Умная теплица для трав с Alexa: автоматический полив и мониторинг

Компоненты и материалы

Компонент	Количество	Примечание
Amazon Alexa Echo Dot	1	Голосовое управление
Arduino Uno	1	Основной контроллер
ESP8266 ESP-01	1	WiFi-модуль
Arduino Proto Shield	1	Для прототипирования схемы
4-канальный релейный модуль	1	Управление насосами и лампой
Аквариумные насосы (12V)	2	Полив растений
Фито-лампа (220V)	1	Дополнительное освещение
Блок питания 220V DC	1	Для фито-лампы
Блок питания 12V DC	1	Для насосов
USB-зарядка + кабель	1	Питание Arduino
Воздушный шланг	1	Для подачи воды
Перемычки, провода	1 набор	Соединения
Датчики влаги почвы YL-69	4	По одному на горшок
Деревянный корпус (бук)	1	Самостоятельное изготовление

Приложения и сервисы

• Arduino IDE — прошивка
• Amazon Alexa Skills Kit — навык для голосового управления
• AWS Lambda — бэкенд навыка
• PHP-веб-сервер — API для связи Arduino ↔ Alexa
• ArduinoJson, StensTimer — библиотеки для Arduino

О проекте

Автоматизированная система для выращивания трав в горшках. Коробка из бука вмещает 3 супермаркетных горшка. Система мониторит влагу почвы, включает полив по расписанию или команде, управляет фито-лампой. Веб-интерфейс показывает графики влажности и настройки. Голосовое управление через Alexa: «Алекса, спроси травосбокс, как мои растения», «Алекса, скажи травосбокс полей базилик 5 секунд».

Шаг 1: Датчик влаги почвы

YL-69 подключается к GPIO (питание) и аналоговому входу. Питание датчика включается только во время измерения для предотвращения коррозии.

byte vccPin = 6; 
byte dataPin = A1;

int readHumidity() {
  digitalWrite(vccPin, HIGH);
  delay(500);
  int value = analogRead(dataPin);
  digitalWrite(vccPin, LOW);
  return 1023 - value; // Инвертируем: больше значение = влажнее
}

Шаг 2: Релейный модуль для насосов и лампы

Релейный шилд (4 реле) гальванически разделяет цепи: Arduino (5V), насосы (12V), лампа (220V). Важно: реле срабатывают по LOW-у. Чтобы выключить — переводим пин в INPUT + LOW.

byte pump1 = 11, pump2 = 10;

void deactivatePump(byte pin) {
  digitalWrite(pin, HIGH); // или pinMode(pin, INPUT)
}
void activatePump(byte pin) {
  pinMode(pin, OUTPUT);
  digitalWrite(pin, LOW);
}

Шаг 3: WiFi через ESP-01

ESP-01 подключается к 3.3V (VCC, CH_PD, GND) и к пинам 2 (TX), 3 (RX) Arduino через SoftwareSerial. Скорость снижена до 9600 бод для надежности. AT-команды для подключения к роутеру и HTTP-запросов к API.

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial espSerial(3, 2); // RX, TX

bool connectToWiFi() {
  // AT+RST, AT+CWMODE=1, AT+CWJAP="SSID","PASS"
}
bool httpRequest(String server, String site) {
  // AT+CIPSTART="TCP",server,80
  // AT+CIPSEND=length
  // GET ... HTTP/1.0
}

Шаг 4: Деревянный корпус

Размеры под 3 горшка. Вырезы для горшков — лобзиком по шаблону. Сборка на клее D3 (влагоустойкий). Датчики и шланги выведены наружу. Дно с поддоном для защиты электроники.

Шаг 5: Веб-API и настройки

Сайт на PHP + jQuery + Bootstrap + Chart.js. Настройки (пины, интервалы, пороги) хранятся в JSON. Arduino опрашивает API каждую минуту (StensTimer). Библиотека ArduinoJson парсит конфиг.

Шаг 6: Интеграция с Alexa

AWS Lambda получает запрос от Alexa, форвардит на PHP-API. API переводит интенты в команды для Arduino (полив, лампа, статус). Arduino опрашивает очередь действий каждую секунду.

Примеры интентов:

• ReadHumidityIntent — «Как мои растения?»
• IrrigatePlantIntent — «Полей базилик 5 секунд»
• SwitchIntent — «Включи лампу»
• ReadLastIrrigationIntent — «Когда полил базилик?»

Поддержка русского и английского языков.

Результат

Работающая система с голосовым управлением. Видео-демо на сайте автора. Планируемые улучшения: режим экономии энергии, внешние беспроводные датчики на Arduino Nano, мульти-пользовательский API, физические кнопки на корпусе.

Структура кода Arduino

• WhiteWalnut.ino — главный скетч, таймеры, инициализация
• Plant.h/cpp — класс растения: чтение влаги, отправка данных
• EcoActionBuffer.h/cpp — буфер команд от API (полив, лампа)
• WhiteWalnutApi.h/cpp — работа с ESP-01: WiFi, HTTP, JSON

Схема коммуникаций

Arduino ↔ SoftwareSerial ↔ ESP-01 ↔ WiFi ↔ PHP-API ↔ AWS Lambda ↔ Alexa

Данные: влага (периодически), команды (опрос каждую сек), настройки (опрос каждую мин).