ARDUINO植物澆水套件解析

2021年1月樹莓派（Raspberry Pi, RPi）官方發表了獨家微控制器芯片RP2040，并運用該芯片制成Raspberry Pi Pico開發板，同時也允許其他板卡業者運用該芯片推出自有的開發板，因此Arduino官方就用RP2040推出了Arduino Nano RP2040 Connect開發板，建議售價30.6美元。
時隔2年，Arduino官方以Arduino Nano RP2040 Connect開發板為基礎，搭配相關傳感器與配件，構成了植物澆水套件（Arduino Plant Watering Kit），建議售價53美元，到底澆水套件內容為何？以下將對此觀察。

 
圖一 : Arduino Plant Watering Kit（白盒內的主控板、玻璃杯中的幫浦、盆栽中的水份傳感器）（圖片來源：Arduino官網）

關鍵物為水份傳感器
套件中除了主控板Arduino Nano RP2040 Connect外，最重要的是一個水份傳感器（moisture sensor），將該傳感器插入植物盆栽的土壤中，可以量測土壤中的水份，從而決定是否要進行澆水。
其次，套件中有一個幫浦（submersible pump），然后有一個1公尺長的塑料管，只要準備個裝水的水箱，把幫浦沉入水箱中，塑料管一端接上幫浦，另一端放在盆栽土壤上，就可以實現澆水系統。
當然，1公尺可能太長，套件購買者可以依據自己實際需要將其剪短。此外，幫浦是用5V電壓驅動的，主控板是透過繼電器（relay）模塊來驅動幫浦動作。套件中的其他配件則為按鈕、燈號、連接線、連接器、轉接器等。

 
圖二 : Arduino Plant Kit控制電路圖（圖片來源：Arduino官網）

附帶一提的是，整組套件不含供電系統，必須自己想辦法弄一個5V供電系統，例如透過插頭與電壓器或是電池來供電。套件也不含外殼，但是Arduino官方已經設計好外殼，需要的人可以去下載外殼的設計檔（.stl），然后自己用3D列印制做外殼。

 
圖三 : 下載與打印三個3D打印設計檔就能實現套件的外殼（圖片來源：Printables官網）

套件外殼的設計檔案下載位置：https://www.printables.com/model/379111-plant-watering-kit-parts

云端實時監控
歸結上述，整個控制運作為：偵測土壤水份→水份過少→驅動幫浦→注水到盆栽內→持續偵測水份→水份足夠停止注水。但套件功能不止于此，傳感器偵測到的水份數據是可以上傳到云端的，亦即Arduino官方的Arduino IoT Cloud，然后可以用計算機瀏覽器上網觀看上傳的數據，或者也可以在手機上安裝App（即Arduino IoT Cloud Remote），透過App觀看數據。Arduino IoT Cloud云端服務少量使用不需付費，大量使用才需要付費。


 
圖四 : 透過Arduino IoT Cloud Remote手機App可以隨時檢視土壤水份、水份時間變化并設定澆水秒樹、實時開啟關閉幫浦（圖片來源：Arduino官網）

范例程序與更多點子
除了硬件套件外，其實Arduino官網也已經提供了控制的范例程序，約130多行，其中主要有三個變量：水份（整數）、澆水（布爾值）、澆水時間（整數，單位為秒）。
要提醒的是，套件目前尚未有自動偵測、自動澆水的自動能力，畢竟因應不同的植物有不同的參數要調整，需要使用者自行嘗試、測試一段時間，所以目前只有透過按鈕或Web/App等來操控幫浦，同時自己觀看水份變化而決定是否停止澆水，等更確定后再自己寫成自動偵測與動作的循環控制。
另外，Arduino官方把上述更廣義稱為智慧花園（Smart Garden），澆水只是第一步，Arduino官方也提案其他想法等待眾多創客去實現，例如加濕度計并搭配噴霧控制、溫度計并搭配風扇控制，以及運用紫外線偵測來記錄日照程度等，最終打造出完整良善的自動種植生長環境。
最后筆者也提醒一下，控制水份僅為種植的第一步，且除了溫度、濕度、日照外也還有其他變量條件要掌握，例如通風性、蟲害、菌害、肥害等，有一套控制系統自是好事，但仍要重視相關實務。
（本文由VMAKER授權轉載）