Earth Analyzer：面向精准农业的多模态物联网环境监测巡检车

项目定位

针对农田/温室环境监测与移动巡检需求，设计一款集成 土壤湿度、温度、光照、气体 多参数采集、差速驱动底盘、双模通信 (WiFi + nRF24L01)、太阳能供电 与 云端告警 (Telegram/Twilio/Mailgun) 于一体的自主巡检机器人。三大模块解耦设计，支持手动遥控/自主巡航/定点监测多模式。

系统架构三模块

模块 1：主控采集与执行单元 (Bolt WiFi + Arduino UNO)

传感器阵列：
- DFRobot 电容式土壤湿度（模拟，A0）
- LM35 温度传感器（模拟，A1）
- 光敏电阻/VEML7700 光照（模拟/I2C）
- MQ-135 气体传感器（模拟，A2）
执行机构：
- 2× 12V DC 减速电机 + L298N 双 H 桥驱动（差速转向）
- SG90 舵机云台（搭载摄像头/传感器）
通信：Bolt WiFi 模块（云端直连）+ nRF24L01（短程遥控）
电源：DFRobot 12V 铅酸电池太阳能充电管理模块（MPPT），12V/7Ah 胶体电池

模块 2：nRF24L01 短程遥控链路

用于视距内 (<100m) 手柄遥控，规避 WiFi 延迟/盲区。双 nRF24L01 (SPI, CE/CSN=7/8) 组成透传链路：

发射端（手柄）：Arduino Nano + 2× 摇杆 (X/Y 各 10kΩ) → 打包 4 通道 ADC 值 → nRF 发射
接收端（车载）：Arduino UNO + nRF → 解包 → 映射为电机 PWM + 舵机角度

模块 3：云端告警与语音交互 (Python + Integromat + IFTTT)

Bolt Cloud API 定时拉取传感器数据
Python 脚本 (Replit/云服务器) 判断阈值 → 调用 Telegram Bot API / Twilio SMS / Mailgun 发送告警
Integromat (Make) 场景：Google Assistant 语音触发 → HTTP Webhook → Bolt Cloud 读取实时值 → 格式化 → Mailgun 邮件 / Twilio 短信回复

核心固件代码

1. nRF24L01 发射端 (手柄 Nano)


#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>

RF24 radio(7, 8); // CE, CSN
const byte addr[6] = "00001";

int xKey = A1, yKey = A0, pKey = A3, qKey = A2; // 两摇杆 4 通道
int xVal, yVal, pVal, qVal;
int packet; // 编码后指令码

void setup() {
  radio.begin();
  radio.openWritingPipe(addr);
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
  radio.setChannel(87);
  radio.setDataRate(RF24_250KBPS);
  radio.stopListening();
  Serial.begin(9600);
  pinMode(xKey, INPUT); pinMode(yKey, INPUT);
  pinMode(pKey, INPUT); pinMode(qKey, INPUT);
}

void loop() {
  xVal = analogRead(xKey); yVal = analogRead(yKey);
  pVal = analogRead(pKey); qVal = analogRead(qKey);
  
  // 中位 ~512，死区 400-600
  if (pVal>400 && pVal<600 && qVal>400 && qVal<600) { // 左摇杆中位，解析右摇杆=底盘运动
    if (xVal>400 && xVal<600 && yVal>400 && yVal<600) packet = 100; // 停止
    else if (xVal>400 && xVal<600 && yVal<400) packet = 200;       // 前进
    else if (xVal>400 && xVal<600 && yVal>600) packet = 300;       // 后退
    else if (yVal>400 && yVal<600 && xVal<400) packet = 400;       // 左转
    else if (yVal>400 && yVal<600 && xVal>600) packet = 500;       // 右转
    radio.write(&packet, sizeof(packet));
    delay(100);
  }
  else if (pVal<400 || pVal>600) { // 左摇杆动作 = 云台控制
    if (pVal<400) packet = 600; // 舵机归中
    else packet = 700;          // 舵机极限
    radio.write(&packet, sizeof(packet));
    delay(100);
  }
}

2. nRF24L01 接收端 (车载 UNO)


#include <SPI.h> #include <nRF24L01.h> #include <RF24.h> #include <Servo.h>
RF24 radio(7, 8); const byte addr[6] = "00001";
Servo servo; int servoPin = 9;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  radio.begin(); radio.openReadingPipe(0, addr);
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN); radio.setChannel(87);
  radio.setDataRate(RF24_250KBPS); radio.startListening();
  servo.attach(servoPin);
  pinMode(3,OUTPUT); pinMode(4,OUTPUT); pinMode(5,OUTPUT); pinMode(6,OUTPUT); // L298N IN1-IN4
}

void loop() {
  if (radio.available()) {
    int cmd; radio.read(&cmd, sizeof(cmd));
    switch (cmd) {
      case 100: stopMotors(); break;
      case 200: forward(); break;
      case 300: backward(); break;
      case 400: turnLeft(); break;
      case 500: turnRight(); break;
      case 600: servo.write(90); break;
      case 700: servo.write(180); break;
    }
  } else {
    Serial.println("Link lost"); stopMotors(); // 失联保护
  }
}

void forward()    { digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(3,LOW); }
void backward()   { digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(3,HIGH); }
void turnLeft()   { digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(3,LOW); }
void turnRight()  { digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(3,HIGH); }
void stopMotors() { digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(3,LOW); }

3. 云端告警 Python 脚本 (main.py)


import requests, json, time
from boltiot import Bolt
import conf  # 含 bolt_api_key, device_id, telegram_bot_id, telegram_chat_id, threshold

mybolt = Bolt(conf.bolt_api_key, conf.device_id)

def get_sensor(pin):
    try:
        resp = mybolt.digitalRead(pin)
        data = json.loads(resp)
        if data['success'] != 1: return -999
        return int(data['value'])
    except Exception as e:
        print("Sensor read error:", e)
        return -999

def send_telegram(msg):
    url = f"https://api.telegram.org/{conf.telegram_bot_id}/sendMessage"
    payload = {"chat_id": conf.telegram_chat_id, "text": msg}
    try:
        r = requests.get(url, params=payload)
        return json.loads(r.text)['ok']
    except Exception as e:
        print("Telegram error:", e)
        return False

while True:
    val = get_sensor("4")  # 土壤湿度数字引脚
    print("Soil:", val)
    if val == -999: time.sleep(10); continue
    if val >= conf.threshold:  # 阈值触发
        send_telegram(f"⚠️ 土壤湿度超标: {val}%")
    time.sleep(100)


# conf.py
bolt_api_key = "XXXX"
device_id = "BOLTXXXX"
telegram_chat_id = "@your_channel"
telegram_bot_id = "botXXXXXXXXXX:AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA"
threshold = 700  # 根据校准调整

Telegram Bot 与 Channel 搭建全流程

安装 Telegram，注册账号
搜索 @BotFather → /newbot → 设定名称/用户名 → 获得 bot
左滑菜单 → New Channel → 公开 → 设定永久链接 (如 soil_alert_farm1) → 保存链接名
Channel 信息 → Administrators → Add Admin → 搜索 Bot 用户名 → 勾选 Post Messages 权限
获取 chat_id：转发 Channel 任意消息给 @userinfobot，回复含 chat_id (如 -1001234567890)

语音交互链路 (Google Assistant → IFTTT → Integromat → Bolt → 短信/邮件)

Integromat 新建 Scenario：IFTTT Webhook (触发) → HTTP Request (GET Bolt API) → Router → Mailgun (邮件) / Twilio (短信)
HTTP Request URL：https://cloud.boltiot.com/remote/<API_KEY>/analogRead?pin=A0&deviceName=BOLTXXXX
Mailgun 内容模板：提取 JSON 中 value 字段 → substring(11,14) 取数值 → 除以 10.24 得 °C → 填入邮件正文
开启 Scheduling → Run immediately
IFTTT 新 Applet：Google Assistant “Say a simple phrase” (如 “send temperature”) → Webhooks “Make a web request” (POST Integromat Webhook URL)