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





