智能花盆:集成Seeed Studio 16位ADC技術(shù)

今天小編帶來是來自美國的創(chuàng)客Shebin Jose Jacob的項目：智能花盆，使用了Seeed Studio 16-Bit ADC，溫度，濕度，光敏傳感器。借助這些智能硬件，得以將普通植物轉(zhuǎn)變?yōu)榭苫拥闹参飳櫸?，并根?jù)環(huán)境變化展示各種情緒！

背景故事

Fytó是一款智能花盆，可以輕松讓你的植物變成“寵物”。它內(nèi)置傳感器，能夠監(jiān)測從光照到土壤濕度的多項數(shù)據(jù)，并通過觸發(fā)六種不同的“情緒”向你傳達植物的狀態(tài)。這些情緒會顯示在花盆正面的屏幕上。

只需將植物放入Fytó，它就會開始和你“對話”！

植物寵物和它的情緒

Fytó擁有三種基本感知能力：

1.土壤濕度

2.溫度

3.光照強度

Fytó根據(jù)植物的健康狀況，顯示六種表情：

口渴（Thirsty）

當土壤濕度過低時，F(xiàn)ytó會顯示“口渴”，表示植物需要水分。

炎熱（Hot）

當Fytó感覺炎熱時，它會顯示“炎熱”表情，提醒植物溫度過高。

寒冷（Freeze）

當溫度過低時，F(xiàn)ytó顯示“寒冷”，表示植物需要溫暖。

疲倦（Sleepy）

當光照強度過低時，F(xiàn)ytó會顯示“疲倦”，表示植物光照不足，需要更多陽光。

滿足（Savory）

當植物喝到水時，F(xiàn)ytó會顯示“滿足”，表示植物感到非常開心，就像吃到了美味的食物。

開心（Happy）

當所有條件都完美時，F(xiàn)ytó會顯示“開心”，表示植物健康、快樂。

材料清單

硬件

Waveshare 2寸LCD模塊 x1

模擬土壤濕度傳感器（適用于Arduino） x1

模擬LM35溫度傳感器（適用于Arduino）x1

LDR模塊（光敏電阻模塊）x1

Pi Zero 2W x1

4通道16位ADC轉(zhuǎn)換器（型號：ADS1115）x1

5V 2.5A開關(guān)電源適配器 x1

Micro USB面包板5V電源模塊 x1

硅膠測試導線 x1

軟件

樹莓派Raspbian

PI ZERO 2W（大腦）

使用樹莓派Zero 2W作為這個花盆的控制器。樹莓派有多個不同的版本，包括PI3、PI4、Zero和Zero 2W。選擇使用Zero 2W的原因主要有以下幾點：

1.尺寸小巧：與其他版本的樹莓派相比，Zero 2W的體積更小，更適合空間有限的應用，便于集成到花盆中。

2.性能更強：盡管其體積小，但Zero 2W配備了更強的處理器和更高的計算能力，能夠更好地處理傳感器數(shù)據(jù)和控制花盆的其他功能。

因此，Zero 2W在性能和尺寸上的平衡使它成為控制花盆的理想選擇。

樹莓派Zero 2W的核心是一顆1GHz的BCM2710A1芯片，搭載64位ARM Cortex-A53 CPU，并配備512MB的RAM。坦白說，這款樹莓派比原版樹莓派快了大約四倍，而且其價格僅為當前樹莓派3的一個小部分。因此，Zero 2W完全能夠輕松處理屏幕上的GIF播放任務。

其強大的性能和低成本，使其在性能要求較高但預算有限的項目中，成為一個非常理想的選擇。

帶ADC的傳感器

本項目使用的傳感器包括：

1.電容式土壤濕度傳感器

2.該傳感器用于檢測土壤的濕度。與其他類型的電阻式濕度傳感器不同，它采用電容式感應來測量土壤濕度。這種設(shè)計的優(yōu)勢在于它能夠防止腐蝕，因為它使用了耐腐蝕材料，因此具有較長的使用壽命。LM35溫度傳感器

3.該傳感器用于測量環(huán)境溫度，您也可以根據(jù)需求使用任何其他類型的溫度傳感器。LDR模塊（光敏電阻模塊）

用于檢測光的強度。在本項目中，使用了內(nèi)置SMD電阻的LDR模塊。如果您使用裸光敏電阻（LDR），請記得為其添加拉下或拉上電阻。

問題與解決方案

主要問題在于樹莓派無法直接從這些模擬傳感器中采樣數(shù)據(jù)。為了解決這個問題，模擬傳感器可以通過兩種方式與樹莓派進行連接：

1.使用外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。

2.使用微控制器來采樣模擬傳感器的數(shù)據(jù)，并通過串行接口將所有采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綐漭伞?/p>

ADS1115 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）：
它是一款具有高精度的16位ADC，能夠精確地將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而使樹莓派能夠讀取和處理傳感器的數(shù)據(jù)。

240×320，通用2寸IPS LCD顯示模塊：

IPS顯示屏具有更高的對比度、更廣的視角、更優(yōu)秀的色彩還原和圖像質(zhì)量等優(yōu)點,，并且價格非常實惠。

測試和校準

校準對于確保測量準確性非常重要。由于樹莓派Zero 2W沒有引腳接口，所有傳感器和LCD模塊通過跳線和面包板連接到樹莓派4，這樣可以更方便地進行測試和校準。

在樹莓派中編寫了一段Python代碼，用于確定土壤濕度傳感器和光敏電阻模塊的最大值和最小值。

這些代碼可根據(jù)傳感器數(shù)值在顯示屏上顯示表情符號。本項目中共使用了6種表情符號。

3D打印

開始設(shè)計花盆，并使用Autodesk Fusion 360完成設(shè)計工作。

花盆的結(jié)構(gòu)主要分為三部分：外殼、底座和容器。容器用于放置植物，如果植物需要更大的空間，可以適當增加容器的尺寸。

設(shè)計時特意沒有為組件固定設(shè)計螺絲孔，因為小直徑螺絲在市場上較難找到。如果需要使用螺絲，可以參考附帶的STEP文件。打印時選用了PLA材料，并設(shè)置了10%的填充密度。

布線

根據(jù)電路圖開始焊接各個組件。第一張圖展示了傳感器與樹莓派的連接方式，第二張圖則展示了顯示屏與樹莓派的連接方式。

首先將 LM35 溫度傳感器焊接到一個小型洞洞板上，方便固定在外殼上。接著將 LDR 模塊的引腳剪短以便安裝。然后使用 30 AWG 的硅膠線從每個組件引出連接線。

供電部分采用了一個微型 USB 模塊，并使用了一個 5V 2A 的電源適配器。如果有規(guī)格相同的手機充電器，也可以直接使用，無需額外購買。

小貼士：焊接時建議將烙鐵溫度調(diào)節(jié)到 300-350 攝氏度之間，效果更佳。

組裝過程

開始逐步組裝各個組件。首先將 LCD 模塊安裝到前端位置。隨后使用激光切割制作了一塊 2 毫米厚的透明亞克力板，放置在顯示屏前方，用于遮蓋 LCD 模塊與外殼之間的深度差距。

接著將光敏電阻模塊和溫度傳感器分別固定在兩側(cè)，確保兩個傳感器都能夠外露以便正常工作。最后，通過強力雙面膠將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）和 Raspberry Pi Zero 2W 固定在指定位置。

連接好 USB 模塊與 Raspberry Pi 后，接著將底座與外殼粘合在一起。然后，將土壤濕度傳感器插入到已經(jīng)放置植物的容器中，并完成剩余的連接。最后，將容器放入外殼內(nèi)部，完成組裝。

最終成果

只需為 Fytó 接通電源，它便會開始與您進行互動。

Fytó 是您室內(nèi)花園中植物的完美伴侶，賦予了每一盆植物生命。憑借其生動活潑的個性，它不僅能夠?qū)崟r反饋植物的健康狀況，還能與您互動，成為您園藝生活中的貼心伙伴。