錢月霞 楊保華

摘要：隨著信息時(shí)代的飛速發(fā)展和人工智能的應(yīng)運(yùn)而起，智能家居在家庭生活中飾演著極其重要的角色。該文設(shè)計(jì)的是家用植物綠柜智能控制系統(tǒng)，其中包括STM32 CPU、數(shù)據(jù)采集模塊、無(wú)線通信模塊等。通過(guò)將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)輸入 STM32 CPU，再利用無(wú)線通信模塊把數(shù)據(jù)傳送給云端服務(wù)器，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制功能。

關(guān)鍵詞：智能綠柜;STM32;監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）31-0078-02

Development of Household Intelligent Green Cabinet System

QIAN Yue-xia， YANG Bao-hua

（School of Information， Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology， Changzhou 213164， China）

Abstract： With the development of information age and artificial intelligence， smart home plays an extremely important role in family life. The intelligent control system of household plant green cabinet is designed in this paper， including STM32 CPU， data acquisition module， and wireless communication module and so on. Inputting the data collected by the data acquisition module into STM32 CPU， and then transferring the data to the cloud server by the wireless communication module， the remote control function of the system is realized finally.

Key words： Intelligent plant cabinet system; STM32; Monitor

1 緒論

從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)層面來(lái)看，隨著生活水平和審美情趣的提高，幾乎每家每戶都有這種家用植物的種植需求。

本文研究家用植物綠柜遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，合理地將互聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)設(shè)備和智能控制以及家居植物種植完美結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)家用植物種植的智能化。它能夠?qū)χ参锍砷L(zhǎng)的環(huán)境進(jìn)行本地監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控，也可以采用手機(jī)APP對(duì)其實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控。

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)功能

1） 參數(shù)監(jiān)測(cè)功能：可檢測(cè)包含空氣、土壤濕度、PM2.5等參數(shù);

2） 手動(dòng)控制功能：用戶可以通過(guò)本地人機(jī)交互顯示觸摸屏和遠(yuǎn)程手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)手動(dòng)澆灌、補(bǔ)光、加濕、通風(fēng)、空氣凈化控制;

3） 智能控制功能：按照預(yù)先設(shè)定的控制策略，自動(dòng)進(jìn)行澆灌、補(bǔ)光、加濕等操作，調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)環(huán)境;

4） 報(bào)警提示功能：當(dāng)水位、PM2.5等參數(shù)異常時(shí)，提示報(bào)警信息;

5） 遠(yuǎn)程通信功能：主控板通過(guò)無(wú)線WiFi 網(wǎng)絡(luò)和云端服務(wù)器通信，確保手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制的正常。

2.2 系統(tǒng)總體方案

家用植物綠柜遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案如圖1所示，它包括了本地端控制器、云端服務(wù)器和智能手機(jī)移動(dòng)端設(shè)備三大組成部分。其中，本地端控制器負(fù)責(zé)顯示出植物生長(zhǎng)環(huán)境的各類參數(shù)以及供用戶進(jìn)行本地觸控操作，同時(shí)還與遠(yuǎn)程手機(jī)端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換協(xié)同控制植物的生長(zhǎng)環(huán)境。本地端控制器通過(guò)無(wú)線WiFi網(wǎng)絡(luò)與云端服務(wù)器保持實(shí)時(shí)連接;云端服務(wù)器是基于Apache Mina框架構(gòu)建的，它可以穩(wěn)定的為本地控制器和移動(dòng)端設(shè)備同步數(shù)據(jù)提供通信服務(wù);遠(yuǎn)方的移動(dòng)手機(jī)APP端可以通過(guò)云端服務(wù)器的連接與本地控制器交換數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的參數(shù)顯示與生長(zhǎng)環(huán)境改善操控。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路包括CPU模塊、電源模塊、傳感器模塊（溫濕度傳感器、光強(qiáng)傳感器、PM2.5傳感器和甲醛傳感器）、輸出控制模塊、人機(jī)交互觸控模塊、無(wú)線通信模塊、EEPROM存儲(chǔ)模塊組成，下面以CPU模塊和無(wú)線通信模塊為例。

1） CPU模塊：考慮到本系統(tǒng)所涉及的傳感器等硬件較多，需要較多的串口、GPIO等片上外設(shè)資源，本系統(tǒng)的CPU采用了STM32F103ZET6處理器，如圖2所示。結(jié)合S1按鍵復(fù)位、外部8MHz晶振、電容電感濾波、wifi指示燈等組成了CPU核心處理模塊。

2） 無(wú)線通信模塊

系統(tǒng)的無(wú)線Wifi通信模塊采用的是USR-C322，可同時(shí)支持AP和STA兩種工作模式。當(dāng)把它配置在STA工作模式時(shí)，能夠?qū)⒈镜乜刂破鞫送ㄟ^(guò)串口發(fā)出的AT命令傳輸?shù)絎ifi網(wǎng)絡(luò)上，最終完成本地控制器和云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信功能，如圖3所示。模塊與主控芯片STM32的USART2相連，通過(guò)AT命令配置模塊工作方式。S1是模塊復(fù)位重啟按鍵，兩個(gè)led燈D3分別是“模塊準(zhǔn)備好”和“連接正?！敝甘緹?。

4 系統(tǒng)軟件程序開(kāi)發(fā)

通過(guò)RVMDK系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要是對(duì)涉及傳感器、迪文屏、網(wǎng)絡(luò)模塊等的片上GPIO等外設(shè)進(jìn)行底層功能配置。DRIVER項(xiàng)目文件夾內(nèi)代表功能驅(qū)動(dòng)層，里面是用戶自編外部傳感器、液晶屏等接口驅(qū)動(dòng)文件，封裝了用戶自編的各個(gè)傳感器參數(shù)檢測(cè)、迪文屏串口數(shù)據(jù)幀通信等函數(shù)，方便應(yīng)用層調(diào)用。NETWORK項(xiàng)目文件夾代表網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)層，里面是網(wǎng)絡(luò)Wifi模塊的網(wǎng)絡(luò)連接驅(qū)動(dòng)文件，里面封裝了用戶自編的串口Wifi透?jìng)髂KUSR-C322的網(wǎng)絡(luò)連接配置等函數(shù)。APP項(xiàng)目文件夾內(nèi)代表應(yīng)用層，里面是用戶自編應(yīng)用程序，包含主函數(shù)等用戶應(yīng)用層應(yīng)用程序，是系統(tǒng)各個(gè)控制策略最終實(shí)現(xiàn)之所在。由于本系統(tǒng)是一個(gè)綜合項(xiàng)目，功能較其他系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，代碼量也相對(duì)較大，受篇幅所限，不將代碼展示。

5 系統(tǒng)整體測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試階段是檢驗(yàn)系統(tǒng)功能是否達(dá)標(biāo)以及發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的潛在問(wèn)題的重要階段。本系統(tǒng)的測(cè)試分為模塊測(cè)試階段和系統(tǒng)整機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試階段兩個(gè)部分。如圖4所示，系統(tǒng)整機(jī)運(yùn)行后，可以對(duì)植物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行本地檢測(cè)顯示以及智能操控，同樣可以通過(guò)位于遠(yuǎn)方的手機(jī)APP對(duì)植物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)顯示和手動(dòng)智能調(diào)整。

6 小結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一套家用植物綠柜遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，可以實(shí) （下轉(zhuǎn)第95頁(yè)）

（上接第79頁(yè)）

現(xiàn)本地控制和手機(jī)APP來(lái)遠(yuǎn)程兩種控制方式，采用自動(dòng)工作方式檢查植物生長(zhǎng)環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，自動(dòng)進(jìn)行改善環(huán)境操作。采用了STM32內(nèi)部GPIO、TIMER、中斷、USART串口、I2C總線等片上外設(shè)，對(duì)系統(tǒng)控制程序進(jìn)行分層，分別編寫了基于STM32F103ZET6芯片的本地端BSP板級(jí)驅(qū)動(dòng)層、DRIVER功能驅(qū)動(dòng)層、NETWORK網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)層和APP應(yīng)用層程序，最后進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試。

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