Smart Greenhouse Kit 智慧溫室套件|奧斯丁國際有限公司 OURSTEAM Internationl

Smart Greenhouse Kit 智慧溫室套件

介紹

micro:bit 智慧溫室套件是一款出色的植物生長模擬套件，專為國中小學生設計，旨在幫助年輕一代更深入地了解現代智慧種植的原理和實際應用。

智慧溫室套件使用 micro:bit 作為主控板，並以 IOT:bit 作為擴展板。植物種子被放置在溫室底部的植物生長槽中，並配有透明溫室罩以觀察植物的生長情況。光線感測器和土壤濕度感測器用來監測植物的生長環境。套件中的 8 顆彩虹 LED 燈環可根據環境的變化調節植物的光照，並且 3V 直流抽水馬達和繼電器則用於為植物灌溉。

學生通過圖形化編程平台，利用簡單的編程指令即可智能控制植物生長環境，並將植物生長環境數據即時傳輸到物聯網平台進行深入的數據分析，並分享其結果。

為了明天的綠色未來，讓我們的學生從今天開始，透過智慧溫室套件體驗智慧種植的魅力！

所需物件清單

micro:bit
IOT:bit
3V 繼電器
3V 直流抽水馬達
土壤濕度感測器
8 顆彩虹 LED 燈環
光線感測器
雙面膠
USB傳輸線
公母杜邦線
母對母杜邦線
一字螺絲起子
入門手冊
溫室模型 (底槽+透明罩)

一、套件組裝

1. 將 micro:bit 插入 IOT:bit 擴充板，並在 IOT:bit 擴充板背面貼上雙面膠帶後，將其固定在溫室模型底槽，如下圖：

2. 如下圖放置 3V 直流抽水馬達和3V 繼電器：

3. 將適量土壤倒入溫室底槽的植物生長池中並放置種子，將土壤濕度感測器插入土壤中。

4. 將 8 顆彩虹 LED 燈環連接到溫室模型透明罩的頂部。

5. 使用雙面膠帶將光線感測器黏在溫室模型透明罩的頂部，如下圖所示：

6. 將土壤濕度感測器的連接線、8 顆彩虹 LED 燈環的連接線、光線感測器的連接線、3V 直流抽水馬達的軟管穿過溫室透明罩上的孔，如下圖所示：

7. 將 3V 直流抽水馬達、3V 繼電器、土壤濕度感測器、光線感測器和 8 顆彩虹 LED 燈環連接到 IOT:bit 擴充板：

8 顆彩虹 LED 燈環 → IOT:bit 擴充板 P1 引腳
土壤濕度感測器 → IOT:bit 擴充板 P2 引腳
光線感測器 → IOT:bit 擴充板 P3 引腳
3V 直流抽水馬達 → IOT:bit 擴充板 P7 引腳
3V 繼電器 → IOT:bit 擴充板 P9 引腳

8. 將適量的水倒入溫室底部的水箱中。

9. 使用 USB 傳輸線將電源連接至 IOT:bit 擴充板，然後開啟電源開關。

二、範例程式下載

下載程式：microbit-smart-greenhouse-kit.hex

三、範例專案

現代植物栽培技術的進步，將人們從繁重的勞動中解放出來，那麼現代植物栽培採用了哪些技術呢？如何透過智慧管理更有效地種植植物？我們將學習智慧溫室的原理，並透過程式設計來取得植物生長環境相關資料。

準備好使用智慧溫室套件探索現代植物栽培技術的世界了嗎？現在，讓我們一起踏上這段有趣的學習之旅吧！

案例01 測量植物生長環境的溫濕度

教學目標

學生將使用智慧溫室套件學習如何編寫程式來測量植物生長環境的溫度和土壤濕度值並將其顯示在 micro:bit 的 LED 顯示面板上。

程式設計

1. 在 Makecode 編程介面中，點擊「Extensions (擴展)」。

2. 在搜尋欄中輸入「 iot-environment-kit 」，點擊搜索，在搜尋結果中選擇「 iot-environment-kit 」。

3. 新增成功後，在程式積木欄中可以看到「ESP8266_IoT、OLED、RTC1307、Octopus 」。

4. 程式範例

程式範例連結：https: //makecode.microbit.org/_ipbEHbbjtfiT

預期效果

按下按鈕A，micro:bit LED顯示器顯示溫度和濕度。

拓展知識

智慧溫室：智慧溫室是利用現代科學技術手段，透過自動化控制系統對溫室內環境進行監控、調節和管理的設施。它利用各種感測器和模組，結合數據收集、分析和處理技術，實現對溫室內溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等環境因素的即時監測和調節，提高作物生長品質和產量。

智慧溫室通常包括以下特點和功能：

溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等環境因素即時監測及數據記錄
自動化溫室通風、遮陽、灌溉系統，可依環境數據自動調整
智慧照明系統，可根據作物需求和光照時間進行智能控制
遠端監控功能，可透過手機或電腦遠端即時監控和控制溫室環境
數據分析和預測功能，透過對收集到的數據進行分析和預測，提供決策支援

智慧溫室的應用可以有效提高農作物的生長速度、產量和品質，減少能源和資源的浪費，降低生產成本，同時也減少對環境的影響。因此在現代農業生產中得到了廣泛的應用和推廣。

案例02 建立植物生長環境溫濕度即時數據平台

教學目標

學生將利用 IOT:bit 擴充板的 Wi-Fi 功能將溫濕度資料上傳到物聯網雲端資料平台 ThingSpeak，以便直觀地看到植物生長的溫濕度變化趨勢和環境歷史資料。

程式設計

1. ThingSpeak 平台建立資料

ThingSpeak 平台的使用以及資料的建立請參考以下教學資源：https://www.oursteam.com.tw/view-resources.php?id=41

2. 程式範例

程式範例連結：https://makecode.microbit.org/_0f7cFqb5LdX0。

預期效果

改變智慧溫室的溫度或土壤濕度將改變ThingSpeak平台上的儀表板資料。

拓展知識

ThingSpeak 平台簡介：ThingSpeak 是一個免費的網路平台，用於收集、分析和視覺化即時資料。它允許用戶創建自己的數據平台並以各種方式上傳數據，包括感測器、設備或其他來源。 ThingSpeak 提供了一系列用於即時監控和分析數據的工具，並且可以與其他應用程式和裝置整合。使用者可以建立自己的儀表板和圖表來視覺化數據，並可以透過 API 存取資料以進行客製化的數據分析和處理。 ThingSpeak 還支援資料儲存和共享，使用戶可以輕鬆地與他人共享資料。簡而言之，ThingSpeak 是一個功能強大的平台，可以幫助使用者收集、分析和共享即時數據。

案例03 動態調節植物生長環境光照

教學目標

學生將使用 micro:bit V2 的光線感測器來偵測太陽光的強度，並使用 8 顆彩虹 LED 燈環來改變植物的光照強度和顏色。

程式設計

1. 除了新增「 iot-environment-kit 」積木外，還需要新增官方的「neopixel」積木。

2. 程式範例

程式範例連結：https://makecode.microbit.org/_7ok7XX1XX4rs

預期效果

隨著植物周圍環境光照強度的變化，8 顆彩虹 LED 燈環會發出不同亮度、不同顏色的光線。

拓展知識

植物光照調節：在植物生長過程中，光照強度和波長是非常重要的環境因素，可以直接影響植物的生長發育。為了使植物生長得更好，需要動態調節光照強度和波長。

首先，對於光照強度，需要根據植物的類型和生長階段進行調整。一般來說，植物在生長旺盛期需要較強的光照強度，以促進光合作用，加速植物生長。但光照強度不能太高，否則會造成植物的光抑制，甚至導致植物死亡。因此，在調節光照強度時，需要根據植物的具體情況來決定。

其次，在波長方面，不同的植物對光的波長有不同的要求。一般來說，藍光和紅光對植物的生長發育起到重要作用。藍光有助於植物的形態建構和光合作用，而紅光則有助於植物的生長和發育。因此，在調整波長時，需要根據植物的特定需求選擇不同的波長組合。

此外，除了調節光強度和波長外，還應注意光照時間、溫度等其他環境因素。光照時間的長短也會影響植物的生長發育，溫度也會影響植物的光合作用和呼吸作用。因此，在調節光照強度和波長的同時，也需要合理控制其他環境因素。

綜上所述，為了實現植物的最佳生長，需要動態調節光照強度和波長，以及其他相關的環境因素。具體調整方法需要根據植物的類型和生長階段來確定。

案例04 動態調節土壤濕度促進植物生長

教學目標

學生將將使用 3V 直流抽水馬達和繼電器，透過程式設計自動為植物加水。

程式範例

程式範例連結：https://makecode.microbit.org/_A1U9fk9tf166

預期效果

當植物生長的土壤濕度值小於 200 時，抽水馬達開始抽水輸送至植物生長池。

拓展知識

繼電器運作原理：繼電器是一種用小電流控制大電流的電器控制元件。它由輸入和輸出兩部分組成。輸入部分感應各種訊號，輸出部分可以控制電路的通斷。繼電器的作用包括擴大控制範圍、放大訊號、積分訊號、實現自動、遠端控制和監控。

案例05 即時觀測植物溫度、濕度、光照強度

教學目標

學生將結合前面案例中學到的所有知識點，透過程式設計，觀察植物生長過程中需要檢測的數據，並將其顯示在ThingSpeak平台上。

程式範例

程式範例連結：https://makecode.microbit.org/_a06HbiXK1767

ThingSpeak 平台建立資料

預期效果

可以在 ThingSpeak 平台上即時觀察植物生長環境的土壤濕度、溫度、光照，並且當植物生長的土壤濕度值小於 200 時，抽水馬達開始抽水輸送至植物生長池。

拓展知識

ThingSpeak 是一個物聯網 (IoT) 平台，可讓使用者收集、分析和分享來自感測器的資料。它特別適合那些想要快速設定和測試物聯網應用程式，而無需自己建立完整後端服務的開發人員和愛好者。

【主要功能】

資料收集：透過 HTTP POST 請求或使用 MATLAB API 資料。
資料儲存：將收集到的資料儲存在雲端中。
數據分析：使用 MATLAB 或其他工具即時分析數據。
資料視覺化：建立圖表和儀表板來顯示資料。
事件觸發：當資料達到特定閾值時，ThingSpeak 可以配置為發送電子郵件、簡訊或執行其他操作。
資料共享：雲端中的資料可以公開共享或保密。

【使用案例】

環境監測：監測溫度、濕度等。
家庭自動化：監控和控制智慧家庭設備。
工業監控：監控機器狀態、生產線效率等。
健康監測：追蹤個人健康指標，如心率、步數等。

四、故障排除

如果您在使用過程中遇到問題，請嘗試以下方法排查：

檢查所有連接線是否牢固，電線有沒有鬆動或損壞。
檢查杜邦線安裝方向是否正確或引腳位置是否正確。
重新安裝 IOT:bit 並重新下載程式，確保程式正確運作。
單獨使用有問題的部件，檢查部件是否損壞。
檢查相關資料和教學資源，確認您的操作和程式編寫是否正確。
如果問題仍然存在，可以透過 support@elecfreaks.com 聯絡 ENFU 技術團隊尋求技術支援。