Arduino UNO 与 Raspberry Pi 打造智能自动化园艺系统

元件与物料

软件与在线服务

• Arduino IDE
• Raspberry Pi OS (Raspbian)
• Win32DiskImager (烧录镜像)
• PuTTY (SSH 远程登录)
• myDevices Cayenne (物联网仪表盘)

项目简介

这是作者第二代自动化花园，全面接入 Cayenne 平台，操作更简便；新增 Raspberry Pi 实现植物生长延时摄影。

Arduino 硬件接线

先将 Ethernet Shield 叠加在 Arduino 上。以下为各模块接线：

• 土壤湿度传感器： VCC→5V, GND→GND, 信号→A1
• 风扇 (经三极管驱动)： 基极经电阻接 D3，集电极接风扇负极，发射极接地；风扇正极接继电器常开触点中间脚；二极管并联在三极管集电极-发射极 (续流)。
• 水泵： 正极接继电器常开触点中间脚，负极接外部电源地。
• 光敏电阻 (可选)： 一端接 A0 并接下拉电阻到地，另一端接 5V。
• 补光灯： 正极接继电器，负极接外部电源地。
• 温湿度传感器 (DHT22)： VCC→3.3V, GND→GND, DATA→D8 (需库支持)。
• 水位传感器： VCC→5V, GND→GND, 信号→A2。

最终安装

实物使用 4 路继电器模块 (Fritzing 图中用两个 2 路代替)。单路 12V 电源供继电器负载侧，正负分线后各接三路设备 (灯、水泵、风扇)，因不同时工作，一路电源足矣。Arduino 侧：5V 供继电器模块逻辑侧，IN1→D2(灯)、IN2→D5(水泵)、IN4→D4(风扇)。

Cayenne 平台配置

1. 注册账号 cayenne.mydevices.com。
2. 确保 Ethernet Shield 接网线联网。
3. 上传 Arduino 代码 (含 Cayenne 认证 token 与 DHT22 虚拟引脚定义)。

关键代码片段：

#include "DHT.h"
#define CAYENNE_PRINT Serial
#include <CayenneMQTTEthernet.h> // W5100 专用
#define DHTPIN 8
#define DHTTYPE DHT22
#define VIRT_TEMP V1
#define VIRT_HUM V2
char token[] = "your_token";
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
unsigned long prev_DHT_refresh = 0, interval_DHT_refresh = 1000;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Cayenne.begin(token);
  dht.begin();
}
void loop() {
  Cayenne.run();
  getDhtValues();
}
void getDhtValues() {
  unsigned long now = millis();
  if (now - prev_DHT_refresh > interval_DHT_refresh) {
    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();
    if (!isnan(h) && !isnan(t)) {
      Cayenne.virtualWrite(VIRT_HUM, h);
      Cayenne.celsiusWrite(VIRT_TEMP, t);
    }
    prev_DHT_refresh = now;
  }
}

Cayenne 仪表盘添加设备

“Add Device → Custom Widget”：温湿度用虚拟引脚 (V1/V2)，其余传感器选对应模拟量引脚；执行器 (灯/风扇/水泵) 在 Actuators 中绑定继电器对应引脚。

事件与触发器 (自动化逻辑)

• 水泵： 土壤过干触发开启，湿度达标触发关闭 (两个触发器)。
• 水位报警： 数值过高 (缺水) 发送邮件告警。
• 定时事件： 早晚定时开关补光灯，两个时段开关风扇。

Raspberry Pi 搭建延时摄影

1. 烧录 Raspbian：Win32DiskImager 写入 SD 卡。
2. PuTTY SSH 连接：查路由器获取 Pi IP，登录 (pi/raspberry)。
3. 系统更新：sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade
4. 可选 VNC：sudo apt-get install tightvncserver && vncserver :1，电脑端 VNC Viewer 连 IP:1。
5. 安装 Cayenne Agent (可选远程管理)：wget ... && sudo bash ...
6. 启用摄像头：sudo raspi-config → Interfaces → Camera Enable。
7. 建立存储目录与脚本：

mkdir /home/pi/Desktop/timelapse
nano /home/pi/Desktop/timelapse.sh
# 内容:
SAVEDIR=/home/pi/Desktop/timelapse/
while [ true ]; do
  filename=-$(date -u +"%d%m%Y_%H%M-%S").jpg
  /opt/vc/bin/raspistill -o $SAVEDIR/$filename
  sleep 3600
done
chmod +x timelapse.sh

后台运行脚本即可每小时拍一张照，生成植物生长延时视频素材。

总结与避坑指南

教程虽长但步骤清晰：接线少、平台配置易上手。最终安装照片显示线材过长凌乱，后续会整理。延时摄影成果待植物成熟后发布。

避坑提示： Ethernet Shield 易报 “DHCP fail”，Arduino 论坛建议在板载两处焊接 100Ω 电阻 (原文幽默建议“焊在随机位置烦扰读者”，实为改善阻抗匹配)。

代码片段

Arduino 主程序 (含 Cayenne 与 DHT22)

#include "DHT.h"
#define CAYENNE_PRINT Serial
#include <CayenneMQTTEthernet.h>
#define DHTPIN 8
#define DHTTYPE DHT22
#define VIRT_TEMP V1
#define VIRT_HUM V2
char token[] = "your_token";
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
unsigned long prev_DHT_refresh = 0, interval_DHT_refresh = 1000;
void setup() { Serial.begin(9600); Cayenne.begin(token); dht.begin(); }
void loop() { Cayenne.run(); getDhtValues(); }
void getDhtValues() { ... }

Raspberry Pi 延时摄影 Shell 脚本

SAVEDIR=/home/pi/Desktop/timelapse/
while [ true ]; do
  filename=-$(date -u +"%d%m%Y_%H%M-%S").jpg
  /opt/vc/bin/raspistill -o $SAVEDIR/$filename
  sleep 3600
done