帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
第十二屆盛群盃HOLTEK MCU創意大賽複賽報告-綠色養成專家
 

【作者: 莊詠傑、溫侑儒】   2018年11月02日 星期五

瀏覽人次:【243】
  


一、前言

從八千年前至今,地球的綠色面積銳減不少。原本森林覆蓋地球將近一半的陸地,現在只剩下陸地的7%。這造成的影響已經不只是單單植物生態的問題了,甚至影響到動物的生態:原本生長在原始樹林生態的動物逐漸死亡。


目前各國都已響應環保,開始積極重視這個環保議題《綠色和平訴求》,希望世界各地的居民也積極重視這個問題,因此,我們想到一個能夠居放在各個家庭中,或是替植物養殖業奉上一點心力。近來,許多智慧盆栽也有達到此類訴求,而我們則是將作品能夠更居家化甚至更方便讓養殖人去使用,能夠在響應環保下輕鬆的盡自己的一份心力。


作品本身結合物聯網(IoT)的應用能夠提供溫濕度的回覆在MCU上所連接e-Display的LCD面板上,更能靠使用者的手機去影響植物的環境光源的色彩;也能夠在環經溫度及濕度不足的情況下,控制水霧及密室升溫的效果,呈現完整的綠色養成專家型態。


其特色在於將手機及作品作成互動的效果,更能夠培養出使用者對植物的更多認知,或許我們生在這個資訊爆炸的年代,但想必一定還有許多人不知道周遭的植物它本身的名稱及它的生長環境是甚麼吧?所以透過這個作品也能夠讓使用者更能夠去了解為何要響應綠色?為何這些植物需要這麼多環境因素?進而讓大眾去認知更多此方面的議題。


作品本身能夠提供的數據以及硬體上的設計,能夠更便利、更趣味性的去培養溫室裡的植物,提升置放到更廣大民眾的生活周遭上,以達到全球綠化的一份心意。


二、工作原理

此作品的功能將是作為智慧盆栽之衍生,將溫度控制系統、水霧灑水系統、環境光源控制系統的交流電控制,以及系統感測器模組I/O控制皆由HT66F2390該MCU的I/O接腳座控制。圖1為工作流程圖,其中採用了計時模組的單脈衝輸出(Single Pulse Output)模式提供給感測模組起始訊號後,運用輸入捕捉(Input Capture)模式經負緣觸發抓取模組接收的值達成DHT-22溫溼度的量測;利用AD介面感測土壤濕度並將其讀取的訊號範圍分成紅(乾燥)、白(正常)、黃(濕潤)三種等級;啟用計時模組的PWM輸出模式控制RGB Led的色彩及亮度;最後運用MCU透過e-Display面板的並列傳輸以加快LCD的顯示。另外密室燈泡、水霧馬達將透過MCU的I/O與繼電器進行開關動作。



圖1 : 工作流程圖
圖1 : 工作流程圖

三、系統與測試方式

環境溫度控制系統

利用密室升溫的方式,將鎢絲燈置入鐵盒中,利用前端的風扇與後端的小洞及鐵盒內的熱氣形成空氣流動的熱循環,將熱氣順利送進溫室內。利用繼電器與MCU的I/O接腳控制鎢絲燈的110V交流電源是否開啟,並且將前端的風扇也進行I/O控制,需要熱循環或者散熱時可以控制啟動。



圖2 : 繼電器控制交流電電路圖
圖2 : 繼電器控制交流電電路圖

圖3 : 密室升溫與風扇實體測試圖
圖3 : 密室升溫與風扇實體測試圖

透過溫度感測後的數值以及判定是否是植物需要的環境來進行此控制系統的工作。



圖4 : 溫度控制系統流程圖
圖4 : 溫度控制系統流程圖

透過數據顯示,不同的溫度範圍對成長率也有所不同,在50℉~70℉間呈線性關係,表示大部分的植物在這個溫度區間是有相同的成長表現。因此,藉由密室溫度控制可以保持這個溫度區間,讓植物的生長環境保持最佳狀態。



圖5 : 溫度與相對成長率圖
圖5 : 溫度與相對成長率圖

土壤濕度控制系統

透過土壤檢測器可以觀測此時土壤濕度的程度,作品提供三種程度分別是紅色(乾燥)、綠色(正常)、黃色(過濕)三階段給使用者及程式判斷是否開啟水霧機制。



圖6 : 土壤檢測器測試圖
圖6 : 土壤檢測器測試圖

圖7 : 環境數據示意圖
圖7 : 環境數據示意圖

品將土壤檢測器與提供適當的土壤濕度數據來控制是否開啟灑水機制。



圖8 : 水霧控制系統
圖8 : 水霧控制系統

透過圖9可以將必要灌溉水量(Ie,mm)以簡單的公式估計:Ie=D(Vmax-Vmin)/100,讓水量不會阻害植物的生長



圖9 : 土壤水分利用檢測圖
圖9 : 土壤水分利用檢測圖

環境光彩控制

透過藍牙模組與色彩控制APP來控制環境光源,以R、G、B三個各別信號藉由MCU本身的I/O接腳來傳送信號給手機端的APP,再由手機端進行顏色濃度的控制。


圖10 : 5050-RGBLed白光測試圖
圖10 : 5050-RGBLed白光測試圖
圖11 : 5050-RGBLed藍光測試圖
圖11 : 5050-RGBLed藍光測試圖
圖12 : 5050-RGBLed綠光測試圖
圖12 : 5050-RGBLed綠光測試圖
圖13 : 5050-RGBLed紅光測試圖
圖13 : 5050-RGBLed紅光測試圖
表1:植物光譜波長表

400 ~ 520nm(藍)

此類波長可直接使植物根、莖部位發展,對於葉綠素與類胡蘿蔔素吸收比例最大,對光合作用影響最大。

520 ~ 610nm(綠)

綠色性植物排斥性推擠,綠色素的吸收率不高。

610 ~ 720nm(紅)

植物的葉綠素吸收率不高,唯此波長對於光合作用與植物生長速度有顯著影響。

720 ~ 1000nm

此波長泛屬紅外線波長,會直接刺激細胞延長,影響開花與種子發芽。

可以透過App與表一選擇目前作物適合的環境色彩及濃度(RGB各色彩)。


圖14 : 藍牙環境光控制系統
圖14 : 藍牙環境光控制系統

四、硬體架構

DHT-22溫/溼度感測器

環境溫/濕度皆由DHT-22感測器讀取數據回傳MCU內部。從下方的DHT-22感測器的Datasheet圖(圖4)可以了解此感測器經由負緣訊號約4.5ms的時間抓取完整的數值,接著我們利用HT66F2390本身的PTM脈波寬度調變-單脈衝輸出及輸入捕捉模式-負緣捕捉來將數值讀取傳送至e-Display的LCD上顯示。



圖15 : DHT-22感測器Datasheet圖
圖15 : DHT-22感測器Datasheet圖
圖16 : DHT-22溫室度感測器實體圖
圖16 : DHT-22溫室度感測器實體圖

土壤濕度檢測器

至於土壤乾燥與否,將透過土壤檢測器類比訊號傳送至MCU內部做AD轉換,再進行乾燥程度區分。


圖17 : 土壤濕度檢測器實體圖
圖17 : 土壤濕度檢測器實體圖

S108T02固態繼電器

由於SSR包含了突波吸收線路或零交越偵測器以減少由負載電流中斷所產生火花及暫態,所以使用固態繼電器當作開關。利用MCU內部的I/O控制水霧馬達、密室燈泡,以讓溫度控制系統以及水霧控制系統能夠完整運作。


圖18 : S108T02固態繼電器實體圖
圖18 : S108T02固態繼電器實體圖

藍牙模組與5050 RGBLed換彩燈條

RGBLed的環境顏色將用來幫助植物需要的色彩波長,讓植物能夠沉浸在可以幫助生長的顏色燈光下,成長得更好。透過藍牙模組的RX接腳傳送與MCU內的UART控制5050 Led的R、G、B個別亮度與亮滅。


圖19 : 藍牙模組實體圖
圖19 : 藍牙模組實體圖

五、參考文獻

參考光譜對植物的影響數據:


https://www.ledinside.com.tw/knowledge/20140513-29332.html


參考設施內的環境對作物的影響數據:


http://www.ecaa.ntu.edu.tw/weifang/Hort/chap02.htm#section2_1


參考灌溉計算方式:


http://www.ecaa.ntu.edu.tw/weifang/Hort/default.htm


DHT-22 DataSheet:


https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Temperature/DHT22.pdf


S108T02 Series:


https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Sharp%20PDFs/S108,208T02%20Series.pdf


藍牙模組:


http://swf.com.tw/?p=693


培訓大會上課講義 作者:鍾啟仁


相關文章
智慧科技於農業生產的應用
結合吹風機之多功能裝置
塵埃捕捉網
騎幻旅程
仿昆蟲多步伐快速行走六足機器人
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新品
Arduino Motor Shield
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
mbed
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
Arduino
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
  相關新聞
» 先行卻晚到 三陽電動機車與電動自行車終於推出
» 優必達與比特大陸簽署合作協議 共同開發AI雲端運算市場
» 京東1111購物調查:香港愛美食、臺灣關注生活
» 工研院高負載高續航商用無人機 獲CES 2019創新獎
» 隆達電子正式發表3D感測VCSEL封裝產品 整合相機模組及軟體
  相關產品
» 貿澤電子供貨可將耗電量減少到十分之一的Bosch BMA400三軸加速度計
» 微型高解析度CMOS影像感測器為一次性高效能內視鏡創造新發展潛能
» 安森美全新汽車智能功率模組 為車載充電(OBC)提供空間節省與節能的整合方案
» 意法半導體與Fidesmo合作開發支付系統晶片完整方案
» 安森美半導體推出全新電源模組 為太陽能和工業電源應用提供高能效與空間節省的方案
  相關資源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2018 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw