導語：室內盆栽(zai)智(zhi)能澆(jiao)灌系統設(she)計探討一文(wen)來源于網友上(shang)傳，不代表本(ben)站觀點，若需要原創文(wen)章可(ke)咨詢(xun)客服(fu)老師，歡迎參考。

摘要：為了解決人們因生活和工作繁忙而無法按時澆灌室內盆栽的問題，提出一種室內盆栽智能澆灌系(xi)統(tong)。對系(xi)統(tong)分(fen)別(bie)從軟(ruan)硬件兩方面進行設計，以STM32單片(pian)機為主控核心，利(li)用(yong)傳(chuan)(chuan)感器(qi)模塊檢測土(tu)壤(rang)濕度(du)和環境(jing)溫濕度(du)數據(ju)后顯(xian)示在LCD顯(xian)示屏上，當土(tu)壤(rang)濕度(du)小于(yu)臨界值時(shi)，單片(pian)機控制(zhi)自動澆(jiao)灌。同(tong)時(shi)將傳(chuan)(chuan)感器(qi)數據(ju)通過WiFi傳(chuan)(chuan)輸至(zhi)云平臺，實(shi)現(xian)數據(ju)交互(hu)、存儲與分(fen)析；用(yong)戶在手機APP內(nei)可以隨(sui)(sui)時(shi)隨(sui)(sui)地對植物盆(pen)栽進行監(jian)測，并(bing)且能夠實(shi)現(xian)一鍵遠程(cheng)澆(jiao)灌。該(gai)系(xi)統(tong)性能穩定，易于(yu)實(shi)現(xian)，可為人們生活提供很大的便利(li)，具有一定應(ying)用(yong)前景。

關鍵詞：STM32單片機；智能澆(jiao)灌；室(shi)內盆栽；云(yun)平(ping)臺(tai)；手(shou)機APP；WiFi模塊

在室內擺放植物盆栽可以起到美化裝飾環境、凈化空氣的作用，但當人們長時間不在室內或疏于管理時，植物會因缺水甚至干枯死亡，因此設計一種用于室內盆栽的智能澆灌系統，具有重要的實際意義。目前，國內的室內智能澆花系統主要基于51單片機控制，能夠依據植物土壤濕度情況而控制水泵開啟或關閉，并通過LCD顯示屏顯示實時數據[1-4]。還有相關研究提出在系統中增加溫濕度傳感器DHT11和WiFi模塊，系統采集環境溫濕度數據并發送給單片機，通過WiFi模塊實現單片機與手機APP的通信，用戶通過手機APP可以查看實時數據，并下發控制指令，實現手動控制[5]。基于此，本文提出一種新型室內盆栽智能澆灌系統，首先對系統總體設計方案進行分析，然后結合系統硬件電路設計、軟件系統設計等(deng)方面(mian)介紹系統的功能。

1系統總體方案設計

如圖1所示(shi)，系(xi)統采用(yong)STM32單(dan)片機(ji)(ji)作為微控(kong)制器(qi)(qi)，太(tai)陽(yang)能模(mo)塊(kuai)為系(xi)統提(ti)供(gong)電(dian)源。傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)組包括YL-69土(tu)壤濕度傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)和DHT11環境(jing)溫濕度傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)，傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)電(dian)源控(kong)制模(mo)塊(kuai)實現(xian)單(dan)片機(ji)(ji)對傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)組供(gong)電(dian)時(shi)(shi)間的控(kong)制，定時(shi)(shi)采集數據(ju)，采集頻(pin)率(lv)可(ke)(ke)調，節約能源。傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)采集數據(ju)后在LCD液晶顯(xian)(xian)示(shi)屏實時(shi)(shi)顯(xian)(xian)示(shi)，并(bing)通過(guo)WiFi模(mo)塊(kuai)發送給云(yun)平(ping)(ping)臺，云(yun)平(ping)(ping)臺與手機(ji)(ji)APP交互，APP里可(ke)(ke)以顯(xian)(xian)示(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)數據(ju)并(bing)控(kong)制澆灌。

2系統硬件設計

2.1主控模塊

本系統選(xuan)用意法(fa)半導體(ti)公司的(de)STM32F103VET6芯(xin)片作為微控制(zhi)器，芯(xin)片可(ke)以工作在-40～105℃的(de)溫(wen)度范圍(wei)，且支持低(di)功耗模(mo)式，最高工作頻(pin)率可(ke)達到72MHz[6]。該(gai)芯(xin)片具備(bei)模(mo)數轉換功能，可(ke)以直(zhi)接(jie)讀取土壤濕度傳(chuan)感器輸出的(de)模(mo)擬量數據(ju)，同時(shi)芯(xin)片的(de)USART接(jie)口可(ke)以直(zhi)接(jie)與WiFi模(mo)塊(kuai)連接(jie)[7]。

2.2WiFi傳輸模塊

WiFi模塊采用USR-C322芯片，它是濟南有人物聯網推出的一款C32系列高性能WiFi模塊。該模塊基于ARMCortex-M4內核，運行頻率為80MHz，支持WiFi@2.4GHz802.11b/g/n無(wu)線標準[8]。本系統(tong)中(zhong)設置(zhi)模(mo)塊組網方式為STA模(mo)式。通(tong)過AT指令，能夠對USR-C322進行工作模(mo)式、網絡端口、傳輸協(xie)議等方面的配置(zhi)。模(mo)塊由3.3V電(dian)源供電(dian)，UART引腳連接STM32單片機，外圍電(dian)路(lu)主(zhu)要包括供電(dian)電(dian)路(lu)、按(an)鍵重啟電(dian)路(lu)、按(an)鍵復位電(dian)路(lu)和(he)LED工作指示燈電(dian)路(lu)。

2.3按鍵模塊

按(an)鍵模塊設置(zhi)有啟動(dong)按(an)鍵、模式設置(zhi)按(an)鍵和增減(jian)按(an)鍵，其中模式設置(zhi)按(an)鍵可以選擇(ze)設定(ding)土(tu)(tu)壤濕(shi)度閾值(zhi)模式，按(an)鍵按(an)下(xia)一次設定(ding)上限(xian)(xian)(xian)值(zhi)，按(an)鍵連(lian)續按(an)下(xia)兩次設定(ding)下(xia)限(xian)(xian)(xian)值(zhi)，增減(jian)按(an)鍵可以分(fen)別(bie)對(dui)設定(ding)值(zhi)進(jin)行(xing)增1或(huo)減(jian)1的設置(zhi)[9]。當(dang)傳感器檢測到土(tu)(tu)壤濕(shi)度小于下(xia)限(xian)(xian)(xian)值(zhi)時，單片機控制繼電器，驅(qu)動(dong)電磁閥動(dong)作，實(shi)現自(zi)動(dong)澆(jiao)灌，當(dang)土(tu)(tu)壤濕(shi)度大于上限(xian)(xian)(xian)值(zhi)則停止澆(jiao)灌。

2.4傳感器電源(yuan)控制(zhi)模塊

STM32單(dan)片(pian)(pian)機(ji)通(tong)過傳感器(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源控(kong)(kong)制模(mo)(mo)塊實現(xian)對傳感器(qi)組(zu)(zu)(zu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源供(gong)(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)間的(de)控(kong)(kong)制，如圖2所(suo)示，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路由(you)三(san)極(ji)(ji)管(guan)2N3904、MOS管(guan)AO3401、分(fen)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)、二(er)極(ji)(ji)管(guan)等部分(fen)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)。VIN為太(tai)陽能模(mo)(mo)塊輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)，VCC連接傳感器(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源引腳，單(dan)片(pian)(pian)機(ji)引腳PD12經限流電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)連接2N3904的(de)基極(ji)(ji)，VIN連接AO3401的(de)源極(ji)(ji)。當單(dan)片(pian)(pian)機(ji)引腳輸出(chu)高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平時(shi)(shi)，三(san)極(ji)(ji)管(guan)Q2導通(tong)，AO3401的(de)柵(zha)極(ji)(ji)相當于接地，此時(shi)(shi)MOS管(guan)導通(tong)，將電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)VIN連接到VCC端，向(xiang)傳感器(qi)組(zu)(zu)(zu)供(gong)(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。根據(ju)四季氣候和植物種類不同，單(dan)片(pian)(pian)機(ji)可以調整(zheng)傳感器(qi)組(zu)(zu)(zu)模(mo)(mo)塊供(gong)(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)間，改變傳感器(qi)數據(ju)采集頻(pin)率，從而(er)控(kong)(kong)制澆灌頻(pin)率。

3系統軟件設計

軟件程序設(she)計(ji)主(zhu)要包括單片機程序設(she)計(ji)、云平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)設(she)計(ji)和(he)手機APP設(she)計(ji)。單片機程序需(xu)要實現(xian)兩(liang)個功能(neng)：一是(shi)定時開啟傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)(dian)源(yuan)，采集傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)并完成數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)解析(xi)(xi)，判斷(duan)是(shi)否需(xu)要澆(jiao)水(shui)，從而控制繼電(dian)(dian)器(qi)動(dong)作驅動(dong)電(dian)(dian)磁閥進(jin)行自(zi)動(dong)澆(jiao)灌(guan)的主(zhu)流程功能(neng)；二是(shi)通過WiFi模(mo)(mo)塊與云平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)進(jin)行數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)交互的功能(neng)。系(xi)統主(zhu)流程如圖3所示。傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)通過WiFi模(mo)(mo)塊上傳(chuan)(chuan)(chuan)到云平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)，云平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)設(she)計(ji)主(zhu)要實現(xian)接收數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)、數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)校驗過濾和(he)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)分析(xi)(xi)存儲的功能(neng)。目前市場上有(you)很多物聯網平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)可(ke)供使(shi)用，例如阿里云平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)、中國移(yi)動(dong)OneNET物聯網開放平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)等[10]。系(xi)統選用阿里云平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)建立(li)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)中心。手機APP采用AndroidStudio平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)開發(fa)，包括APP程序設(she)計(ji)和(he)APP界面(mian)設(she)計(ji)。APP發(fa)送控制指(zhi)(zhi)令到云平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)，再通過WiFi模(mo)(mo)塊發(fa)送指(zhi)(zhi)令到微(wei)控制器(qi)，在APP界面(mian)可(ke)以看(kan)到指(zhi)(zhi)令發(fa)送成功或失敗的結果反饋，也(ye)可(ke)以顯示當(dang)前傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)。

4結語

本文設計了一種室內(nei)盆栽智能(neng)澆(jiao)(jiao)灌系(xi)(xi)統(tong)。該系(xi)(xi)統(tong)采用太陽能(neng)供電，低碳環保(bao)；并且根據四季氣候和(he)植物種類不同，可以調(diao)整澆(jiao)(jiao)灌頻率。用戶通過手機(ji)APP可以隨(sui)時隨(sui)地對植物盆栽進行監測和(he)遠程控制(zhi)澆(jiao)(jiao)灌，即使(shi)出門在(zai)外也可以享(xiang)受(shou)澆(jiao)(jiao)花樂趣。系(xi)(xi)統(tong)目前(qian)設計適(shi)用于(yu)家庭室內(nei)盆栽的智能(neng)管理，亦可用于(yu)農(nong)業和(he)園(yuan)林業，例(li)如(ru)大棚農(nong)作物的智能(neng)澆(jiao)(jiao)灌、溫室景(jing)觀植物的智能(neng)澆(jiao)(jiao)灌等，能(neng)適(shi)應多種模(mo)式的應用場景(jing)，具備一定(ding)的拓展性，發(fa)展前(qian)景(jing)良好。

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作者(zhe)：胡軒亭 劉虹(hong)羚 黃(huang)聰賢 單(dan)位(wei)：南京科(ke)技職業學院 電氣與控制工程學院