描述

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給植物澆水的伺服臂。

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該設備改善了城市環境中的植物灌溉。它由 Arduino 101 提供動力，使用板載工具和一些外部傳感器來計算在其自身環境中給植物澆水的最佳條件，然后在計算好的時間給植物澆水。

它基于以下概念：

重力和壓力

這個設備的水源來自一個水庫，我用牛奶罐、塑料管、管子密封膠粘土和一個伺服器制作了這個水庫。該容器的放置方式使得除了升高之外，它還可以從設備上方收集雨水。

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儲水罐在高架表面上的位置，在本例中為長凳。

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水罐主要由家庭供水（由于雨水并不總是可用）填充，但由雨水補充。當水壺中有水時，重力的吸引力會將水壺內的水拉向地球。在水壺的底部切出一個孔，以便插入出口管。因此，重力將水拉過該出口管。伺服器調節何時允許水完全流出管道。正常情況下，伺服臂處于直立位置，可防止水流出管道。然而，在給植物澆水時，手臂會降低 135 度，從而讓水從管道中流出并灌溉植物。一旦完成，手臂就會抬起。

水對水壺的壓力不僅有助于水壺的穩定性，而且還有助于水的排出，從而在灌溉期間允許水連續流動。

TMP36 溫度傳感器和英特爾居里模式匹配引擎

這種概念組合有助于推動確定澆灌植物最佳時間的計算。TMP36 是一種溫度傳感器，其工作方式類似于溫度計，但具有電子模擬輸出。該輸出可由微控制器等設備讀取，并轉換為溫度。在此項目中，該設備嘗試計算澆灌植物的最佳時間，該時間最接近 25 攝氏度。它每小時記錄 30 條記錄，間隔兩分鐘，并在每個周期結束時計算其中 29 條記錄的平均值（不包括第一個，因為它通常不準確）。這就是模式匹配引擎的用武之地。

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TMP36 在設備上的位置。

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Intel Curie PME（模式匹配引擎）是 Arduino 101 中內置的人工神經網絡。其庫可在 GitHub 上找到。它由 128 個神經元組成，能夠學習和分類數據，保存在向量中，基于現有數據，或向量分類。可用的類別越多，PME 可以采用的分類選項就越多。

對于這個項目，PME 記錄了一天中的溫度數據，并嘗試在這些數據中對最佳條件（25 攝氏度）進行分類。結果成為第二天給植物澆水的時間。

從上午 8 點到晚上 9 點，每小時記錄一次數據。第一次這樣做時，數據將保存到板載串行閃存中。這將允許設備啟動到數據集，即使它已關閉。獲得數據集后，它嘗試對最佳條件進行分類。如果能夠這樣做，則所選類別將成為下一輪使用的小時。如果不是，則設備將使用每月常量，或每月一天中溫度最高的時間。應該注意的是，這些并不總是澆灌植物的最佳溫度，這就是我使用 PME 的原因。

在第一次學習之后，數據被清除并在第二天重新學習，在選定的時間給植物澆水。這個循環無限重復，或者直到設備斷開電源，此時再次打開時它使用保存的參數作為選定的小時并繼續運行。

Intel Curie 實時時鐘和低功耗藍牙

Intel Curie RTC 或實時時鐘是該設備的重要組成部分。RTC 控制設備上的所有事件何時發生。對于這個項目，RTC 在跟蹤小時數（用于給植物澆水和何時記錄數據）以及月份（用于確定備用峰值溫度常數）方面尤為重要。但是，此 RTC 的精確日期需要手動設置，可以通過代碼或用戶輸入來設置。這已通過 BLE 解決。

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板載 BLE 天線的位置。

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Bluetooth Low Energy 是專為低功耗設備設計的更新版本的藍牙。它在中央-外圍系統上運行，其中中央或輸入寫入外圍設備或輸出。這更像是一個公告牌系統，中央將數據放在公告牌上，供所有外圍設備閱讀。在這種情況下，我在我的移動設備上使用 Nordic Semiconductor 的 nRF Connect 作為中心設備，并將 Arduino 101 作為外圍設備。移動設備能夠連接到 Arduino 并向其發送數據。在這種情況下，移動設備需要發送四次數據，每個必需的輸入字段一次。

移動設備上輸入的數據是十六進制的。從 10 進制數轉換起來相當容易，但可以使用在線轉換器。

如何建造

構建此灌溉解決方案需要一些電路知識，但不要太多。它還需要一些非電氣元件來完成。這是完整的零件清單：

電氣元件

• 阿杜諾 101

• 400 領結面包板，帶 +- 導軌

• 旋轉電位器

• 16x2 液晶顯示器

• 330歐姆電阻

• TMP36溫度傳感器

• 180度舵機，帶舵機喇叭

• 雨量傳感器和控制板

• 土壤濕度傳感器和控制板（可選，包含硬件作為參考）

• 大量的跳線；參見 Fritzing 圖

使用電池運行（可能不會持續太久；我使用的設置）：

• 2X 4xAA 電池盒，帶開/關開關和導線

• 8 節 AA 1.2V 鎳氫充電電池

要通過壁式電源或筆記本電腦使用 USB 電源運行：

• USB公A-公B線，長度根據需要而定

非電氣硬件組件

• 牛奶罐

• 柔性塑料管，長約 20-30 厘米

• 造型粘土、熱膠或任何可用作密封劑的東西

• 塑料桿，用于支撐油管臂

• 工藝籃，用來裝設備

• 用于放置水壺的高架表面，即小長凳或桌子

• 植物

工具

• 膠帶，包括普通膠帶和電動膠帶

• 剪刀

• 十字螺絲刀，用于將伺服喇叭連接到伺服

腳步

1. 根據下面的 Fritzing 圖搭建電路。請注意，土壤濕度傳感器是可選的，雨量傳感器和伺服器可能需要更長的電線才能到達所需位置。有關電路的最終布置，請參見下面的第二張照片。

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設備的電路圖。Fritzing 頁面的快照。

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電纜的最終布線。將土壤傳感器、雨量傳感器和伺服電纜組合在一起并向左布線。

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2.（如果使用 USB 電源，請跳至第 5 步）。將電池分別裝入兩個電池盒中，將一盒的正極和另一盒的負極綁在一起。

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兩個盒子的電線綁在一起并用膠帶粘在一起。

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3. 用電工膠帶把盒子粘在一起。固定盒子，使兩者的蓋子都安裝好，兩者的外殼都安裝好，并且蓋子可以作為一個整體拆卸。為電源開關留出插槽。

4. 將電池盒的雙蓋粘貼到 Arduino 101 和面包板的底部。這樣可以通過將電池從電路板下方滑出來輕松更換電池。

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電池連接到 Arduino 和面包板的底部。

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5. 將設備插入工藝籃，并在設備的一側切兩個槽。第一個插槽用于編程（如果您愿意，也可以使用 USB 電源），第二個插槽用于連接不在設備上的傳感器和執行器。隨意使用電工膠帶將松散的電線固定在該插座中。

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工藝籃側面的插槽。電線在最右邊的插槽中布線，USB 在左側。

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6. 拿一個牛奶罐，切掉頂部，這樣罐子就有足夠大的開口來接水，容量也足夠大，可以保證可靠性。我建議切口靠近手柄底部。

7. 在罐子底部開一個小孔，就在罐子頂部最大開口的正下方。將塑料管的一端插入該孔。確保孔足夠小，以便管道保持在原位，但又足夠大，不會擠壓管道。

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水壺頂部和底部的切口。

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8. 用粘土密封孔中管道周圍的頂部和底部區域。確保粘土不會進入管道本身。

9. 使用粘土和電工膠帶，將伺服系統盡可能低地固定到牛奶罐底部。將管子的中間和一根塑料棒粘到伺服喇叭上。確保塑料棒也用膠帶粘在管子的上端。使用下圖作為步驟 8 到 10 的參考。

10. 將水壺固定在升高的表面上。必要時使用膠帶。

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伺服臂和水壺在高架表面上的位置。管道被路由到水壺的底部。

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11. 在降低位置時，將植物放在管出口正下方。如果您正在使用濕度傳感器，請將它們插入土壤中，并將雨量傳感器放置在靠近地面植物的位置。將傳感器和伺服器插入設備，并將設備放置在離水罐和植物稍遠的地方。

編程

使用附帶的代碼對 Arduino 101 進行編程。使用 Arduino IDE 和 Curie Core 2.0.2 或更高版本（如果可用）上傳。代碼中包含許多有用的注釋。

設備操作

首次打開設備時，它將等待連接移動設備。使用 nRF Connect 連接設備后，它將等待時間輸入。為此，按下圖所示，按順序在 nRF Connect 中依次鍵入以 10 為基數的小時、分鐘、日期和月份的十六進制代碼。

在輸入時間之前，必須輸入并發送 ID 輸入或任何數字。

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nRF Connect 連接到 Arduino 101 的階段。

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輸入時間后，101 將等待移動設備斷開連接。這樣做之后，它將等待當天或第二天早上 8 點。

到了早上 8 點，開發板將檢查閃存中是否保存了任何內容。如果沒有，那么它會按照前面描述的那樣進行 14 小時的收集過程，然后對數據進行分類并確定最佳時間，此時它會重復收集周期。如果存儲了某些內容，則該數據將用作小時常數，并且循環將照常進行。

在委員會給植物澆水期間，下雨或土壤水分過多（可選）會阻止植物澆水。然后它將跳過當天的澆水并等待下一天。

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植物澆水！

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該解決方案旨在通過采用自動設置來處理這一問題，從而使城市植物灌溉更簡單、更優化。它還通過使用一個水庫來保存雨水和現有的房屋供水，這使得雨水沒有直接流向植物。

希望這個項目能讓我們不斷變化的世界變得更美好！