Arduino Mega 2560 驱动的开源植物生长箱控制器:固件与硬件全指南
核心硬件清单
- Arduino Mega 2560 Rev.3 ×1 — 丰富 GPIO、多串口、大 Flash/RAM
- Arduino Ethernet Shield 2 ×1 — 有线网络、Web 服务、SD 卡座
- DHT22 温湿度传感器 ×2(箱内/箱外)
- DS18B20 防水温度探头 ×2(盆土/地温)
- 4 路继电器扩展板 ×1 — 控制加热器、加湿器、补光灯、风扇
- Seeed Grove RTC 模块 ×1 — 掉电走时保配置
软件与平台
- Arduino IDE
- EmonCMS(能源/环境数据可视化平台)
系统功能模块
环境参数闭环控制
| 参数 | 下阈值动作 | 上阈值动作 |
|---|---|---|
| 箱内温度 | 启动加热器 | 关闭加热器 |
| 箱内湿度 | 启动加湿器 | 关闭加湿器 |
| 盆土温度 | 辅助判断加热(防烂根) | 强制关闭加热(保护根系) |
补光灯定时控制
- 可设定开灯/关灯时刻(时/分),如 06:30~22:30。
- 支持跨午夜时段设置。
风扇分时段运行策略
- 灯亮期间: 设定运行时长(分钟)与间隔(小时),排热防叶灼。
- 灯暗期间: 独立设定运行时长与间隔,维持气体交换。
网络与数据服务
- 静态 IP / DHCP 可选,Web 服务器提供配置页面、实时数据查看、CSV 日志下载。
- 定时向 EmonCMS 推送数据(间隔可配置),历史趋势随时查阅。
- 本地 SD 卡循环记录 CSV,掉电不丢失,支持远程下载。
采样与记录频率分离
- 采样周期(秒级): 控制回路高频采样,响应快。
- 记录/上传周期(分钟级): 降低存储与带宽压力,CSV 文件更精简。
PCB 扩展板设计
基于 Eagle 设计的 Mega 专用 Shield,集成:
- 以太网扩展板堆叠排针
- 4 路继电器驱动电路(光耦隔离)
- DHT22×2、DS18B20×2、RTC 接口(带分线器)
- 电源输入、状态指示 LED
原理图、PCB 文件、BOM 全部开源:GitHub 仓库
固件架构亮点
- 模块化任务调度(非阻塞
millis()定时器)。 - Web 配置界面采用轻量 HTML/JS,无需外部库。
- EmonCMS 上传采用 HTTP GET,兼容性强。
- 看门狗复位 + RTC 校时,长期无人值守稳定运行。
实测种植成果
连续三年用于育苗:辣椒、番茄、西葫芦、茄子、西瓜、甜瓜等。早春育苗缩短田间生长周期,6 月即可收获番茄。箱内环境稳定在设定值 ±0.5°C / ±3% RH。
规划路线图
- 引入 PID 加热控制 + 固态继电器(SSR),提升能效与温控精度。
- 增加 MQTT 接入 Home Assistant / ThingsBoard 等 IoT 平台。
- NTP 自动校时,省去手动设置 RTC。
- 灯熄前预热功能,减小昼夜温差冲击。
- 土壤湿度传感器 + 自动灌溉电磁阀。
开源协议
固件、硬件设计文件均采用 GPL v3 许可,欢迎二次开发与贡献。
制造工艺
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