轻松 DIY 一款现实版“开心农场”——超全功能植物生长机

智能物联研习社

如今，在快节奏的生活中，忙碌占据了多数人的生活，大家能够放松下来走进自然、亲近自然的机会越来越少。即便有越来越多的人喜欢自己养一些绿植来丰富自己的生活，但实际精力有限，经常发生忘记浇水、忘记施肥，植物不易存活、存活期短等问题。

有没有一种“傻瓜式”农园，能“一键种植”？

植物生长机应运而生，据 Market Data Forecast 表明，亚马逊智能植物生长机平均月销量 1513，平均价格 $ 80.07，市场饱和度低，需求量较大。

但当前市面上大多数产品为非智能化植物生长机，其存在如下痛点：

1）功能单一，适用植物种类窄；

2）开发门槛高，对于普通开发者不友好；

3）不够智能化，人力维护成本高；

4）需要移植植物，操作麻烦。

针对以上一系列问题，涂鸦智能推出超全功能植物生长系统 Demo，在不额外破坏原有种植环境的情况下，可以根据需求做功能改造，改造成智慧种植大棚、智慧阳台种植系统、智慧桌面植物生长机等。

我们挑选了一款最为常见的植物生长机在其基础上进行改进，让其功能更加丰富智能。

感兴趣的开发者可长按或扫描下方海报中的二维码，即可获取完整开发资料包， DIY 一款属于自己的植物生长机。

下面开始我们的DIY吧~ （长文预警，干货满满，建议先收藏，再细品~）

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一、概述

1、功能

通过查询资料，在不消耗太高成本情况下，我们可实现如下功能：

• App 远程遥控、监测
• 光照监测
• 温湿度监测
• 土壤湿度监测
• 水箱水位监测
• 自动补光
• 自动加湿
• 自动加温
• 自动通风
• 水箱自动加水
• 自动浇水
• 亚克力温室罩（可选）
  

2、预期功能逻辑

二、硬件设计与选型

1、主控板选型改造

为实现涂鸦智能 App 远程控制，我们选用 WB3S 模组 作为主控。涂鸦三明治 Wi-Fi SoC 主控板（WB3S）是方便开发者快速实现各种智能硬件产品原型的一款开发板。由于板载 ADC 接口只有一个，在硬件上需要我们进行接口拓展，这里我们选用一颗 RS2255 开关芯片 实现我们的需求。

接线原理图

PCB 图

在涂鸦三明治 Wi-Fi SoC 主控板（WB3S）的基础上，我们保留原有的 ADC 接口，另外拓展了 A1、A2、A3 三个模拟接口。

模拟接口使用

根据原理图我们不难发现，如果我们需要读取 A1、A2、A3 三个模拟接口的话，程序上首先需要读取 ADC 的数值。ADC 具体与 A1、A2、A3 中哪个模拟接口接在一起，需要通过 PWM0、PWM1 两个管脚的高低电平控制 RS2255。具体模式如下

2、照度检测

照度监测我们选取一个 BH 1750 照度检测模块来实现。BH 1750 照度检测模块 搭载一个 BH1750FVI，是 I2C 总线接口的数字环境光传感器 IC。可以准确读取1-65535XL 的环境照度。

BH1750 接线原理图

I/O 口介绍:

VCC：3-5V 供电

GND：参考地

SCL：IIC_SCL

SDA：IIC_SDA

ADDR：地址线

3、温湿度监测

温湿度监测我们选用一个 SHT21 温湿度传感器。SHT21 具有完全标定、IIC 数字输出、低功耗、优异的长期稳定性等功能特点。（可用 HTU21D 替换）。

SHT21 温湿度传感器接线原理图

I/O 口介绍

VCC：3.3V 供电

GND：参考地

SCL：IIC_SCL

SDA：IIC_SDA

4、土壤湿度监测

土壤湿度监测使用土壤湿度模块，它是一个简易的水分传感器可用于检测土壤的水分，表面镀镍而不易生锈，延长使用寿命，感应面积宽提高导电性能。模块双输出模式，数字量输出简单，模拟量输出更精确。灵敏度可调（图中蓝色电位器调节阀值）。比较器采用 LM393 芯片，工作稳定，信号干净。

土壤湿度传感器接线原理图

I/O 口介绍

VCC：3.3-5V 供电

GND：参考地

D0：开关信号输出

A0：模拟信号输出

5、水箱水位监测

水箱水位监测使用一个水位传感器实现。其具有以下优势：水量到模拟量的转换、可塑性强、输出为基础模拟值、低功耗、灵敏度高、可以直接与微处理器或其他逻辑电路相连接，适合各种开发板和控制器。

水位传感器接线原理图

I/O 介绍

+：3-5V 供电

-：参考地

S：模拟量输出

6、补光

补光功能我们沿用普通植物生长机上的补光灯实现，这款补光由暖色、红色、红外、蓝色四种颜色的 2835LED 灯珠组成，共有 114 颗灯珠，暖光/红光/远红外/蓝光的灯珠数量比为 25:9:2:2 。

可以使用两路 PWM 进行控制，其中一路控制蓝光，另一路控制暖光、红光和远红外。有蔬菜和瓜果/花卉两种工作模式。

工作模式

• 蔬菜模式
  

灯板亮暖光、红光、远红外、蓝光四种色光，以下为灯板的光谱图和功率测试。

• 瓜果/花卉模式
  

灯板亮暖光、红光、远红外三种色光，以下为灯板的光谱图和功率测试。

I/O 口介绍

12V：12V 供电

PON：PWM 输入1

RON：PWM 输入2

GND：参考地

通过测试只有在另一路工作时蓝光才能调节，使用时需要注意。其他两路 PWM 的灯串替换此款灯板。

7、加湿

加湿功能采用一路继电器控制一个 5V 加湿模块实现。芯片设计工作频率为 108KHz。芯片预留了水位监测控制脚（8 脚），可实现枯水断电，以保护雾化片不会因为缺水而干烧。

加湿传感器接线原理图

I/O 口介绍

红线：5V

黑线：GND

8、加温

植物温度控制可以采用一路继电器控制一个 75W 远红外加热灯实现。具有热效率高、发热效果好、遇水防爆、导热散热强、潮湿环境可用等优点。根据需求可以添加散热风扇。

（可选）散热风扇

本教程沿用普通植物生长机的 DC 12V 0.18A 的风扇。通过一个 AC220V-DC12V 的变压器与加热灯并联，一同被继电器控制。

9、通风

通风功能通过一路继电器控制两个 6CM 12V 0.5A 大风量风扇实现。通风功能可以让温室的温湿度降低，并有助于植物的授粉，让环境与外界进行气体交换。

10、水箱加水功能

水箱加水功能，则是一路继电器控制一个 12V 水泵实现。可从其他水池或水井向水箱供水，也可根据具体情况把水泵换成12V 自来水阀来控制。

功率：24 W

流量：5L/min

进水压力：0.48 MPa

11、浇水功能

浇水功能通过一路继电器控制两个 12V 直流隔膜泵实现，把水箱里的水抽向植物土壤达到浇水的目的。

12、继电器

一般情况下，我们的控制器不能直接控制比其电压高的电路，那么要想控制其他供电网络上的设备，使用继电器无疑是一个不错的选择。

这里我们选用两个一路继电器和一个四路继电器，控制加湿、加温、水箱加水、通风、浇水功能。

一路继电器

四路继电器

继电器管脚

13、普通植物生长机选型

我们需要找一个结构比较合适的植物生长机进行改造。以下这款土培方式的植物生长机就比较合适，有双模式灯板和大容量的土盆，更易于改装。

拆机前功能

14、整机供电

整机有 AC220V、DC 12 V、DC 5V、DC 3.3V 四种供电网络。

• AC 220V
  

AC 220V 我们直接接在 AC220V 50Hz 市电上。

• DC 12 V
  

DC12V 主要是通过一个 S-120-12 开关电源接在市电 AC 220V 上获得。

12V 散热风扇因为需要与加热灯联动，与加热灯相同的逻辑启动，为了节省 IO 接口，我们通过一个220V 转 12V AC-DC 降压模块输出是 12V400mA 的隔离开关电源模块并联在加热灯的两端为散热风扇供电。

• DC 5V
  

DC 5V 供电网络主要用于继电器供电、超声波加湿器供电另降为 3.3V 为控制板和所有传感器供电。

模块参数

1：工作电压：DC 9V--36V；

2：输出电压：5.2V/5A/25W

3：输出能力：

9~24V输入：输出5.2V/6A/30W

24~32V输入：输出5.2V/5A/25W

32~36V输入：输出5.2V/3.5A/18W

• DC 3.3V
  

DC 3.3V：通过涂鸦三明治直流供电电源板获得，该电源开发板具有 DC 12V、DC 5V 两个输入接口。

• 在 DC 12V 输入时，两个 SY8012B 芯片同时工作可为其他开发板部件提供 DC 12V、DC 5V、DC 3.3V。
• 在 DC 5V 输入时，一个 SY8012B 工作，为其他开发板部件提供 DC 5V、DC 3.3V。
  

15、亚克力温室罩设计

亚克力罩 autoCAD 等常用单位建模软件进行设计，最后生成工厂可加工的文件。

需要注意以下设计点：

• 基础花盆尺寸
• 各元件的尺寸和位置规划
• 各元件需要的固定孔位
• 走线开孔
  

本教程设计了一款简单的亚克力温室罩，供您参考，您可以根据需求改进或者重新设计。点击【阅读原文】下载激光雕刻 2D 图纸 ZIP 文件。

• 参考模型正面图：
  

• 参考模型背面图
  

三、整机搭建

1、整体物料准备

物料包含涂鸦三明治直流供电电源板、自制涂鸦三明治 Wi-Fi控制板、涂鸦 USB 转UART 串口等，您可以根据自己的需求做适当调整。

2、组装亚克力

找工厂按照事先画好的亚克力模型切割完外壳零件以后，按照图纸将外壳使用亚克力浇水组装起来。

3、接线示意图

4、安装元件安装和接线注意事项

在所有的物料准备好以后，我们就可以进行元件安装和接线了。您可以根据自己的个人喜好安装，安装时您需要注意以下几点：

• 各个具体位置放置
• 上通风口为进风口，下通风口为出风口
• 线材选择和长度截取
• 光照传感器位置放置
  

5、加湿器装置制作

加湿装置制作比较灵活，这里为您分享一个制作经验，您可以根据身边的材料自由发挥。

选择一个有内盖的瓶子

固定吸水棉

内盖钻孔，内盖孔径大小调整到可以固定吸水棒上端，在瓶内放置沙子或小石块固定吸水棒下段。

将水位感应线通过内盖孔插入瓶内

固定起雾装置

首先，将起雾装置按如图所示方式放置在吸水棒上。

然后将外盖固定上，注意不能压太紧，压太紧不能出雾。如果没有类似的瓶子可以用热熔胶固定。

6、成品展示

将所有元件安装好以后，再用绕线管整理线束。整体效果如下图：

四、智能植物生长机产品创建

完成整机搭建后，还需要在 IoT 平台上创建智能产品，创建产品后您才能获得相关嵌入式开发包，进行智能设备的 IoTOS 开发。该产品代表了智能设备在 IoT 平台上的功能映射、包含了相关授权信息、产品配置等，方便植物生长机与 IoT 平台的通信。本小节步骤介绍了您在平台上创建植物生长机的主要步骤，详细步骤请参考选品类创建产品。

• 进入 涂鸦智能 IoT 平台，点击 创建产品。
• 选择小家电 > 宠物 > 植物生长机。
  

• 选择自定义方案，输入产品名称，选择通讯协议为Wi-Fi+蓝牙，点击创建产品。
• 添加标准功能，选择“开关”、“水泵开关”、“当前温度”、“当前湿度”、“倒计时”、“倒计时剩余时间”、“故障告警”，功能点名称、枚举值等可自行编辑修改。
  

（可选）要实现所有的设备功能，还需要根据功能需求自行创建额外的 DP 功能点。点击添加功能按钮，编辑功能点名称、标识名，勾选数据类型和数据传输类型即可完成功能点创建。

• 添加最大温度、最小温度、最大湿度、最小湿度四个 DP 点，用于设置植物生长机的温湿度控制区间。
• 添加水箱水量，数值型只上报类 DP 点，用于上报水箱内水量的剩余情况。
• 添加灯光颜色，枚举型 DP 点，用于控制补光灯颜色。
• 添加自动补光，布尔型 DP 点，用于控制设备切换手动定时补光模式和自动补光模式。
  

设定完功能点后，下一步点击设备面板，选择 App 的面板样式。推荐选择开发调试面板，比较直观，且可以开到 dp 数据包的接收和发送，方便开发阶段调试使用。

至此，产品的创建基本完成，可以正式开始嵌入式软件部分的开发。

五、嵌入式开发

嵌入式代码基于 BK7231 平台,使用涂鸦通用 Wi-Fi SDK 进行 SOC 开发，具体环境可以拉取涂鸦 Git 库上的 Demo 例程或者直接下载已经包含了 SDK 环境的 Demo 例程。

Git 库地址：github.com/tuya/tuya-iotos-embeded-sdk-wifi-ble-bk7231t

本 Demo 完整源代码例程: 可点击 ：

auth.tuya.com/?from=https%3A%2F%2Fiot.tuya.com%2F&_source=db5b2e380bb88adaccc9fbc259587499

六、Demo展示

完成开发调试后，一款包含自动手机 App 远程遥控和视频监测、监测温湿度、光照、土壤湿度、水箱水位、自动补光、加湿、加温、通风、水箱加水、浇水的智能植物生长机即完成制作。

至此，恭喜您完成了一款智能植物生长机的原型开发。基于涂鸦 IoT 平台，您可以更加方便的搭建更多智能产品原型，加速智能产品的开发流程。