Slimme plantenmonitoring met Windows 10 IoT, Arduino Due en Raspberry Pi

Onderdelen en benodigdheden

Software en ontwikkelomgeving

• Microsoft Visual Studio 2015 (voor Windows 10 IoT app)
• Arduino IDE (voor Arduino Due firmware)

Over dit project

Projectinleiding

Dit project realiseert een plantenmonitoring- en bewateringssysteem. De hoofdtaken: servos en relais aansturen, bodemvochtdata verzamelen. Omdat de Raspberry Pi geen ingebouwde ADC heeft, gebruik ik een externe ADC (ADS1115) en een Arduino-gateway (Arduino Due) die wél ADC heeft. Voor PWM (servo-aansturing) probeerde ik drie methoden: software PWM, Arduino-gateway, en PWM-capable modules. Ik implementeerde de eerste twee.

De applicatie (Windows 10 IoT)

De app heeft twee modi:

• Automatisch: Detecteert of planten water nodig hebben. Bodemvocht wordt gecategoriseerd in 5 niveaus (1 = nat/groen, 5 = droog/rood). Een timer checkt periodiek: als categorie > drempelwaarde, wateren. Één servo kan ~180° draaien en dus 2 planten besproeien. Plant A&B worden samen gecheckt, C&D in de volgende cyclus.
• Handmatig: Directe bediening van servos en relais via GUI.

Componentdetails

Servo SG90 / MG996R

Servo's vragen hoge GPIO-kloksnelheid en veel stroom. De standaard Windows 10 IoT GPIO-provider (Lightning) had prestatieproblemen. Oplossing: externe 5V voeding voor de servo's (gemeenschappelijke ground, signaal blijft op Pi). Hierdoor werkt het betrouwbaar. Een betere Pi-voeding of software-optimalisatie kan ook helpen.

ADS1115 16-bit I2C ADC

De driver is nog in ontwikkeling (drempelregisters nog niet geïmplementeerd), maar functioneel voor basislezen. Verdient een eigen tutorial.

BMP180 I2C temperatuur/druksensor

Gebaseerd op bestaande driver, aangepast voor Lightning-provider compatibiliteit. Past bij weerstation/plantenmonitoring projecten.

Relais

Eenvoudige GPIO-aansturing, duidelijk uit de broncode.

Fotodiodeschema

LTC1050-versterkerschema met Osram BPW21 fotodiode (geoptimaliseerd voor daglicht). Nuttig voor lichtmeting in vergelijkbare projecten.

Arduino-gateway (Arduino Due)

Gekozen voor 3,3V I2C-bus (geen level shifter nodig). De code is simpel: I2C-slave die sensoren uitleest en commando's uitvoert. Alternatief: level shifter of extra I2C-bus op Arduino Mega 2560 (zonder pull-ups).

Bodemvochtsensoren

Goedkope Chinese versies met comparator-module (digitale uitgang).

Projectsamenvatting

Dit project geeft een basisidee voor geautomatiseerde plantenbewatering en demonstreert herbruikbare technieken:

• I2C-communicatie met Arduino-gateway
• ADC op Raspberry Pi via ADS1115
• PWM/servo-aansturing op Raspberry Pi

Toekomstige plannen

• Azure IoT Hub connectiviteit
• Mobiele app met Xamarin
• Bluetooth in plaats van I2C voor Arduino-communicatie

Code repositories

• Arduino Due code: GitHub
• Raspberry Pi (Windows 10 IoT) code: GitHub

Schema's

Schakelschema's voor het fotodiodeschema (uit LTC1050 datasheet) en de hoofdschakeling zijn beschikbaar in de projectbestanden.