Smart Agriculture Kit 智慧農業套件組|奧斯丁國際有限公司 OURSTEAM Internationl

Smart Agriculture Kit 智慧農業套件組

1.1. 介紹

micro:bit智慧農業套件組含有IoT:bit、DS18B20防水溫度感測器、土壤濕度感測器、水位感測器、PIR感測器、伺服馬達等多種選擇，可以利用它來打造智能驅蟲機、生態溫室、魚池水位監測裝置等等，我們能從中了解現代農業和程式設計並探索科技應用在農業中的更多可能性。

1.2. 零件清單

micro:bit x1 (選配)
IoT:bit 擴充板 x1
OLED螢幕 x1
彩虹LED x1
DHT11溫溼度感測器 x1
Sonar:bit超音波感測器 x1
土壤溼度感測器 x1
PIR人體紅外線感測器 x1
水位感測器 x1
DS18B20防水溫度感測器 x1
180° 伺服馬達 x1
USB傳輸線 x1
入門手冊 x1

2.案例01：農田自動灌溉系統

2.1. 介紹

通常對農作物的灌溉方法是透過人工灌溉，這使得水的利用率較低。因此，我們可以製作農田自動灌溉裝置來解決這個問題。

2.2. 功能

土壤濕度感測器可以用於檢測土壤濕度，當濕度低於臨界值時，會驅動伺服馬達來進行自動澆水；而水位感測器會將檢測到的水位透過micro:bit的led來顯示其狀態。

2.3. 硬體連接

將土壤濕度感測器連接到IoT:bit上的P1、將水位感測器連接到P2、將伺服馬達連接到P9。

2.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

輸入"iot-environment-kit"為此套件下載額外的擴充程式。

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

將土壤濕度感測器和水位感測器的回傳值儲存在變數“soil_moisture”和變數“water_level”中。

在micro:bit上以點亮長條圖的方式來顯示出水位的數值高低。

如果“soil_moisture”變數低於我們所設定的臨界值，這代表土壤的水分太少，透過程式設計的條件判斷，自動驅動伺服馬達進行澆水(馬達轉動到180度)；若土壤水分仍足夠，則設計讓伺服關閉閥門(馬達轉動到0度)。

程式連結

2.5. 結果

土壤濕度感測器檢測土壤濕度，當低於臨界值時驅動伺服馬達自動澆水；水位感測器會將檢測到的水位透過micro:bit的led來顯示其狀態。

3.案例02：溫室溫溼度監控

3.1. 介紹

不同的植物需要不同的溫度和濕度才能生長，因此我們可以製作溫室監測裝置來獲取溫度和濕度，用來監控適合植物生長的條件。

3.2. 功能

利用DHT11溫溼度感測器檢測溫度和濕度，並將它們偵測到的數字顯示在OLED螢幕上。

3.3. 硬體連接

將DHT11溫溼度感測器連接到P1，將OLED螢幕連接到IoT:bit上的IIC接口。

3.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"iot-environment-kit"為此套件下載額外的擴充程式。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-05.png

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

從程式選單的「Basic」中拖出「on start(當啟動時執行)」積木，設計在啟動micro:bit時會顯示一個圖案，圖案可以自由設計。

從程式選單的「Basic」中拖出「forever(重複執行)」積木，接著建立一個名為「Temp(溫度)」的變數，用來儲存溫度感測值，並增加一個5秒的暫停，提供感測器讀取數值的時間。接著建立一個名為「RH(濕度)」的變數，用來儲存濕度值，並增加一個5秒的暫停，提供感測器讀取數值的時間。

接著我們再增加一些與OLED相關的程式設計，包含在「on start(當啟動時執行)」積木內增加初始化OLED螢幕的積木；在「forever(重複執行)」積木內增加「show string(顯示字串)」積木，用來顯示溫度與濕度的偵測數值。

程式連結

3.5. 結果

我們隨時能在OLED螢幕上知道目前的溫度和濕度值。

4.案例03：農業用人造光源

4.1. 介紹

為了提高農作物產量，我們可以採取延長光照時間、合理密植、增加CO2濃度等措施，在這個專案我們會製作一個人造光裝置，自動提供足夠的光照給農作物。

4.2. 功能

用micro:bit偵測周圍環境的光照強度，當偵測到的光線感測值太低時將會自動開燈。

4.3. 硬體連接

將彩虹LED連接到IoT:bit上的P1。

4.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"neopixel"為此彩虹LED下載額外的擴充程式。

從程式選單的「Logic」中拖出「if~then~else(如果~那麼、否則)」的條件判斷積木，判斷光線感測值是否低於100，如果低於，則點亮彩虹LED為黃色(為農作物提供光源)；如果不低於(代表光線強度夠)，則點亮彩虹LED為黑色(黑色=關閉燈源)。我們可以依據不同農作物的需求來調整判斷條件中的數值。

程式連結

4.5. 結果

利用micro:bit檢測周圍環境的光線強度，如果光線太弱將會自動開燈為農作物提供照明；若光線足夠則會保持關閉燈源的狀態。

5.案例04：農田保護裝置

5.1. 介紹

為了保護農田不被外人隨意進入，我們可以設置農田保護裝置。

5.2. 功能

利用PIR人體紅外線感測器和Sonar:bit超音波感測器檢測是否有人靠近，當檢測到有外人入侵時，會透過點亮彩虹LED及發出警報聲響來嚇阻對方。

5.3. 硬體連接

將Sonar:bit超音波感測器連接到 P1、將PIR人體紅外線感測器連接到P2、將彩虹LED連接到P9。

5.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"iot-environment-kit"為此套件下載額外的擴充程式。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-05.png

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

輸入"neopixel"為此套件下載額外的擴充程式。

接著將設置在P1的Sonar:bit超音波感測器所偵測到的"cm(公分)"指定保存到到名為「ultrasonic_distance(超音波感測距離)」的變數；將設置在P2的PIR人體紅外線感測器所偵測到的狀況儲存在名為「IR(紅外線)」的變數。

從程式選單的「Logic」中拖出「if~then~else(如果~那麼、否則)」的條件判斷積木，判斷變數「ultrasonic_distance(超音波感測距離)」是否在我們設定的條件內，如果是的話，代表有東西或有人靠近，因此接著要再新增一個條件判斷，來協助判別變數「IR(紅外線)」是否為1，如果是則代表有人靠近，將接著驅動彩虹LED點亮紅燈並且蜂鳴器發出警報聲響。補充：變數「IR(紅外線)」代表的是設置在P2的PIR人體紅外線感測器，當感測器偵測到有人時，會回傳數位訊號1；若沒有偵測到有人時，則會回傳數位訊號0。

如果變數「ultrasonic_distance(超音波感測距離)」我們設定的條件內，則將彩虹LED關閉(設定為黑色)。

程式連結

5.5. 結果

如果設備檢測到有外人入侵農田，彩虹LED將會點亮紅燈，並且micro:bit發出警報聲響，達到嚇阻的效果。

6.案例05：水溫檢測

6.1. 介紹

魚類是變溫動物，其體溫會隨著環境水溫而變化，因此水溫對魚類的生長是相當至關重要的。

6.2. 功能

使用DS18B20防水溫度感測器檢測水溫，並顯示在OLED螢幕上。

6.3. 硬體連接

將DS18B20防水溫度感測器連接到 P1、將OLED螢幕連接到IoT:bit上的IIC接口。

6.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"iot-environment-kit"為此套件下載額外的擴充程式。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-05.png

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

從程式選單的「Basic」中拖出「on start(當啟動時執行)」積木，將OLED螢幕初始化為預設值128×64。
從程式選單的「Basic」中拖出「forever(重複執行)」積木，建立一個名為「Temp(溫度)」的變數，用來儲存連接到P1的DS18B20防水溫度感測器，其檢測到的數值。

接著再增加一個清除OLED螢幕的程式，以及顯示水溫於OLED螢幕的程式。設計讓OLED螢幕在顯示水溫時能夠每5秒更新一次。

程式連結

6.5. 結果

OLED螢幕每5秒就會更新一次目前的水溫。

7.案例06：捕蟲器

7.1. 介紹

在農業種植中，蟲害影響農作物的產量和品質。有些害蟲習慣於夜間活動，啃食、產卵等行為也在夜間進行。因此，我們可以利用害蟲的趨光性來製作一種自動誘蟲裝置，吸引並捕捉它們。

7.2. 功能

透過LED吸引害蟲並驅動伺服馬達上捕捉它們。

7.3. 硬體連接

將彩虹LED連接到P1、將伺服馬達連接到P2。

7.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"neopixel"為此套件下載額外的擴充程式。

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

輸入"servo"為此伺服馬達下載額外的擴充程式。

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

從程式選單的「Basic」中拖出「on start(當啟動時執行)」積木，利用「Neopixel」積木中的「set strip to Neopixel at pin P1 with ~ leds」來設定彩虹LED接到P1腳位，並且這個彩虹LED有1顆燈(with 1)，設定好後這個彩虹LED會被指定到變數「strip」，之後藉由控制「strip」這個變數，便能控制彩虹LED。接著利用「strip show color」將燈設計為顯示白光。

從程式選單的「Basic」中拖出「forever(重複執行)」積木，將連接到P2的伺服馬達設置為驅動到0°並暫停1秒，接著再將伺服馬達驅動到180°並暫停5秒。

程式連結

7.5. 結果

裝置通電後，彩虹LED將亮著白燈吸引害蟲，並且伺服馬達每5秒就會旋轉一次進行捕蟲。

8.案例07：農作物高度檢測

8.1. 介紹

農作物的高度是決定農作物產量的重要因素之一，降低植株高度可以提高植物的耐肥性和抗倒性，進而提高最終產量。

8.2. 功能

使用Sonar:bit超音波感測器檢測農作物的高度是否超過標準。

8.3. 硬體連接

將Sonar:bit超音波感測器連接到P1、將OLED螢幕連接到IoT:bit上的IIC接口。

8.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"iot-environment-kit"為此套件下載額外的擴充程式。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-05.png

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

從程式選單的「Basic」中拖出「on start(當啟動時執行)」積木，將OLED螢幕初始化為預設值128×64。
建立一個名為「ultrasonic_distance(超音波感測距離)」的變數，用來儲存超音波感測距離的回傳數值，設置Sonar:bit超音波感測器連接到P1、單位為cm。

從程式選單的「Basic」中拖出「forever(重複執行)」積木，清除OLED螢幕並顯示來自超聲波傳感器的值。
從程式選單的「Logic」中拖出「if~then~else(如果~那麼、否則)」的條件判斷積木，判斷透過Sonar:bit超音波感測器檢測到的數值(注意可檢測的範圍是4~400cm)是否在我們設定的範圍內，如果在範圍內代農作物高度超過標準，micro:bit將顯示“x”；若Sonar:bit超音波感測器檢測到的數值不在我們設定的範圍內，代表農作物高度正常，micro:bit將顯示“√”。

程式連結

8.5. 結果

使用Sonar:bit超音波感測器檢測農作物的高度是否超過標準值。

9.案例08：農作物遮陽裝置

9.1. 介紹

雖然農作物的生長是依靠光合作用，然而太強的光線也可能對農作物造成損傷。當光線過強時，容易造成葉片灼傷或曬傷，因此我們可以製作農作物遮陽裝置來保護農作物。

9.2. 功能

透過micro:bit的光線感測器檢測光線強度，當光線太強時將驅動伺服馬達舉起遮陽裝置以保護農作物。

9.3. 硬體連接

將伺服馬達連接到P1。

9.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"servo"為此伺服馬達下載額外的擴充程式。

../../_images/microbit-Smart-City-Kit-case-01-06.png

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

從程式選單的「Basic」中拖出「forever(重複執行)」積木，從「Logic」中拖出「if~then~else(如果~那麼、否則)」的條件判斷積木，判斷透過micro:bit的光線感測器檢測到的光線感測值是否超出我們設定的範圍，如果超過則驅動伺服馬達轉動到90°；如果未超過，則驅動伺服馬達轉動到0°。

程式連結

9.5. 結果

當光線強度過強時，伺服馬達將自動舉起遮陽裝置用以保護農作物。

10.案例09：魚池水位監測裝置

10.1. 介紹

遇到大雨時，魚池水位可能急劇上升，導致魚流出魚池造成生命危險，因此我們可以設置一個魚池水位監測裝置。

10.2. 功能

利用水位感測器監測魚池水位，並在OLED螢幕上顯示目前的水位感測值，如果水位過高，LED燈將會亮起紅燈做為警示。

10.3. 硬體連接

將水位感測器連接到P1、將彩虹LED連接到P2、將OLED螢幕連接到IoT:bit上的IIC接口。

10.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"iot-environment-kit"為此套件下載額外的擴充程式。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-05.png

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

從程式選單的「Basic」中拖出「on start(當啟動時執行)」積木，將OLED螢幕初始化為預設值128×64。
利用「Neopixel」積木中的「set strip to Neopixel at pin P~ with ~ leds」來設定彩虹LED接到P2腳位，並且這個彩虹LED有1顆燈(with 1)，設定好後這個彩虹LED會被指定到變數「strip」，之後藉由控制「strip」這個變數，便能控制彩虹LED。

從程式選單的「Basic」中拖出「forever(重複執行)」積木，接著建立一個名為「water_level」的變數，用來儲存連接在P1的水位感測器所偵測到的水位感測值，並透過OLED螢幕顯示出該數值。

從「Logic」中拖出「if~then~else(如果~那麼、否則)」的條件判斷積木，判斷水位感測值是否超出我們設定的臨界值，如果超過則使LED亮起紅燈做為警示；如果未超過，則LED燈熄滅。

程式連結

10.5. 結果

我們可以透過OLED螢幕查看目前的水位感測值，當水位過高時，彩虹LED將亮起紅色做為警示。

11.案例10：定時給料器

11.1. 介紹

製作一個定時給料器，免除人工給料的不便。

11.2. 功能

利用RTC時鐘模組來計時，在一定時間間隔後驅動伺服馬達自動給料。

11.3. 硬體連接

將伺服馬達連接到P1、將OLED螢幕連接到IoT:bit上的IIC接口。

11.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"iot-environment-kit"為此套件下載額外的擴充程式。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-05.png

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

輸入"servo"為此伺服馬達下載額外的擴充程式。

../../_images/microbit-Smart-City-Kit-case-01-06.png

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

從程式選單的「Basic」中拖出「on start(當啟動時執行)」積木，將OLED螢幕初始化為預設值128×64。接著進行RTC時鐘模組的時間設定，並將伺服馬達設置為轉動到0°。

從程式選單的「Basic」中拖出「forever(重複執行)」積木，透過OLED螢幕顯示出目前的秒數。
從程式選單的「Logic」中拖出「if~then(如果~那麼)」的條件判斷積木，判斷當秒數=1時，驅動伺服馬達轉動到90°並維持5秒之後，再轉動回0°。

程式連結

11.5. 結果

該定時給料器將於每分鐘自動給料一次。

12.案例11：飛鳥防撞裝置

12.1. 介紹

鳥類撞擊建築物的意外是對鳥類相當嚴重的威脅之一，可能導致它們受傷或死亡。尤其在晚上時，玻璃附近的裝飾燈會使鳥類迷失方向，導致它們與大樓或其他裝飾有燈光的玻璃發生碰撞。預防措施之一是在夜間關掉不必要的燈或拉上窗簾，所以我們可以設計一個自動檢測光線強度並拉動窗簾的裝置來減少對鳥類的影響。

12.2. 功能

利用micro:bit的光線感測器檢測光線強度，如果光線強度低於臨界值，則驅動伺服馬達拉開窗簾。

12.3. 硬體連接

將伺服馬達連接到P1。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-08-03.png

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-08-03.png

12.4. 程式設計

於MakeCode平台的程式選單中點擊Advanced(進階)，並點擊Extensions(擴充)。

../../_images/microbit-Smart-Agriculture-Kit-case-01-04.png

輸入"servo"為此伺服馬達下載額外的擴充程式。

../../_images/microbit-Smart-City-Kit-case-01-06.png

注意：如果您遇到提示說明：由於擴充程式不相容，將刪除某些擴充程式，此時您可以按照提示繼續操作或再創建一個新的程式專案。

從程式選單的「Basic」中拖出「forever(重複執行)」積木，從「Logic」中拖出「if~then~else(如果~那麼、否則)」的條件判斷積木，判斷光線感測值是否小於臨界值，如果是則代表目前可以拉開窗簾，將驅動連接在P1的伺服馬達轉動到180°；如果光線感測值未低於臨界值，代表目前強度太強，為了避免鳥類遭受干擾導致撞擊，將驅動伺服馬達轉動到0°以拉上窗簾。

程式連結

12.5. 結果

如果光線強度低於臨界值，則伺服馬達將自動拉開窗簾。

ELECFREAKS 智能農業紙箱模型

智能農場

一.介紹

使用智能農業套件和紙箱模型構建智能農場。

二.功能

自動灌溉：根據土壤濕度水平控制舵機的運動。參考：農田自動灌溉

溫濕度檢測：檢測並顯示養殖場的溫濕度值。參考：溫室溫濕度監測

魚塘檢測：監測水位並顯示水溫。參考：魚塘水位監測、水溫檢測

農田保護裝置：保護農田不被人進入，設置人接近時閃光警告。參考：農田保護裝置

三.材料準備

智能農業套件

參考

智能農用紙箱模型

※雙面膠帶：固定傳感器和模型的位置。

四. 紙箱組裝

步驟1：取出紙板並拼接踢腳線。

步驟2：將紙板折疊成摺痕並係好帶扣。

組裝好的成品模型：

1.踢腳線

2.魚塘

3.駕駛室

4.圍欄

5.S工廠

步驟3：將模型放置底板上

提示：請用雙面膠粘上模型。

五.硬體連接

將土壤濕度傳感器連接到 IoT:bit 上的 P1；180度伺服到P2；DHT 11 至 P3；彩虹LED到P4；水位傳感器到P10；DS18B20傳感器到P13；紅外傳感器到P14；聲納：bi 到 P15；和 Iot:bit 上的 IIC 的 OLED 顯示。

六.編程平台MakeCode

Microsoft MakeCode

1.程式

添加擴充程式

先點擊MakeCode中的【Advanced】，再點擊【Extensions】以獲得更多擴充選項。
../../_images/case-01-03.png

(1)在對話框中輸入關鍵字：【servo】並點擊圖案下載。

(2)在對話框中輸入關鍵字：【neopixel】並點擊圖案下載。

(3)在對話框中輸入關鍵字：【iot-environment-kit】並點擊圖案下載。

2.編程

(1)初始化 OLED 螢幕並請停止 micro:bit 上的 LED 功能，初始化彩虹 LED。

(2)由所有感測器獲取值並將其顯示在 OLED 屏幕上。

如果土壤濕度的返回值低於閾值，則使舵機旋轉到0度以模擬水閥的打開；或者讓它旋轉180度來模擬水閥的關閉。

如果 sonar:bit 在 4~400cm 範圍內檢測到有障礙物，用紅外傳感器檢測是否有移動，如果有則編程亮紅燈或編程亮綠燈。

代碼：

參考鏈接：https ://makecode.microbit.org/_eYRf5hcaDEeR

七.結果

土壤水分、農田溫濕度、水位、水溫等數值均顯示在OLED屏幕上。如果土壤濕度值低於閾值，設備將打開水閥進行灌溉；或者它處於關閉狀態以節約用水。如果有人靠近，彩虹燈會亮紅燈警告；或者它以綠色點亮。

提示：由於模型是紙做的，如果您的項目需要水，請準備防水解決方案。例如：我們可以在魚塘內放置一個塑料盒進行保護。