簡介： 學習物聯網一段時間，做過若幹練習，但都是從練習角度出發。現在依據實際情況做了個實物，是以就有了這款智能花盆。實作根據土壤濕度進行澆水，以維持在合适水準。
主要功能：
1、收集環境資訊（土壤濕度，空氣溫濕度）上傳至阿裡物聯網平台。
2、當土壤濕度低于控制值下限時，自動澆水。
3、可以通過安卓應用，設定土壤濕度控制值範圍，以及手動澆水。
特點：
由于這次開發闆設計，加入藍牙子產品，以便配置終端的連網設定(WIFI)，比過往做的練習（固定WIFI資訊），更具産品性。
這個想法是從家裡的小米攝像頭應用學習過來的，由于智能花盆是用WIFI網絡聯網，是以使用藍牙子產品進行WIFI網絡配置（SSID，PWD），開發更友善。
設計背景
土壤濕度受【灌澆程度，空氣溫濕度，日照時長，植物生長活躍度】等影響。傳統滴灌系統，即使通過定時澆灌，也不一定能夠給予植物最合适的土壤濕度環境。
設計加入土壤濕度傳感器，以擷取準确濕度，進行定量水澆灌，以確定土壤保持合适濕度。
開發闆設計
1. 系統架構示意圖
2. 智能花盆連接配接圖
3. 資料指令流向圖
說明：初次使用時，[使用者]通過[安卓終端]運作應用程式，啟動[藍牙裝置]，與智能花盆的[藍牙子產品]，進行配對。配對成功後，便可通過藍牙通訊，向智能花盆發送WIFI的SSID以及PWD。
采購物料清單
| 名稱 | 圖檔 | 數量 | 單價 | 總價 | 描述 |
|---|---|---|---|---|---|
| nodeMCU | | 1 | 14 | 14 | 微處理器 |
| 人體紅外感應 | | 1 | 3 | 3 | 傳感器 |
| 藍牙子產品 | | 1 | 7 | 7 | 通信子產品 |
| 觸摸傳感子產品 | | 2 | 1 | 2 | 傳感器 |
| 空氣溫濕子產品 | | 1 | 4 | 4 | 傳感器 |
| 面包闆 | | 3 | 2 | 6 | |
| 杜邦線 | | N | -- | -- | |
| 0.96'OLED顯示屏 | | 1 | 11 | 11 | 輸出子產品 |
| 電容式土壤濕度子產品 | | 1 | 8 | 8 | 傳感器 |
| 直流潛水泵 | | 1 | 3 | 3 | 執行裝置 |
| 自制花灑 | | 1 | -- | -- | 自制.。。。 執行裝置 |
| 單相繼電器 | | 1 | 4 | 4 | 執行裝置 |
| 薄荷 | | 1 | 4 | 4 | 堅強的薄荷一盆 |
| 合計 | 72 |
物聯網平台
建立物模型
上圖說明：屬性中的 土壤濕度以及空氣溫濕控限，是浮點型[上限]與[下限]組成的結構體。實際開發中，僅用到土壤濕度下限，以觸發澆水。
服務說明：
澆水服務：響應平台進行澆水，主要用于手動澆水。
裝置參數設定：響應平台進行參數設定，主要用于設定終端運作參數[土壤濕度下限，澆水量]
上傳資料：響應平台，即時進行環境資訊上傳。
事件說明：
澆水事件：停用了，改用澆水時終端更新屬性[澆水記錄]，使用0，1區分手動與自動澆水。
代碼部分
代碼就不貼出來了，僅僅把需要引用的包以及注意事項的作個描述。
一、裝置終端開發
說明：使用ArduinoIDE 對nodeMCU 進行代碼編寫以及燒寫
引用包說明：均在庫管理器查詢即可
終端功能說明：
1、 藍牙通訊：
裝置與安卓應用APP比對，以及WIFI網絡配置
邏輯說明
● 先通過USB轉序列槽方法，對藍牙子產品進行初始化，比如
主從模式：主 波特率：9600
藍牙名稱：Smart_Pot 配對碼：8888
● 定義屬于自己一套的指令頭，指令關鍵字進行通信，以保障通信準确性，私密性。比如
指令頭：+SP：
指令關鍵字：ConnectIOT（連接配接終端）
SSID：（WIFI的 SSID内容頭） PWD：（WIFI的PWD内容頭）等等
● 連接配接成功後，終端會把燒錄好的三元組資訊向安卓終端發送并儲存，以確定應用與裝置之間 一對一的管理關系。
2、 WIFI聯網：
智能花盆通電啟動或重新開機後，自動聯網。
邏輯說明：
● 通過藍牙接收到的WIFI配網資訊（SSID，PWD）進行聯網，聯網成功後，ESP8266将自動保 存SSID以及PWD資訊，即使斷電亦不會丢失。
● 通過WIFI包提供的網絡狀态檢查指令，在WIFI斷網時進行重新連接配接，實作WIFI斷網重連。
3、 資料采集及上傳物聯網平台：空氣溫度，濕度，土壤濕度
每15分鐘，上傳資料至物聯網平台
邏輯說明：
● 空氣溫濕度直接改寫Arduino提供的示例即可。
● 土壤濕度傳感器，需要在純水以及空氣中進行一次濕度資料擷取濕度100%~0%的電壓範圍。
● 土壤濕度除了每15分鐘上傳一次外，在達到控制下限澆水時，馬上上傳一次，以擷取準确的下限觸發時間點。
4、 LED顯示屏：亮屏30秒後，自動關閉，作節能作用
當人靠近智能花盆時(1.5米左右)，經由[人體紅外傳感器]感應，自動點亮螢幕。
資訊顯示内容：
環境資訊：土壤濕度（%），空氣溫度（℃），空氣濕度（%）
裝置狀态：WIFI網絡狀态（WIFI_OK），資料送出狀态（POSTed）
5、 觸摸按鍵
按鍵A：點亮螢幕
按鍵B：手動上傳資料
6、 澆水
自動執行：
當檢測到的實時土壤濕度低于控制下限時，自動按定義澆水量進行澆水。
邏輯說明：
● 每次自動澆水至少相隔15分鐘。避免澆水後土壤濕度未及時提升，在下一次濕度下限判斷時，造成連續觸發澆水。
● 實質控制範圍是大于 0 少于等于控制下限，因為有時接觸不良的時候，會出現測量土壤濕度為0，造成誤澆水，影響運作。考慮實際運作時，不可能出現土壤濕度為 0 的情況，是以作這個邏輯判斷。
手動執行：
響應來自平台的澆水服務調用。
7、 運作參數維護
響應來自平台的屬性修改
土壤濕度控制下限 以及 澆水量
邏輯說明：
對屬性修改完成後，通過 nodeMCU 的 SPIFFS 進行數值儲存持久化。以 確定智能花盆在斷電重新開機後，或者斷網時，仍然能以最後配置的屬性運作。
二、背景開發
1、在阿裡租用一台ECS雲伺服器。
2、使用ASP.NET MVC3 開發一個背景，通過TCP/IP以處理安卓終端與阿裡物聯網平台資料互動
相關的開發指引，阿裡這邊相當詳細，不作過多描述。
三、安卓開發
功能說明：
1、藍牙配置WIFI
a) 通過安卓裝置藍牙子產品與智能花盆藍牙子產品比對
邏輯說明：大抵邏輯在上面裝置終端已經說明，僅作簡單描述了
安卓掃描周邊藍牙裝置，并篩選出指定裝置名的清單。通過應用配對碼連接配接完成後，儲存來自終端裝置的三元組資訊。憑此三元組資訊與平台互動，以通路及控制終端裝置。完成應用與終端比對的工作。
連接配接藍牙時，安卓預設是彈出框，讓使用者輸入配對碼。但是這個配對碼是用于保護終端裝置藍牙通路安全性，是以需要進行代碼隐藏彈出框，并自動配對碼發送。
儲存本地的三元組資訊，目前是以明文儲存，進一步開發時，應該是需要加密儲存。
b) 發送需要連接配接WIFI網絡的SSID以及PWD
邏輯說明：大抵邏輯在上面裝置終端已經說明，僅作簡單描述了
安卓應用對終端裝置的操作，必須按定義的指令頭及指令關鍵字進行。
目前發送SSID以及PWD，都是需要手動填寫，其實是可以自動發送SSID以及PWD的，但是我未能找到這方面的代碼。
2、智能花盆控制端
a) 運作狀态顯示：定時重新整理由花盆每15分鐘上傳到平台的運作資料
土壤濕度 空氣溫度 空氣濕度
b) 運作參數設定:
● 土壤濕度下限 機關：百分比
● 澆水量 機關：秒
c) 更新環境資訊
邏輯說明
由安卓終端通過背景執行物聯網平台接口，調用智能花盆服務，即時上傳運作資料到物聯網平台
d) 澆水
邏輯說明
邏輯上同，僅調用智能花盆不同服務實作手動即時澆水。
四、整體運作（所在地：廣州）
代碼部分其實好早已經完成開發，但是為了擷取穩定資料，花了很長很長時間調試
上圖說明：整月的運作情況已經逐漸趨向穩定，其實從12月開始，已經在試運作收集資料，但是遇到大坑，後續會提到，直到1月才有令我産生信心的資料。
上圖說明：放大1月下半月資料，已經趨向穩定，檢測土壤濕度達下限時（60%），自動澆水，能看到土壤濕度拉高的情況。而1-21資料出現異常資料，是由于家裡出現停電造成沒法自動澆水，進而超過監控土壤濕度下限。
運作參數：土壤濕度下限：60% 澆水量：4.5秒
上圖說明：澆水記錄（0：自動澆水，1：手動澆水）
上圖說明：空氣溫度與空氣濕度曆史資料
總結
遇到的大坑：
一、關于傳感器：
這是第一大坑，千萬别選購左圖這邊土壤濕度傳感器，我已經玩壞3-4個，基本上2天就腐蝕掉引腳的金屬塗層，由于這種傳感器的問題，白花了我1個月的時候找原因，都快到要放棄這次設計的地步了，最後才發現是傳感器問題。後更換新款的傳感器，目前約1月餘，傳感器尚算穩定使用。
二、關于與阿裡物聯網互動資料，在ArudinoIDE對nodeMCU進行代碼燒寫時，當需要進行互動時，會出現異常。
最終在demo版塊的前輩文章中找到方法，十分感謝。
https://dev.iot.aliyun.com/demo/detail/169050
附上前輩文章連結
具體修改内容
AliyunMqttArduino庫依賴于Crypto庫和PubSubClient庫，用于MQTT連接配接
修改了PubSubClient庫的MQTT最大包長為256和心跳頻率為60s
三、關于LED顯示屏
網上大多Arduino應用LED案例，大多引用U8glib.h 包，但是實際燒錄到nodeMCU的時候，會報錯，直到我改用U8g2lib.h 包。
四、關于藍牙子產品
由于藍牙子產品，占用nodeMCU的RX/TX引腳，是以在代碼燒寫時，先不要給藍牙子產品上電，否則會出現燒寫不上的情況。
不足之處：
一、傳感器取值目前為瞬間值，應該記錄若幹值，去除最高，最底，取平均值為妥。
二、目前開發闆，使用杜邦線連接配接傳感器，偶爾會接觸不良，後續應該焊到闆子上。
三、上圖儲水罐應該加個水位傳感器，有助提示進行加水。
四、由于本人對園藝并不熟悉，沒法真正掌握植物的合适土壤濕度範圍。後續能對安卓進一步開發，通過拍照上傳至智能服務平台（Bai度AI -- 植物識别）進行植株識别，傳回植物名稱，以及大資料提供光照時長，溫度濕度建議等等，更完善系統。
未能解決問題：
當通過筆記本USB口給nodeMCU供電的時候，通電即運作。但是通過插座供電時，總是需要按一次nodeMCU上的RST按鈕才運作，向大家請教這個問題。
總結：
從穩定的運作資料能看到，自動澆水的間隔并沒有絕對固定，可以對比當天的空氣溫濕度，反應植物的生長旺盛情況對土壤濕度的影響，亦展現智能花盆基于實際土壤濕度進行澆水的實際性。
過往已經做過NB-IoT的練習，有空會造一個Arduino + 移遠BC26的版本。
最後的最後，至2020-2-1，智能花盆運作2個月，未曾人工澆水，薄荷~還活着。
本人首次發文分享，不足不完善之處，萬請指出，感謝。