ARDUINO植物浇水套件解析

2021年1月树莓派（Raspberry Pi, RPi）官方发表了独家微控制器芯片RP2040，并运用该芯片制成Raspberry Pi Pico开发板，同时也允许其他板卡业者运用该芯片推出自有的开发板，因此Arduino官方就用RP2040推出了Arduino Nano RP2040 Connect开发板，建议售价30.6美元。
时隔2年，Arduino官方以Arduino Nano RP2040 Connect开发板为基础，搭配相关传感器与配件，构成了植物浇水套件（Arduino Plant Watering Kit），建议售价53美元，到底浇水套件内容为何？以下将对此观察。

 
图一 : Arduino Plant Watering Kit（白盒内的主控板、玻璃杯中的帮浦、盆栽中的水份传感器）（图片来源：Arduino官网）

关键物为水份传感器
套件中除了主控板Arduino Nano RP2040 Connect外，最重要的是一个水份传感器（moisture sensor），将该传感器插入植物盆栽的土壤中，可以量测土壤中的水份，从而决定是否要进行浇水。
其次，套件中有一个帮浦（submersible pump），然后有一个1公尺长的塑料管，只要准备个装水的水箱，把帮浦沉入水箱中，塑料管一端接上帮浦，另一端放在盆栽土壤上，就可以实现浇水系统。
当然，1公尺可能太长，套件购买者可以依据自己实际需要将其剪短。此外，帮浦是用5V电压驱动的，主控板是透过继电器（relay）模块来驱动帮浦动作。套件中的其他配件则为按钮、灯号、连接线、连接器、转接器等。

 
图二 : Arduino Plant Kit控制电路图（图片来源：Arduino官网）

附带一提的是，整组套件不含供电系统，必须自己想办法弄一个5V供电系统，例如透过插头与电压器或是电池来供电。套件也不含外壳，但是Arduino官方已经设计好外壳，需要的人可以去下载外壳的设计档（.stl），然后自己用3D列印制做外壳。

 
图三 : 下载与打印三个3D打印设计档就能实现套件的外壳（图片来源：Printables官网）

套件外壳的设计档案下载位置：https://www.printables.com/model/379111-plant-watering-kit-parts

云端实时监控
归结上述，整个控制运作为：侦测土壤水份→水份过少→驱动帮浦→注水到盆栽内→持续侦测水份→水份足够停止注水。但套件功能不止于此，传感器侦测到的水份数据是可以上传到云端的，亦即Arduino官方的Arduino IoT Cloud，然后可以用计算机浏览器上网观看上传的数据，或者也可以在手机上安装App（即Arduino IoT Cloud Remote），透过App观看数据。Arduino IoT Cloud云端服务少量使用不需付费，大量使用才需要付费。


 
图四 : 透过Arduino IoT Cloud Remote手机App可以随时检视土壤水份、水份时间变化并设定浇水秒树、实时开启关闭帮浦（图片来源：Arduino官网）

范例程序与更多点子
除了硬件套件外，其实Arduino官网也已经提供了控制的范例程序，约130多行，其中主要有三个变量：水份（整数）、浇水（布尔值）、浇水时间（整数，单位为秒）。
要提醒的是，套件目前尚未有自动侦测、自动浇水的自动能力，毕竟因应不同的植物有不同的参数要调整，需要使用者自行尝试、测试一段时间，所以目前只有透过按钮或Web/App等来操控帮浦，同时自己观看水份变化而决定是否停止浇水，等更确定后再自己写成自动侦测与动作的循环控制。
另外，Arduino官方把上述更广义称为智慧花园（Smart Garden），浇水只是第一步，Arduino官方也提案其他想法等待众多创客去实现，例如加湿度计并搭配喷雾控制、温度计并搭配风扇控制，以及运用紫外线侦测来记录日照程度等，最终打造出完整良善的自动种植生长环境。
最后笔者也提醒一下，控制水份仅为种植的第一步，且除了温度、湿度、日照外也还有其他变量条件要掌握，例如通风性、虫害、菌害、肥害等，有一套控制系统自是好事，但仍要重视相关实务。
（本文由VMAKER授权转载）