城市花園監視器開源分享

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資料介紹

描述

Urban Garden Monitor 正在運行。

該設備允許對城市花園周圍的環境進行快速、安全和遠程分析。Urban Garden Monitor 由 WIZnet WIZ750SR 串口轉以太網模塊和 Arduino 101 提供支持，可讀取溫度、濕度和壓力數據，并使用集成神經網絡將它們分類到一個類別系統中。

該設備是使用一些相互交織的想法創建的：

WIZnet WIZ750SR串口轉以太網模塊

Urban Garden Monitor 上的 WIZ750SR。

WIZ750SR 是一個串行轉以太網模塊，允許任何帶有串行端口的設備連接到互聯網。該模塊使用 W7500P 處理器，該處理器結合了帶 128KB 閃存的 ARM Cortex-M0 和硬連線 TCP/IP 內核，可實現串行數據和以太網數據之間的無縫連接。在 Urban Garden Monitor 中，WIZ750SR 彌合了 Arduino 101 收集的環境數據與連接到與 WIZ750SR 相同路由器的任何設備上可訪問的 TCP 客戶端終端之間的差距。

Arduino 101 和模式匹配引擎神經網絡

Arduino 101 是一款獨特的開發板，可在 Arduino 外形中發揮英特爾 Curie 模塊的功能。具有實時操作系統、集成 BLE、六軸加速度計/陀螺儀模塊和 128 節點模式匹配引擎 (PME) 或人工神經網絡。Urban Garden Monitor 利用 RTOS 和 PME 將日常環境數據的優化特征提供到一個 30 類庫中，該庫會隨著設備學習此數據的不同分類而填滿，從而使用戶能夠可視化數據趨勢并根據需要調整他們的花園. Arduino 101 還帶有一個額外的硬件串行端口，這對 WIZ750SR 的操作至關重要，并充當兩個設備之間的鏈接。

BMP180 和 DHT22 環境傳感器

BMP180 是最左邊膠帶旁邊的銀色方塊，而 DHT22 是它旁邊的傳感器。

Urban Garden Monitor 上有兩個環境傳感器，BMP180 和 DHT22，用于收集數據以供 Arduino 101 和 PME 解釋。BMP180 是氣壓和溫度傳感器，使用 I2C 總線與設備通信，而 DHT22 是溫度和濕度傳感器，使用單個數字引腳與設備通信。這些傳感器一起提供 Arduino 101 可以解釋并發送給用戶的一系列信息。

如何建造

要構建此設備，請首先獲取隨附材料清單中的所有組件。請注意，您的計算機必須具有以太網端口。如果您的計算機上沒有 DB9 RS-232 端口，請獲取 USB 到 RS-232 DB9 適配器電纜。

1.配置WIZ750SR。當您將模塊作為 EVB 套件的一部分購買時，該模塊將附在評估板上。

將隨附的 DB9 RS-232 電纜插入 EVB 的 DB9 端口。
將隨附的 USB Micro 轉 USB A 電纜插入 EVB 的 Micro-USB 端口。
將隨附的以太網電纜插入 EVB 上 WIZ750SR 的以太網端口。
如有必要，將 USB 到 RS-232 DB9 適配器電纜的 DB9 端插入 DB9 RS-232 電纜，并將 USB 端插入計算機。否則，將 DB9 RS-232 電纜的 DB9 端直接插入計算機。如果您的計算機中尚不存在 USB 轉串口驅動程序，您可能需要為您的電纜下載該驅動程序。
將 USB Micro 轉 USB A 電纜的 USB A 端插入計算機。
將以太網電纜插入計算機。這將允許測試設備功能。
輕按電路板側面的電源開關。LED 將指示您的設備已通電。
使用此鏈接下載并打開 WIZnet-S2E-Tool-GUI：https ://github.com/Wiznet/WIZnet-S2E-Tool-GUI/releases/tag/v0.5.4
確保操作模式設置為“TCP 服務器”。如有必要，請使用上傳按鈕更新設備。

配置工具的注釋視圖。要查找您的設備，請點擊搜索并從表格中選擇您的設備。

從 EVB 上拔下以太網電纜，然后在家庭路由器和開發板之間插入您自己的以太網電纜。這將允許測試設備連接性。重新打開S2E-Tool軟件，檢查您設備的“本地IP”和“本地端口”。一旦你有了這些，你的設備就可以使用了。

2. 測試通過WIZ750SR傳輸數據。保持設備插入。

從此鏈接下載 SocketTest：https ://sourceforge.net/projects/sockettest/ 。這是一個 TCP 客戶端/服務器終端程序，可以測試以太網功能。
從arduino.cc的 Software->Downloads下載最新版本的 Arduino IDE 。
打開 Arduino 集成開發環境。轉到 Tools->Port 并選擇 EVB 的通信端口。如果有多個端口，請檢查計算機的設備列表以查看哪個屬于您的板。
轉到工具 - >串行監視器并打開監視器。將波特率更改為 115200 波特。
打開 SocketTest 并轉到客戶端選項卡。在各自的字段中輸入您的 EVB 的 IP 地址和端口號。點擊連接啟動終端。
如果一切設置正確，您應該能夠在 Arduino 終端中鍵入字符串并看到它們出現在 SocketTest 終端中，反之亦然。完成模塊測試后，關閉所有應用程序并拔下 EVB 的電纜。

3. 使用材料清單中包含的部件構建 Urban Garden Monitor。

從 EVB 上拔下 WIZ750SR。翻轉 WIZ750SR，使接頭朝上。
按照此電路圖組裝顯示器的電子元件。接線后將電工膠帶纏繞在面包板上，然后再將其放在 Arduino 101 的中心。緊緊纏繞膠帶以確保連接穩定，但要確保銀色 BMP180 單元中的孔暴露在外并朝上。

Urban Garden Monitor 的 Fritzing 電路圖。通向 12 針接頭的 4 根線是 F/F。

請注意，WIZ750SR 接頭由公針組成。使用 4 個 F/F 跳線，每個跳線的一端都有一個實心 M/M 跳線，以在 Arduino 101 上創建一個薄型連接。
將 WIZ750SR 放在迷你面包板的頂部并將所有東西粘在一起。將任何松動的跳線塞到 Arduino 101 的側袋中。確保 WIZ750SR 上的三個 LED 仍然可見，并且可以訪問重置按鈕以及以太網和 USB 端口。
將 Arduino 101 連接到 Arduino 支架以確保對電路板的保護。

最終產品。結果可能因磁帶選擇而異。

4. 將 Urban Garden Monitor 代碼上傳到 Arduino 101。

將包含的代碼下載到您的計算機并在 Arduino IDE 中打開它。文件中包含有用的注釋，以指導您理解。
轉到 Tools->Board->Boards Manager 并找到 Intel Curie Boards 核心。下載版本 2.0.2。
關閉集成開發環境。
將以下附加代碼庫下載到您的計算機：

英特爾模式匹配技術：https ://github.com/intel/Intel-Pattern-Matching-Technology

Adafruit DHT 濕度和溫度統一傳感器庫：https ://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Adafruit 統一 BMP085/BMP180 驅動程序：https ://github.com/adafruit/Adafruit_BMP085_Unified

打開計算機的文件系統并找到“Arduino”文件夾。如果文件夾不存在，請在其中創建一個名為“libraries”的文件夾。打開文件夾，將下載好的三個代碼庫粘貼到文件夾中。
重新打開 Arduino IDE 并使用 USB AB 電纜將 Urban Garden Monitor 的 USB 端口插入計算機。轉到 Tools->Port 并選擇 Arduino 101 的端口。然后轉到 Tools->Board 并向下滾動到 Intel Curie（32 位）開發板。選擇 Arduino/Genuino 101。
點擊上傳按鈕將代碼上傳到您的開發板。你準備好了！

設備設置

要運行該設備，首先將 Urban Garden Monitor 設置在您想要獲取環境讀數的區域。如果不是在您可能關注的一組特定植物旁邊，最好的位置是靠近，因為這將使您能夠獲得要監測的植物的最準確讀數。

插入設備的過程。

放置顯示器后，取一個 USB 壁式充電器并將 USB AB 數據線插入其中。將充電器插入墻上插座。將電纜的 B 端連接到顯示器所在的位置。準備就緒后，從路由器上取下以太網電纜并將其也連接到顯示器。將 USB 電纜插入 USB-B 端口，然后將以太網電纜插入以太網端口。您應該首先看到紅色 LED 燈亮起，然后在設備連接到互聯網后藍色 LED 燈亮起。

設備上的 LED 指示燈位于右上角。

顯示器連接好后，您就可以不用管它了。轉到您的計算機并打開 SocketTest 應用程序。輸入您之前為 EVB 記錄的 IP 地址和端口號，然后點擊連接。請注意，如果您在首次獲得 IP 地址和現在之間添加或斷開任何其他設備，IP 地址可能會發生變化。如果是這種情況，您可以檢查路由器的主頁以查看顯示器的當前 IP 地址。

準備好 SocketTest。

如果顯示器無法連接，請重試，因為可能需要一些時間才能完全連接到網絡。

設備操作和命令

連接后，您應該會看到此屏幕：

連接到 Monitor 后的 SocketTest 應用程序。

輸入任何內容并點擊發送或 Enter 鍵以激活監視器。然后系統會提示您提供當前時間。先輸入小時數，發送，然后輸入分鐘數并發送。如果你犯了錯誤，你可以點擊顯示器上的重置按鈕，然后重試。

輸入時間后的畫面。注意時間要輸入24H格式。

配置時間后，您應該會看到菜單提示。以下是您可以輸入的命令：

設備打印的命令列表。

LD：此命令使用中斷服務程序創建傳感器數據讀數的 2 秒間隔循環。在此期間，循環將優先于所有其他命令，因此請確保在此期間不要激活任何其他數據顯示命令，否則它們將被中斷。當您希望能夠遠程查看植物生長的環境時，建議使用此命令，以便您可以在條件發生變化時做出相應的響應。

內部熱量可能導致異常高溫。您可以減去補償以在代碼中提供幫助。

DL：此命令關閉 ISR 數據循環。
DD：此命令發送當前傳感器數據讀數的單個快照。
SS：此命令顯示前一天的平均數據和神經網絡分類。如果您在前一天的數據不存在時調用此命令，您將收到通知并且不會顯示任何數據。
ST：此命令顯示過去 30 天的數據分類。在一天被分類之前，它將顯示為類別 0。請注意類別 0 也將被設備進行的第一個分類使用。如果您愿意，可以通過從 1 開始數組索引并使其以 30 而不是 29 結束來修改它。
DC：此命令顯示每個保存的數字日數據分類代表的內容。如果尚未為類別分配特征，則所有字段的數據將顯示為零。

Display Characterizations 命令正在運行。由于尚未對數據進行分類，因此所有值為 0。

SC：此命令顯示命令列表，如果您需要它以供參考。

PME操作

在用戶操作本板的過程中，Pattern-Matching Engine會在后臺運行。每小時，設備都會記錄設備周圍的溫度、氣壓和濕度樣本。然后將此數據以數組形式保存到設備中。在記錄的 24 小時后，設備會取每個數據集的平均值，并創建過去 24 小時環境的三變量表示。然后將這些數據加載到 PME 中，PME 根據學習經驗對其進行分類。如果沒有 PME 找到匹配的先前分類，則數據將被賦予新的分類并保存到 PME 的內存中。否則，分配現有的分類。在這兩種情況下，當天分配的分類也會被保存。分類被放入一個 30 天的數組中，該數組動態適應以防止溢出，刪除最早保存的日期并將所有其他數據向上移動，從而允許記錄最新的分類。這允許用戶每天查看環境如何變化，從而允許他們調整他們的花園以適應潛在的數據增加或減少趨勢。

如果分類數量超過 30，則由于 PME 中的存儲空間數量有限，最舊的分類隨后將被刪除。