教你轻松DIY 一款超全功能植物生长机

如今，在快节奏的生活中，忙碌占据了多数人的生活，大家能够放松下来走进自然、亲近自然的机会越来越少。即便有越来越多的人喜欢自己养一些绿植来丰富自己的生活，但实际精力有限，经常发生忘记浇水、忘记施肥，植物不易存活、存活期短等问题。

有没有一种“傻瓜式”农园，能“一键种植”？

植物生长机应运而生，据 Market Data Forecast 表明，亚马逊智能植物生长机平均月销量 1513，平均价格 $ 80.07，市场饱和度低，需求量较大。

但当前市面上大多数产品为非智能化植物生长机，其存在如下痛点：

1）功能单一，适用植物种类窄；

2）开发门槛高，对于普通开发者不友好；

3）不够智能化，人力维护成本高；

4）需要移植植物，操作麻烦。

针对以上一系列问题，涂鸦智能推出超全功能植物生长系统 Demo，在不额外破坏原有种植环境的情况下，可以根据需求做功能改造，改造成智慧种植大棚、智慧阳台种植系统、智慧桌面植物生长机等。

我们挑选了一款最为常见的植物生长机在其基础上进行改进，让其功能更加丰富智能。

下面开始我们的DIY吧~ （长文预警，干货满满，建议先收藏，再细品~）

一、概述

1、功能

通过查询资料，在不消耗太高成本情况下，我们可实现如下功能：

App 远程遥控、监测

光照监测

温湿度监测

土壤湿度监测

水箱水位监测

自动补光

自动加湿

自动加温

自动通风

水箱自动加水

自动浇水

亚克力温室罩（可选）

2、预期功能逻辑

二、硬件设计与选型

1、主控板选型改造

为实现涂鸦智能 App 远程控制，我们选用 WB3S 模组 作为主控。涂鸦三明治 Wi-Fi SoC 主控板（WB3S）是方便开发者快速实现各种智能硬件产品原型的一款开发板。由于板载 ADC 接口只有一个，在硬件上需要我们进行接口拓展，这里我们选用一颗 RS2255 开关芯片 实现我们的需求。

接线原理图

PCB 图

在涂鸦三明治 Wi-Fi SoC 主控板（WB3S）的基础上，我们保留原有的 ADC 接口，另外拓展了 A1、A2、A3 三个模拟接口。

模拟接口使用

根据原理图我们不难发现，如果我们需要读取 A1、A2、A3 三个模拟接口的话，程序上首先需要读取 ADC 的数值。ADC 具体与 A1、A2、A3 中哪个模拟接口接在一起，需要通过 PWM0、PWM1 两个管脚的高低电平控制 RS2255。具体模式如下

2、照度检测

照度监测我们选取一个 BH 1750 照度检测模块来实现。BH 1750 照度检测模块 搭载一个 BH1750FVI，是 I2C 总线接口的数字环境光传感器 IC。可以准确读取1-65535XL 的环境照度。

 

BH1750 接线原理图

I/O 口介绍:

VCC：3-5V 供电

GND：参考地

SCL：IIC_SCL

SDA：IIC_SDA

ADDR：地址线

3、温湿度监测

温湿度监测我们选用一个 SHT21 温湿度传感器。SHT21 具有完全标定、IIC 数字输出、低功耗、优异的长期稳定性等功能特点。（可用 HTU21D 替换）。

SHT21 温湿度传感器接线原理图

I/O 口介绍

VCC：3.3V 供电

GND：参考地

SCL：IIC_SCL

SDA：IIC_SDA

4、土壤湿度监测

土壤湿度监测使用土壤湿度模块，它是一个简易的水分传感器可用于检测土壤的水分，表面镀镍而不易生锈，延长使用寿命，感应面积宽提高导电性能。模块双输出模式，数字量输出简单，模拟量输出更精确。灵敏度可调（图中蓝色电位器调节阀值）。比较器采用 LM393 芯片，工作稳定，信号干净。

土壤湿度传感器接线原理图

I/O 口介绍

VCC：3.3-5V 供电

GND：参考地

D0：开关信号输出

A0：模拟信号输出

5、水箱水位监测

水箱水位监测使用一个水位传感器实现。其具有以下优势：水量到模拟量的转换、可塑性强、输出为基础模拟值、低功耗、灵敏度高、可以直接与微处理器或其他逻辑电路相连接，适合各种开发板和控制器。

水位传感器接线原理图

I/O 介绍

+：3-5V 供电

-：参考地

S：模拟量输出

6、补光

补光功能我们沿用普通植物生长机上的补光灯实现，这款补光由暖色、红色、红外、蓝色四种颜色的 2835LED 灯珠组成，共有 114 颗灯珠，暖光/红光/远红外/蓝光的灯珠数量比为 25:9:2:2 。

可以使用两路 PWM 进行控制，其中一路控制蓝光，另一路控制暖光、红光和远红外。有蔬菜和瓜果/花卉两种工作模式。

工作模式

蔬菜模式

灯板亮暖光、红光、远红外、蓝光四种色光，以下为灯板的光谱图和功率测试。

瓜果/花卉模式

灯板亮暖光、红光、远红外三种色光，以下为灯板的光谱图和功率测试。

I/O 口介绍

12V：12V 供电

PON：PWM 输入1

RON：PWM 输入2

GND：参考地

通过测试只有在另一路工作时蓝光才能调节，使用时需要注意。其他两路 PWM 的灯串替换此款灯板。

7、加湿

加湿功能采用一路继电器控制一个 5V 加湿模块实现。芯片设计工作频率为 108KHz。芯片预留了水位监测控制脚（8 脚），可实现枯水断电，以保护雾化片不会因为缺水而干烧。

加湿传感器接线原理图

I/O 口介绍

红线：5V

黑线：GND

8、加温

植物温度控制可以采用一路继电器控制一个 75W 远红外加热灯实现。具有热效率高、发热效果好、遇水防爆、导热散热强、潮湿环境可用等优点。根据需求可以添加散热风扇。

（可选）散热风扇

本教程沿用普通植物生长机的 DC 12V 0.18A 的风扇。通过一个 AC220V-DC12V 的变压器与加热灯并联，一同被继电器控制。

9、通风

通风功能通过一路继电器控制两个 6CM 12V 0.5A 大风量风扇实现。通风功能可以让温室的温湿度降低，并有助于植物的授粉，让环境与外界进行气体交换。

10、水箱加水功能

水箱加水功能，则是一路继电器控制一个 12V 水泵实现。可从其他水池或水井向水箱供水，也可根据具体情况把水泵换成12V 自来水阀来控制。

功率：24 W

流量：5L/min

进水压力：0.48 MPa

11、浇水功能

浇水功能通过一路继电器控制两个 12V 直流隔膜泵实现，把水箱里的水抽向植物土壤达到浇水的目的。

12、继电器

一般情况下，我们的控制器不能直接控制比其电压高的电路，那么要想控制其他供电网络上的设备，使用继电器无疑是一个不错的选择。

这里我们选用两个一路继电器和一个四路继电器，控制加湿、加温、水箱加水、通风、浇水功能。

一路继电器

四路继电器

继电器管脚

13、普通植物生长机选型

我们需要找一个结构比较合适的植物生长机进行改造。以下这款土培方式的植物生长机就比较合适，有双模式灯板和大容量的土盆，更易于改装。

拆机前功能

14、整机供电

整机有 AC220V、DC 12 V、DC 5V、DC 3.3V 四种供电网络。

AC 220V

AC 220V 我们直接接在 AC220V 50Hz 市电上。

DC 12 V

DC12V 主要是通过一个 S-120-12 开关电源接在市电 AC 220V 上获得。

12V 散热风扇因为需要与加热灯联动，与加热灯相同的逻辑启动，为了节省 IO 接口，我们通过一个220V 转 12V AC-DC 降压模块输出是 12V400mA 的隔离开关电源模块并联在加热灯的两端为散热风扇供电。

DC 5V

DC 5V 供电网络主要用于继电器供电、超声波加湿器供电另降为 3.3V 为控制板和所有传感器供电。

模块参数

1：工作电压：DC 9V--36V；

2：输出电压：5.2V/5A/25W

3：输出能力：

9~24V输入：输出5.2V/6A/30W

24~32V输入：输出5.2V/5A/25W

32~36V输入：输出5.2V/3.5A/18W

DC 3.3V

DC 3.3V：通过涂鸦三明治直流供电电源板获得，该电源开发板具有 DC 12V、DC 5V 两个输入接口。

在 DC 12V 输入时，两个 SY8012B 芯片同时工作可为其他开发板部件提供 DC 12V、DC 5V、DC 3.3V。

在 DC 5V 输入时，一个 SY8012B 工作，为其他开发板部件提供 DC 5V、DC 3.3V。

15、亚克力温室罩设计

亚克力罩 autoCAD 等常用单位建模软件进行设计，最后生成工厂可加工的文件。

需要注意以下设计点：

基础花盆尺寸

各元件的尺寸和位置规划

各元件需要的固定孔位

走线开孔

本教程设计了一款简单的亚克力温室罩，供您参考，您可以根据需求改进或者重新设计。点击【阅读原文】下载激光雕刻 2D 图纸 ZIP 文件。

三、整机搭建

1、整体物料准备

物料包含涂鸦三明治直流供电电源板、自制涂鸦三明治 Wi-Fi控制板、涂鸦 USB 转UART 串口等，您可以根据自己的需求做适当调整。

2、组装亚克力

找工厂按照事先画好的亚克力模型切割完外壳零件以后，按照图纸将外壳使用亚克力浇水组装起来。

3、接线示意图

4、安装元件安装和接线注意事项

在所有的物料准备好以后，我们就可以进行元件安装和接线了。您可以根据自己的个人喜好安装，安装时您需要注意以下几点：

各个具体位置放置

上通风口为进风口，下通风口为出风口

线材选择和长度截取

光照传感器位置放置

5、加湿器装置制作

加湿装置制作比较灵活，这里为您分享一个制作经验，您可以根据身边的材料自由发挥。

选择一个有内盖的瓶子

固定吸水棉

内盖钻孔，内盖孔径大小调整到可以固定吸水棒上端，在瓶内放置沙子或小石块固定吸水棒下段。

将水位感应线通过内盖孔插入瓶内

固定起雾装置

首先，将起雾装置按如图所示方式放置在吸水棒上。

然后将外盖固定上，注意不能压太紧，压太紧不能出雾。如果没有类似的瓶子可以用热熔胶固定。

6、成品展示

将所有元件安装好以后，再用绕线管整理线束。

四、智能植物生长机产品创建

完成整机搭建后，还需要在 IoT 平台上创建智能产品，创建产品后您才能获得相关嵌入式开发包，进行智能设备的 IoTOS 开发。该产品代表了智能设备在 IoT 平台上的功能映射、包含了相关授权信息、产品配置等，方便植物生长机与 IoT 平台的通信。本小节步骤介绍了您在平台上创建植物生长机的主要步骤，详细步骤请参考选品类创建产品。

进入 涂鸦智能 IoT 平台，点击 创建产品。

选择小家电 > 宠物 > 植物生长机。

选择自定义方案，输入产品名称，选择通讯协议为Wi-Fi+蓝牙，点击创建产品。

添加标准功能，选择“开关”、“水泵开关”、“当前温度”、“当前湿度”、“倒计时”、“倒计时剩余时间”、“故障告警”，功能点名称、枚举值等可自行编辑修改。

（可选）要实现所有的设备功能，还需要根据功能需求自行创建额外的 DP 功能点。点击添加功能按钮，编辑功能点名称、标识名，勾选数据类型和数据传输类型即可完成功能点创建。

添加最大温度、最小温度、最大湿度、最小湿度四个 DP 点，用于设置植物生长机的温湿度控制区间。

添加水箱水量，数值型只上报类 DP 点，用于上报水箱内水量的剩余情况。

添加灯光颜色，枚举型 DP 点，用于控制补光灯颜色。

添加自动补光，布尔型 DP 点，用于控制设备切换手动定时补光模式和自动补光模式。

设定完功能点后，下一步点击设备面板，选择 App 的面板样式。推荐选择开发调试面板，比较直观，且可以开到 dp 数据包的接收和发送，方便开发阶段调试使用。

至此，产品的创建基本完成，可以正式开始嵌入式软件部分的开发。

五、嵌入式开发

嵌入式代码基于 BK7231 平台,使用涂鸦通用 Wi-Fi SDK 进行 SOC 开发，具体环境可以拉取涂鸦 Git 库上的 Demo 例程或者直接下载已经包含了 SDK 环境的 Demo 例程。

Git 库地址：github.com/tuya/tuya-iotos-embeded-sdk-wifi-ble-bk7231t

本 Demo 完整源代码例程: 可点击 ：developer.tuya.com/cn/demo/smart-planter?_source=24c6e6d36d0b4e18201ecf4a10697dbb

六、Demo展示

完成开发调试后，一款包含自动手机 App 远程遥控和视频监测、监测温湿度、光照、土壤湿度、水箱水位、自动补光、加湿、加温、通风、水箱加水、浇水的智能植物生长机即完成制作。

至此，恭喜您完成了一款智能植物生长机的原型开发。基于涂鸦 IoT 平台，您可以更加方便的搭建更多智能产品原型，加速智能产品的开发流程。

编辑：jq