带有湿度传感器的 Win10 IOT 灌溉控制器
使用 Win10 IOT、RPi2 和 XBee，测量草坪土壤湿度，并根据需要自动运行灌溉。
背景
在过去的几年里，美国大部分地区都遭受了缺水或干旱的影响。房主可以做很多事情来减少家庭用水量，草坪灌溉就是其中之一。使用最常见的住宅灌溉控制器既不方便又令人沮丧。隐藏在车库中，这些控制器上复杂的刻度盘和晦涩的指令使得很难调整系统每天运行的时间。他们仍然不知道植物实际需要多少水。
我的项目旨在至少解决一部分问题，让灌溉控制器知道土壤有多湿，因此它知道是否运行以及何时停止。此外，我添加了基于 Web 的控制，因此我可以在后院或全国各地使用智能手机控制洒水喷头。
第 1 步：感知
首先，我们需要让土壤湿度传感器向 RPi2 发送数据。我们希望传感器位于草坪中或紧邻草坪，但 RPi2 必须位于安全的地方，并且靠近电源和以太网。传感器将与元件封闭在一起，由电池供电，并且需要能够从土壤湿度传感器读取数据。幸运的是，Digi International 的 XBee 系列芯片非常适合解决所有这三个条件。
为简单起见，我选择使用 XBee Pro – 系列 1 模块。虽然 Digi 拥有专有的通信层 DigiMesh 和 ZigBee 实现（这里有一个很好的总结表），但最简单和最直接的解决方案是使用基本的“802.15.4”实现。在这种配置中，每个无线传感器都直接与连接到 RPi2 的 XBee 芯片对话。每个单独的 XBee 传感器管理自己的睡眠-唤醒周期，从而显着延长电池寿命。 XBee 传感器具有 6 个内置的 10 位模数输入，非常适合连接我们的土壤湿度传感器。甚至还有足够多的额外输入，可以在以后收集温度或光线读数。
对于传感器的电源，我需要足够的容量，这样我就不必经常更换电池。通过计算 XBee 芯片在睡眠-唤醒周期中使用的功率，并使用标准电池容量，我能够微调传感器报告回家的频率，这样我每年只需要更换一次电池。理想情况下，未来的修订版将包含太阳能电池。
最后，我需要对 XBee 芯片进行编程。在能量预算电子表格右侧的“G”和“H”列中，是我使用 Digi X-CTU 软件更改的值。我可以使用连接到我的 PC 的 SparkFun 的 XBee Explorer USB 组件，而不必从 Digi 购买单独的开发人员套件。
第 2 步：对 Raspberry Pi 进行编程
对 Raspberry Pi 进行编程的最大挑战是连接 XBee 模块。 XBee 只通过串行通信，而 RPi2 没有可访问的内置串行功能。我决定使用 Sparkfun XBee Explorer USB 模块。使用的板载芯片由 FTDI 制造，没有 Win10 IOT Core 的本机驱动程序。但是，按照 Jark 在他的 GitHub 存储库上提供的说明，我能够与 XBee 模块进行通信。
根据 XBee 文档，传感器将定期向 RPi 发送传感器数据，该数据作为 API 帧接收。有许多不同的库用于处理 XBee API 帧数据，但我决定推出自己的库，以避免任何许可问题。
解析读数后，数据将发送到托管在 Azure 中的云服务。然后云服务可以确定是否打开该值，并在给定区域内运行喷水器。
第 3 步：传感器日志、灌溉控制的云服务
对于云服务，我决定使用在 Windows Azure Web 应用程序中运行的 ServiceStack。 ServiceStack 是一个面向 Web 的框架，它是带有实体框架的 ASP.Net 的替代品。它有额外的组件来支持 Redis、C# 客户端，并且它拥有双重商业/AGPL 许可证，以及用于业余项目的慷慨免费配额。通过使用 Azure，我们可以利用大量其他资源，例如 Redis 后端、SQL 数据库、服务总线，以及在必要时进行扩展的大量机会。
作为一个实验/爱好项目，我的网站非常小，但说明了方法。它旨在提供一个功能示例，可以对其进行扩展以适应未来黑客的需求。
- 使用 ServiceStack 的 ServerEvents 打开 Server-Sent Events 链接，有效地允许 RPi2 和服务器之间进行双向通信。这与使用 SignalR 类似，但比使用 SignalR 更简单、更不可靠。
- RPi 在接收到传感器数据时将其发送到云端
- 服务器告诉灌溉控制器打开或关闭喷水阀。
这种方法的强大之处在于服务器可以执行复杂的调度或逻辑，例如查看天气预报，或遵守当地法令（例如偶数/奇数日浇水）。它还允许从单个基于 Web 的界面进行远程管理或管理许多不同的位置。缺点是除非互联网连接正常，否则洒水器不会运行。
第 4 步：未来
该项目主要是一个概念验证，因此未来的黑客可以在此基础上进行构建并根据自己的需求进行定制。有很多事情可以做，以使其成为一个更完善的项目：
- 添加更强大的网络前端
- 添加对温度传感器的支持
- 实施安全性
- 添加灌溉计划
- 下载灌溉计划，以防互联网停机
- 添加物理控件，例如 LCD 和按钮
资料来源：Win10 IOT 灌溉控制器，带湿度传感器
制造工艺