所以，我在面包板上设置了 6 个，并为这个项目选择了两个在一定范围内读数最接近的温度。）

冷却系统：

风扇位于盒子的长端。这是它的样子：

风扇将空气吹出盒子。

我可以在盒子外面的风扇上加一条柔性塑料条，以防止风扇关闭时空气进出盒子。风扇打开时会将塑料推开。

（注意：我还没有在盒子的另一端添加通风孔。在我在盒子上打更多孔之前，我想看看它在实际操作条件下的性能如何。可能是盒子周围和之间漏气盒子和玻璃本身可以提供足够的通风。）