设计一个基于土壤传感器的开源树木保护系统

每年都有数百万株幼苗死亡——并非因病害，而是因为在前两个夏天灌溉不均所致。市政灌溉成本高昂且难以扩展。志愿浇水项目在栽种日结束后便失去动力。

解决方案

TreeGuard 是一种小型、廉价的太阳能设备，可缠绕在幼树周围。它通过电容式土壤湿度传感器监测根区的湿度。当土壤湿度低于特定物种设定的阈值时：

•红色慢脉冲：树缺水了——请浇约1升水

•绿色呼吸：仅需浇水，无需再用(约2小时后自动关闭)

•琥珀色双闪烁：电池电量低或传感器故障，需要维护

18小时的水位锁定功能可防止多人全天协助时浇水过多。LED灯在夜间自动关闭，以避免光污染和对野生动物的干扰。

硬件

该设备使用ESP32-C3超级迷你版(带WiFi/BLE功能的连接版本)或ATtiny1614(离线MVP，仅支持LED)。电源来自5V太阳能板、TP4056充电控制器以及一个重复使用的18650锂离子电池。

框架采用PETG材料3D打印而成(非PLA材质，因为PLA在户外易失效)。其设计为三角形六段式结构，通过地面固定，因此不会与树干直接接触。安全的T型螺钉设计可有效防止人为破坏。

关键设计决策

•电容式传感器，而非电阻式——户外使用时，电阻探头几周内就会腐蚀

•PETG线材，而非PLA——PLA在紫外线和低温下会降解;PETG可耐受户外环境

•太阳能+可重复使用的18650电池——无需更换电池，与电子废弃物回收商合作

•18小时水位锁定功能——当多人全天协助时，可防止浇水过量

•安全型Torx紧固件——无价之宝，可有效防止随意破坏

•地钉固定，绝非树干安装——框架保护树木，同时不阻碍其生长

两种固件版本

•TreeGuard Mini — ATtiny1614，离线运行，仅使用LED，成本最低且复杂度最低

•TreeGuard Net — ESP32-C3，WiFi/BLE，OTA固件更新，数据记录至PWA

当前状况及我们所需

完整的设计——包括固件、原理图、物料清单(BOM)、3D模型和文档——均已准备就绪且开源。我们目前处于原型设计阶段，正在寻找贡献者来参与：

•制造PCB并组装第一台实体设备

•在户外打印并测试PETG框架

•在真实幼苗上部署并收集数据

•审查固件和硬件设计

•为本地树木贡献物种特异性湿度预设

这是一个真正的开源项目(CERN-OHL-S v2 硬件，MIT 软件，CC BY-SA 文档)，并非课堂作业。其目标是实现大规模的社区部署式树木保护。

组件

•ESP32-C3 超小型(或 ATtiny1614)

•电容式土壤湿度传感器 v2.0

•5V 0.5-1W 太阳能板(环氧树脂封装)

•TP4056 + 保护板(HW-107)

•18650锂离子电池(可重复使用)

本文编译自hackster.io