創建一個智能灑水控制器

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資料介紹

描述

這個想法...

這個想法是在一時的沮喪中萌生的。我又一次在一個下雨的早晨離開家去上班，卻發現前面花壇上的灑水器正在盡最大努力淹沒植物，而大自然則提供了幫助。有多少次我想象那些噴頭噴出四分之一而不是水滴，因為愚蠢的計時器打開了系統，即使花朵根本不需要它？必須有更好的方法。

在搜索這些管子時，我發現了很多項目，它們大多基于 Arduino，可以為我的澆水系統提供一些智能。但我對他們中的很多人并不是很滿意。當然，它們可以工作，但設置很笨拙，由于 Arduino 平臺上可用的功率較低，功能受到限制，并且沒有關于它何時運行或運行多長時間的任何反饋。我知道我可以想出更好的辦法。

輸入運行 Windows 10 Core 的 Raspberry Pi。有了這個平臺，我擁有了使這個項目取得成功所需的處理能力、互聯網連接和熟悉的軟件堆棧的融合。因此，在 Microsoft 和?Hackster.io 的一些提示下，我接受了挑戰。

該設計

該項目的目標是創建一個智能灑水控制器，最大限度地提高系統的用水量，以提供充足的灌溉，同時最大限度地減少浪費。我認為這再合適不過了，因為世界上許多地區都在與干旱和有限的供水作斗爭。完成后，“Raspberry Sprinkle”灌溉控制器將提供以下功能：

- 控制一個或多個灌溉區。

- 在系統需要時控制灌溉泵。

- 土壤溫度和濕度感應，以確保在需要時為植物澆水。

- 環境溫度和濕度感應以確保系統在環境條件不合適時不會運行。（太冷，太潮濕等）

- 從一個或多個天氣提供商（如國家氣象局（在美國）或 Weather Underground）查詢總降雨量和降水量預報。

- 流量計輸入到每個灌溉周期中使用的總水量。

- 用于系統設置和維護的本地手動覆蓋。

- 帶有菜單按鈕的 OLED 顯示屏，用于設置和配置系統。

構建項目

該項目初始構建的時間框架很短，因此為了趕上最后期限，一些更激進的功能被縮減了。目前，控制器與單個灌溉區一起工作，所有接線都在面包板上完成。LED 用于模擬泵繼電器和區域閥的輸出。擴展這個項目，我將切換到一個蝕刻子板、一個防風雨外殼和 6 個灌溉區的控制/傳感。

控制器暴露在面包板上。土壤傳感器懸掛在電路板的左上角。

第一個挑戰是劃分 I/O。我在控制器上需要一個不是 HDMI 顯示器的接口，因為我真的不想把它掛在我房子的一側，也不想每次我需要做某事時都把它拖到外面去。因此，LCD 或 OLED 顯示屏與幾個用于菜單導航的按鈕完美搭配。但是 LCD 需要很多針腳……至少 4 個……這對于這個項目來說太多了。Adafruit 來拯救！他們有一些帶有 SPI 接口的 128x32 和 128x64 OLED 圖形顯示器。這將所需的 GPIO 引腳數量從 4 個減少到 2 個。（顯示器仍然需要 GPIO 用于命令/數據線和復位線。）我選擇了 1.3" 128x64 顯示器它連接到 SPI0 和兩個 GPIO 引腳。

除了顯示接口所需的兩條 GPIO 線外，我還需要 4 個用于按鈕輸入的 GPIO 引腳。我需要 4 個按鈕；menu、value up、value down和enter以便用戶可以導航菜單和更改配置值。我還需要兩個輸出，一個用于泵繼電器，一個用于區域閥。我需要一個流量計輸入端，在 Raspberry 的接頭上留下 3 個引腳。

我使用的濕度傳感器也可從 Adafruit 獲得，并具有 i2C“兼容”接口。制造商的意思是它可以容忍在 i2C 總線上，但不會響應 i2C 命令。相反，它使用自己的串行協議。Windows 10 Core 不會公開 Pi 上的 i2C 引腳以供直接訪問，而是將所有這些引腳隱藏在 i2C API 后面。所以我無法手動操作 SDA 和 SCL 引腳，這意味著我必須將傳感器推到兩個 GPIO 引腳上。我只剩下一根針了。

我仍然需要知道環境溫度和濕度。雖然我可以從 Internet 天氣資源中得到它，但這似乎是在硬件項目上作弊。所以我添加了一個來自 Sparkfun 的溫度和濕度傳感器，它們可以方便地焊接到分線板上。我之所以選擇這個特殊的傳感器，是因為它有一個 I2C 接口，這意味著我不必再使用另一個自定義串行接口。

對于此構建，LED 代替泵繼電器和區域控制閥，而開關代替流量計輸入。然而，原理圖和 BOM 一樣顯示了正確的部件。如果您自己建造這個并且需要灌溉泵支持，我建議為額定功率適當的泵電機使用過零固態繼電器。（BOM 上有一個……只需觀察額定負載即可！）

手術

控制器需要知道一些事情才能正常運行。對于第一次嘗試，大部分內容都硬編碼在軟件中。在不久的將來，它將升級為在應用程序首次運行時提示用戶。它需要知道你是否有泵。它需要知道您是否在使用流量計，如果是，流量計設置的每升脈沖數。它需要知道你的位置，這樣它才能從天氣供應商那里獲取天氣狀況和預報。這一切都將通過顯示器和控制器上的四個界面按鈕完成。無需插入鍵盤！

操作時，控制器幾乎是不干涉的。這確實是所有這一切的目標。顯示屏將顯示兩種狀態；空閑狀態和循環活動狀態。在閑置狀態下，它會顯示環境溫度、土壤濕度值以及下一次澆水周期的時間（如果有的話）。當一個循環處于活動狀態時，顯示屏會發生變化，向您顯示循環運行時間和此時已使用的水量。在澆水周期結束時，控制器將根據需要安排另一次澆水。