构建一款智能灌溉系统：会根据土壤数据和植物种类自动为植物浇水

我想要打造一些实用的东西，而且是自己会实际使用的那种。我有个坏习惯，就是总是忘记给植物浇水，于是我就想做一个自动浇水系统，觉得这会是个绝佳的项目。我在网上找到的大多数 DIY 浇水系统只是检测土壤是否干燥，然后启动水泵，这种系统只是简单的阈值控制，既不了解是什么样的植物，也不考虑环境情况。

我想要做得更进一步。不同的植物对水分的需求间隔完全不同。仙人掌和热带植物的养护方式不能一概而论。我还希望这个系统能够根据土壤实际的干燥程度来做出反应，而不仅仅是判断是否超过了某个阈值，而是要考虑到超出阈值的程度，这样就能在植物真正处于极度缺水状态时更及时地为其浇水。

除了电子设备之外，我还设计了一个定制的 3D 打印外壳，将整个系统整合成一个独立的单元。该结构顶部设有花盆，内部嵌入了水箱，为面包板和 PocketBeagle 设定了一个封闭的隔间，并配有密封盖以保护电子设备。底部有一个专用的排水区域，以防止多余的水在电子设备周围积聚。所有部件都整合成一个整体，没有松散的电线或单独的盒子散落在周围。

其结果是一个系统，该系统能够识别所照料的植物种类，每两秒读取一次土壤湿度，监测温度和湿度以发出环境警报，跟踪蓄水池水位，并将所有信息显示在一块小的液晶显示屏上，同时还会显示下一次预定浇水的倒计时时间。该系统在通电时会自动启动，并且无需用户干预即可运行。

该系统通过一个 Adafruit Stemma 电容式传感器读取土壤湿度，通过一个 BME280 传感器读取温度和湿度，并通过一个模拟水位传感器读取蓄水池水位。它根据植物种类选择灌溉参数，为多肉植物、花卉、蔬菜、热带植物和仙人掌等提供了不同的配置方案。当土壤湿度低于植物设定阈值时，系统会自动启动水泵，并采用动态冷却机制，即如果土壤极度干燥，则每 15 分钟灌溉一次，而不是等待完整的灌溉周期。水分百分比、蓄水池水位和下一次灌溉计时会在一个 16x2 液晶显示屏上显示，显示屏上还会出现超出范围的温度、湿度、过度浇水和低蓄水池水位等警报信息。

使用说明

第 1 步.连接电平转换器。口袋贝格尔的模拟引脚最大电压为 1.8V，而水传感器输出电压为 3.3V。TXS0108E 电平转换器可实现两者之间的转换，并且还将 3.3V 的 GPIO 信号提升至 5V 以供 MOSFET 栅极使用。将 VA 连接到 P1.18，VB 连接到 P1.14，GND 连接到 P1.16，OE 连接到 P1.14，A1 连接到 P1.02，B1 连接到水传感器信号引脚，A2 连接到 P1.34，B2 通过 100 欧姆电阻连接到 MOSFET 栅极。

第 2 步.将 MOSFET 和泵线连接好。MTP3055VL TO-220 封装有三个引脚，从左至右依次为：栅极、漏极、源极。将栅极连接到 TXS0108E B2 上的 100 欧姆电阻器上。将源极连接到 P1.16 处的 GND(地)。将漏极连接到泵的负极线。在栅极和源极之间添加一个 10k 欧姆电阻。在泵的两端之间添加一个 1N4007 二极管，阴极连接到泵的正极，阳极连接到泵的负极。将泵的正极连接到 P1.24。

第 3 步。连接 I2C 传感器。这三款 I2C 设备共用 P1.26 作为 SDA 引脚，共用 P1.28 作为 SCL 引脚。对于 Stemma 土壤传感器，JST 电缆的颜色分别为：SCL 至 P1.28 为棕色，SDA 至 P1.26 为红色，VIN 至 P1.14 为橙色，GND 至 P1.16 为黄色。对于 BME280，将 VCC 连接到 P1.14，GND 连接到 P1.16，SDA 连接到 P1.26，SCL 连接到 P1.28，而 CSB 和 SDO 则不连接。对于 LCD，将 VCC 连接到 P1.14，GND 连接到 P1.16，SDA 连接到 P1.26，SCL 连接到 P1.28。

第 4 步：连接水传感器。将 VCC 端连接至 P1.14，GND 端连接至 P1.16，信号端连接至 TXS0108E 的 B1 端。

第 5 步：检查线路连接。使用 SSH 连接到 PocketBeagle 并运行以下命令：sudo i2cdetect -y -r 2 。您应该能看到三个地址：用于液晶显示屏的地址为 0x27，用于土壤传感器的地址为 0x36，用于 BME280 的地址为 0x76。如果缺少任何一个地址，请检查该设备的 SDA 和 SCL 是否未被错误地互换。

第 6 步：安装软件。在 PocketBeagle 上运行以下命令：sudo python3.11 -m pip install --no-index --find-links=/home/debian/packages smbus2 RPLCD。然后从源代码构建 Adafruit BBIO：cd /opt/source/adafruit-beaglebone-io-python 并执行 sudo python3.11 setup.py install。

第 7 步。复制并运行该代码。运行步骤如下：使用 scp 将 irrigation.py 文件传输至 192.168.7.2 服务器的 /var/lib/cloud9/python/ 目录下，然后通过 ssh 连接到该服务器，接着进入 /var/lib/cloud9/python 目录，最后使用 sudo 命令以 python3.11 的版本运行 irrigation.py 文件。

第 8 步：设置自动启动。运行“sudo nano /etc/systemd/system/irrigation.service”，并将来自 GitHub 说明文档中的服务文件粘贴到该文件中。然后运行“sudo systemctl daemon-reload”、“sudo systemctl enable irrigation.service”以及“sudo systemctl start irrigation.service”。

本文编译自hackster.io