Умная теплица IoT на Arduino и Azure: датчики, автополив и удалённый контроль

Компоненты и материалы

• Arduino UNO — 1 шт.
• Seeed Base Shield V2 — 1 шт.
• Grove Relay — 1 шт. (управление насосом)
• Grove Temperature Sensor — 1 шт.
• Helium Starter Kit (Legacy): Atom + Element + Arduino Breakout — 1 шт.
• Дополнительные Grove-датчики: влажность почвы, UV-свет, OLED-дисплей
• Перекачка воды: перостальный насос 12 В + внешний БП

Программное обеспечение и облачные сервисы

• Arduino IDE
• Helium Network Dashboard
• Microsoft Azure: IoT Hub, SQL Database, Functions (C#), App Service
• Visual Studio 2015+ (для Azure Functions)

Архитектура решения

Arduino + Helium Atom → (LoRaWAN) → Helium Element (Access Point) → Helium Hub → (MQTT/HTTPS) → Azure IoT Hub → Event Hub → Azure Function (C#) → Azure SQL. Обратный путь: HTTP-trigger Function → мобильное приложение / Alexa.

Вся инфраструктура — serverless, код только на Arduino и в Azure Functions.

Пошаговая настройка

1. Регистрация в Helium Network

• Добавьте Atom и Element в Helium Dashboard.
• Создайте канал «Azure IoT App».

2. Подключение датчиков к Arduino

Base Shield на UNO → Grove-модули: Temperature (I2C), Moisture (A0), UV Light (A1), Relay (D5), OLED (I2C). Helium Atom на Breakout → Serial1 (Hardware Serial).

3. Настройка Azure IoT Hub

1. Создайте IoT Hub (Standard/Free tier).
2. Shared Access Policies → RegistryReadWrite → Connection String (Primary Key).
3. Создайте устройство (Device ID).

4. Связь Helium Hub ↔ Azure IoT Hub

• В Helium Dashboard: Connections → New → вставьте Connection String IoT Hub.
• MQTT-топики генерируются автоматически.
• Проверка: helium channel send 1 "Hello Azure" → видно в IoT Hub Metrics.

5. Azure SQL Database

• Создайте БД (Basic tier).
• Таблица SmartPlant: Id, Temperature, Humidity, Moisture, UVLight, DateCreated.
• Скопируйте Connection String (ADO.NET).

6. Azure Function App (Event Hub Trigger → SQL Insert)

// C# Function: вставка телеметрии в SQL
public static async Task Run(string myIoTHubMessage, TraceWriter log) {
  var map = myIoTHubMessage.Split('&').Select(x => x.Split('='))
             .ToDictionary(x => x[0], x => x[1]);
  string Temp = map["Temperature"];
  string Hum = map["Humidity"];
  string Moist = map["Moisture"];
  string UV = map["UVLight"];

  var str = ConfigurationManager.ConnectionStrings["sqldb_connection"].ConnectionString;
  using (var conn = new SqlConnection(str)) {
    conn.Open();
    var sql = "INSERT INTO dbo.SmartPlant (Temperature, Humidity, Moisture, UVLight) VALUES (" +
              Temp + ", " + Hum + ", " + Moist + ", " + UV + ");";
    using (var cmd = new SqlCommand(sql, conn)) {
      var rows = await cmd.ExecuteNonQueryAsync();
      log.Info($"{rows} rows inserted");
    }
  }
}

7. Azure Function (HTTP Trigger → GET последних данных)

// C# Function: чтение последних 100 записей для мобильного приложения
public static async Task<HttpResponseMessage> Run(HttpRequestMessage req, TraceWriter log) {
  var str = ConfigurationManager.ConnectionStrings["sqldb_connection"].ConnectionString;
  using (var conn = new SqlConnection(str)) {
    conn.Open();
    var sql = "SELECT TOP 100 Temperature, Moisture, UVLight, Humidity FROM dbo.SmartPlant ORDER BY DateCreated DESC";
    using (var cmd = new SqlCommand(sql, conn)) {
      var reader = await cmd.ExecuteReaderAsync();
      // сериализация в JSON...
    }
  }
}

8. Arduino-скетч (основной цикл)

// Основные действия каждые 60 сек:
// 1. Чтение датчиков (усреднение 32 отсчёта)
// 2. Отправка строки "Moisture=X&UVLight=Y&Temperature=Z&Humidity=W" в Helium Channel
// 3. Отображение на OLED
// 4. Автополив: если Moisture < 100 → Relay ON 5 сек → OFF

Полный код доступен в репозитории: GitHub.

9. Мобильное приложение / UI

Простое Android-приложение опрашивает HTTP Function каждые 60 сек, показывает 4 параметра и кнопку ручного полива.

Дополнительно: Alexa Integration

Голосовое управление поливом и запрос состояния через Alexa Skill, связанный с HTTP Function.

Схема Helium → Azure