Умная система автополива для городских растений на Arduino 101

Компоненты и материалы

Компонент	Количество	Примечание
Arduino 101 (Intel Curie)	1	С встроенным BLE, RTC и нейронной сетью PME
Датчик влаги почвы (аналоговый)	2	Опционально
Датчик дождя	1	С цифровым выходом
Датчик температуры TMP36	1	Аналоговый выход
Сервопривод 180°	1	Для управления клапаном резервуара
LCD 16x2 (HD44780)	1	С I2C или параллельным интерфейсом
Потенциометр 10 кОм	1	Регулировка контраста LCD
Резистор 330 Ом	1	Для подсветки LCD
Резервуар для воды (пластиковая канистра/бутылка)	1	Например, от молока, 2-3 литра
Гибкая трубка (внутр. диаметр 4-6 мм)	1	~30 см
Моделирующая глина / термоклей	1	Для герметизации
Пластиковый стержень (жёсткий)	1	Опора для трубки
Коробка для монтажа (пластиковая)	1	Крепление электроники
Перемычки, паяльник, инструменты	—	По необходимости

Инструменты

• Ножницы
• Крестовая отвёртка
• Электроизоляционная лента и обычный скотч
• Дрель с бором 2.5 мм и нарез M3 (для корпуса)

Программное обеспечение

• Arduino IDE 1.8.x или новее
• Ядро Curie Core 2.0.2+
• Библиотека CuriePME (Pattern Matching Engine)
• Приложение nRF Connect (iOS/Android) для настройки времени через BLE

Принцип работы

Система автоматизирует полив растений в городских условиях, используя гравитационный резервуар и интеллектуальный алгоритм определения оптимального времени полива на основе температуры.

Гравитационная подача воды

Резервуар (канистра) установлен на возвышенности. В дне отверстие с трубкой, которую перекрывает рычаг сервопривода. В обычном положении серво держит трубку согнутой (закрыто). При поливе серво поворачивается на 135°, трубка выпрямляется — вода течёт под действием гравитации и гидростатического давления. После полива серво возвращается.

Резервуар также собирает дождевую воду через отверстие в верхушке, дополняя запас.

Определение оптимального времени полива (Curie PME)

Оптимальная температура для полива — около 25°C. Arduino 101 каждые 2 минуты с 8:00 до 21:00 (14 часов) делает 30 замеров температуры в час (TMP36). Первое измерение отбрасывается, остальные 29 усредняются. Полученное среднее значение (маппится в 0-255) обучается в нейронной сети Curie PME (128 нейронов) под категорией, соответствующей часу (8-21).

После сбора данных за день PME классифицирует вектор «25°C» среди изученных категорий. Найденная категория (час) становится временем полива на следующий день. Данные сохраняются во флеш-памяти Curie для сохранения при потере питания.

Если классификация не удалась (нет совпадения), используются месячные константы пиковой температуры (например, 12:00 зимой, 16:00 летом).

Настройка времени через BLE

При первом включении устройство ждёт подключения через nRF Connect. Пользователь последовательно отправляет 4 байта в HEX: часы, минуты, день, месяц (плюс байт подтверждения). После отключения устройство ждёт 8:00 для начала обучения.

Учёт дождя и влаги почвы

Полив пропускается, если датчик дождя срабатывает (HIGH) или влага почвы выше порога (опционально).

Сборка устройства

1. Схема на макетной плате — см. Fritzing-диаграмму. Датчики дождя и серво могут требовать удлинённых проводов.
2. Питание — либо 2×4 АА NiMH в коробках с выключателями (склеены скотчем, крепятся под плату), либо USB.
3. Резервуар: отрежьте верх канистры, сделайте отверстие в дне под трубку, загерметизируйте глиной. Закрепите серво у дна, соедините рычаг с трубкой и стержнем.
4. Установка: закрепите канистру на возвышенности, поставьте растение под трубку, вставьте датчики в почву, датчик дождя — рядом.
5. Корпус: поместите электронику в коробку, вырежьте отверстия для USB и проводов датчиков.

Программный код (основные фрагменты)

Полный скетч DigitalClockAlarmV7.ino доступен в прикреплённых файлах. Основные моменты:

• Используются библиотеки: CuriePME.h, CurieBLE.h, CurieTime.h, SerialFlash.h, LiquidCrystal.h, Servo.h, dht.h.
• В setup(): инициализация BLE-сервиса с характеристикой для приёма времени, чтение EEPROM (будильник, дата рождения, стиль дисплея), проверка флеш-памяти на наличие сохранённой модели PME.
• Если модели нет — запускается 14-часовой цикл обучения (8:00-21:00) с усреднением температуры каждый час и обучением PME. Затем модель сохраняется во флеш.
• В loop(): каждую итерацию классифицируется вектор 25°C. Если найдено совпадение — час полива = категории. Иначе — месячная константа. Затем PME очищается (forget()) и цикл обучения повторяется заново.
• Полив происходит в найденный час, если нет дождя и почва сухая. Серво поворачивается на 135° на 7 секунд.
• Данные температуры/влажности обновляются каждые 6 секунд (DHT21 опционально).

Особенности и доработки

• Система полностью автономна после первичной настройки времени.
• Энергонезависимая память сохраняет модель PME и настройки.
• Можно добавить солнечную панель и Li-Ion для полной автономности.
• Код модулен: легко добавить новые датчики (например, освещённость) или изменить логику полива.

Схемы и 3D-модели

• Fritzing-схема: rainpoweredsmartirrigationsystem_OHtd4bVfb3.fzz
• STL-файлы корпуса: stl_files_ZuDXHCHZCl.zip
• Eagle-файлы PCB: eagle_files_ZN59zdeNf5.zip