Smart Plant IoT: Vernetztes Gewächshaus mit Arduino, Helium & Azure

Komponenten und Materialien

• 1 × Arduino UNO
• 1 × Seeed Base Shield V2
• 1 × Seeed Grove Relais
• 1 × Seeed Grove Temperatursensor
• 1 × Helium Starter Kit (Legacy: Atom + Element + Arduino Breakout)
• Feuchtesensor, UV-Lichtsensor, Peristaltikpumpe (12 V), Grove OLED-Display

Software & Cloud-Dienste

• Microsoft Azure (IoT Hub, SQL Database, Functions)
• Microsoft Visual Studio 2015+
• Helium Dashboard (Network/Access Point Management)
• Arduino IDE

Projektbeschreibung

Ein IoT-fähiges Pflanzenüberwachungssystem: Sensoren (Bodenfeuchte, Temperatur, Luftfeuchte, UV-Licht) senden Daten via Helium-Netzwerk (LoRaWAN) an Azure IoT Hub. Azure Functions speichern die Daten in Azure SQL. Eine HTTP-Trigger-Function stellt die Daten für eine Android-App bereit. Die Pumpe wird automatisch (bei Trockenheit) oder per App ferngesteuert. Das Projekt ist serverless – nur Arduino-Code & Azure Functions nötig.

Architektur

1. Arduino + Helium Atom: Liest Sensoren, sendet per Helium-Netzwerk.
2. Helium Element (Access Point): Leitet Daten an Helium Cloud.
3. Helium Cloud → Azure IoT Hub: Via konfigurierbarer Connection (Shared Access Policy).
4. Azure Function (Event Hub Trigger): Parst MQTT-Payload → INSERT in Azure SQL.
5. Azure Function (HTTP Trigger): Stellt JSON-Daten für App bereit.
6. Android App: Zeigt Sensorwerte, löst Pumpe aus.

Schritt-für-Schritt

1. Hardware aufbauen

Base Shield auf Arduino, Sensoren an Grove-Ports, Helium Atom auf Breakout-Board. Pumpe (12 V) über Relais an externer 12 V Quelle (z. B. Netzteil) – Relais schaltet Plus-Leitung.

2. Helium-Netzwerk einrichten

• Atom im Helium Dashboard registrieren.
• Element als Access Point registrieren.
• Channel „Azure IoT App“ erstellen.

3. Azure IoT Hub einrichten

• IoT Hub erstellen (Free/Standard Tier).
• Shared Access Policy „RegistryReadWrite“ → Connection String (Primary Key) kopieren.
• Test-Device anlegen.

4. Helium → Azure Verbindung

• Im Helium Dashboard: „Connections“ → „Add Connection“ → Azure IoT Hub → Connection String einfügen.
• MQTT-Topics werden automatisch generiert.

5. Azure SQL Database

• SQL Database erstellen (Basic Tier).
• Tabelle anlegen:

  CREATE TABLE SmartPlant (
    id BIGINT IDENTITY(1,1) PRIMARY KEY,
    Temperature INT NOT NULL,
    Humidity INT NOT NULL,
    Moisture INT NOT NULL,
    UVLight INT NOT NULL,
    DateCreated DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
  );

• Connection String (ADO.NET) kopieren.

6. Azure Function App (Serverless)

• Function App erstellen (Consumption Plan).
• Application Setting sqldb_connection = SQL-Connection-String.
• Function 1 (Event Hub Trigger, C#): Empfängt IoT Hub Messages, parst Key-Value-Pairs, INSERT in SmartPlant.
• Function 2 (HTTP Trigger, C#): GET /api/smartplant → letztes Record als JSON.
• Function 3 (HTTP Trigger, Shortcut): Direkter INSERT via Query-Parameter (für Tests).

7. Arduino-Code

#include "Arduino.h"
#include "Board.h"
#include "Helium.h"
#include "HeliumUtil.h"
#include 
#include 
#include 
#include 

#define CHANNEL_NAME "Azure IoT App"
Helium helium(&atom_serial);
Channel channel(&helium);
int relay = 5;

void setDisplayToOriginalState() {
  SeeedGrayOled.init(SSD1327);
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(relay, OUTPUT);
  delay(150);
  TH02.begin();
  delay(100);
  Serial.println("TH02_dev is available.");
  helium.begin(HELIUM_BAUD_RATE);
  helium_connect(&helium);
  channel_create(&channel, CHANNEL_NAME);
  Wire.begin();
}

void loop() {
  // Sensoren mitteln (32 Samples)
  int moisture = 0, uvlight = 0;
  for (int i = 0; i < 32; i++) {
    moisture += analogRead(A0);
    uvlight += analogRead(A1);
  }
  float temper = TH02.ReadTemperature();
  float humidity = TH02.ReadHumidity();

  // Payload bauen
  String dataString = "Moisture=" + String(moisture) +
                      "&UVLight=" + String(uvlight) +
                      "&Temperature=" + String(temper) +
                      "&Humidity=" + String(humidity);
  char data[dataString.length() + 1];
  dataString.toCharArray(data, sizeof(data));
  channel_send(&channel, CHANNEL_NAME, data, strlen(data));
  Serial.println(data);

  // OLED anzeigen
  setDisplayToOriginalState();
  SeeedGrayOled.clearDisplay();
  SeeedGrayOled.setNormalDisplay();
  SeeedGrayOled.setVerticalMode();
  SeeedGrayOled.setTextXY(0, 0); SeeedGrayOled.putString("Moisture: " + String(moisture));
  SeeedGrayOled.setTextXY(2, 0); SeeedGrayOled.putString("UVLight: " + String(uvlight));
  SeeedGrayOled.setTextXY(4, 0); SeeedGrayOled.putString(String(temper) + " C");
  SeeedGrayOled.setTextXY(6, 0); SeeedGrayOled.putString("Humid: " + String(humidity));

  // Auto-Bewässerung
  if (moisture < 100) {
    digitalWrite(relay, HIGH);
    delay(5000);
    digitalWrite(relay, LOW);
  }
  delay(60000); // 1 Min Intervall
}

8. Android App (UI)

Einfache App, die alle 60 s die HTTP-Function abfragt und vier Sensorwerte anzeigt. Button für manuelle Bewässerung. Screenshots im Originalprojekt.

9. Optional: Alexa-Integration

Über zusätzliche Azure Function + Alexa Skill Kit möglich (nicht im Detail gezeigt).

Projekt-Repository

GitHub: smart-plant-iot

Schaltplan / Architektur