陶云霞 崔忠偉 朱德孫 楊江清

摘要：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能澆花系統(tǒng)，提出了一款基于CC2530 （Zigbee）網(wǎng)絡(luò)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計方案。該系統(tǒng)通過CC2530節(jié)點(diǎn)掛上土壤溫濕度傳感器并實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)，處理后上傳CC2530網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過WiFi實(shí)時傳到手機(jī)APP；網(wǎng)關(guān)上掛OLED屏幕液晶，實(shí)時顯示土壤溫濕度值。CC2530對傳感器的信號處理，通過按鍵或手機(jī)APP設(shè)置土壤溫濕度閥值，控制水泵澆水，從而實(shí)現(xiàn)對植物的全天候監(jiān)管。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)證明，該系統(tǒng)使用簡單，且反應(yīng)精確靈敏等優(yōu)勢，成功地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計要求，在實(shí)際生活工作中具有一定的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：智能澆花系統(tǒng)；CC2530無線傳輸網(wǎng)絡(luò)；ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)；土壤溫濕度傳感器；手機(jī)APP。

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）16-0174-03

1 概述

隨著社會的不斷發(fā)展和人們生活水平的逐漸提高，人們逐漸追求高質(zhì)量的生活，很多人都會選擇在家里或辦公室種植一些花卉以凈化家庭空氣，陶冶情操，但是很多人忙于工作、學(xué)習(xí)、出差、旅游或者一些其他的原因，不能及時地對花卉進(jìn)行照料，短時間內(nèi)導(dǎo)致很多花卉因缺水分而影響正常生長，長時間不照料有些名貴的花卉直接死亡?；谏鲜鰻顩r，提出了此基于物聯(lián)網(wǎng)的智能澆花系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用工業(yè)級高精度土壤溫濕度傳感器采集花盆中的突然溫濕度，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時上傳當(dāng)前的土壤溫濕度數(shù)據(jù)，通過app或者按鍵設(shè)定某種花適宜的生長的突然條件，實(shí)現(xiàn)自動控制給花澆水，即能讓花卉生長在適宜的濕度下，與目前市場上的自動澆花系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的特點(diǎn)具有低成本、極高的資源利用率、操作簡單和反應(yīng)靈敏等。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)主要是由電源電路、ZigBee、ESP8266、USB轉(zhuǎn)UART、OLED液晶接口、按鍵電路；節(jié)點(diǎn)主要由電源電路、ZigBee、RS485、USB轉(zhuǎn)UART接口、按鍵、繼電器；系統(tǒng)首先通過土壤溫濕度傳感器采集花盆中土壤溫濕度數(shù)據(jù)，通過ZigBee處理之后自動控制是否澆花，并將此數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)關(guān)。

3 系統(tǒng)電路設(shè)計方案

3.1智能澆花系統(tǒng)的主芯片用TI的CC2530

系統(tǒng)主要由一個網(wǎng)關(guān)板和二個節(jié)點(diǎn)板。所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都發(fā)往協(xié)調(diào)器（網(wǎng)關(guān)），由CC2530無線SOC芯片和ESP8266組成。其基本功能包括：組建了一個ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)，即可允許其他的監(jiān)測終端節(jié)點(diǎn)加入該網(wǎng)絡(luò)，并且可以對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，然后將匯總好的數(shù)據(jù)通過ESP8266上傳至APP的客服端。在本系統(tǒng)中，我們將給每個終端節(jié)點(diǎn)分配一個唯一地址，通過傳感網(wǎng)方便監(jiān)測和控制每一個終端節(jié)點(diǎn)，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實(shí)時上傳到處理器進(jìn)行處理，并實(shí)實(shí)時處理上傳的數(shù)據(jù)判斷是否要控制是否給花卉澆水。

3.2傳感器的輸入電路

土壤溫濕度傳感器采用的是工業(yè)級RS485接口的傳感器，其主要特點(diǎn)為體積小、測量精度高、響應(yīng)速度快、互換性好，并且它的三根不銹鋼防水防腐，長期插入土壤中不易生銹、腐爛等，延長其使用壽命。適合在花卉、大棚、農(nóng)田、草坪等需要檢測土壤溫濕度的環(huán)境中使用，并且其探頭可直接插入或者埋入土壤中。由于傳感器是RS485接口，則RS485接口原理圖，如圖1：

3.3系統(tǒng)供電電路

由于土壤溫濕度傳感器是5V供電，而CC2530、CH340T等芯片是3.3V供電，則系統(tǒng)由5V電源適配器通過DC--DC接到系統(tǒng)板為系統(tǒng)供電，土壤溫濕度傳感器和繼電器均為5V供電，直接沖適配器去電，而CC2530是3.3V供電，所以用ASM31117（LDO）降壓到3.3V，系統(tǒng)圖，如圖2：

3.4調(diào)試電路

由于CC2530上帶UART，為了方便在電腦上調(diào)試，在系統(tǒng)板上加USB轉(zhuǎn)UART；選用CH340T將USB轉(zhuǎn)為UART原理圖，如圖3：

3.5 WiFi通信電路

選用ESP8266WiFi模塊，該模塊使用了3.3V的直流電源，體積小，功耗低，支持透傳，丟包現(xiàn)象不嚴(yán)重，而且價格超低；支持AT命令修改rom，直接有AT命令設(shè)置大部分參數(shù)，同時也能將芯片設(shè)置為透傳模式，這樣ESP8266就相當(dāng)于是在互聯(lián)網(wǎng)和UART之間有了通訊橋梁。WiFi原理圖，如圖4：

3.6 液晶顯示

OLED選0.96Inch3.3V供電并且與CC2530通信方式為I2C，主要用在網(wǎng)關(guān)顯示節(jié)點(diǎn)的傳感器檢測到的溫濕度數(shù)據(jù)。

3.7 澆花控制電路

CC2530控制是否澆花主要通過繼電器去控制水泵，CC2530IO輸出高低電平，當(dāng)輸出高電平時水泵澆水，低電平時停止?jié)菜?，原理圖，如圖5：

3.8指示燈按鍵

LED燈及按鍵，LED燈主要由電源顯示燈和功能顯示燈，按鍵主要分為功能按鍵及復(fù)位按鍵，功能按鍵用來設(shè)置土壤溫濕度閾值。

3.9 ZigBee選擇星型拓?fù)?/p>

星型拓?fù)涫且环N簡單的拓?fù)湫问?，其有一個協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和一系列的終端節(jié)點(diǎn)。并且其終端節(jié)點(diǎn)也只能和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，而不能和終端節(jié)點(diǎn)相互通信。在兩個終端節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通訊，就必須要通過協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)來對信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)通信1圖，如圖6：

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括路由器和終結(jié)點(diǎn)程序，其中終結(jié)點(diǎn)主要和路由器組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)由傳感器數(shù)據(jù)采集、處理，上傳至路由器和控制水泵是否澆花。路由器主要實(shí)現(xiàn)收集終結(jié)點(diǎn)的采集的數(shù)據(jù)，處理上傳至安卓APP、和顯示到液晶顯示器上。終結(jié)點(diǎn)的軟件流程圖：如圖7所示；路由器的軟件流程圖：如圖8所示：

5 結(jié)論

本設(shè)計基于ZigBee無線傳感網(wǎng)實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等，設(shè)計思路還可以應(yīng)用在大棚自動灌溉系統(tǒng)、夏天花園草坪澆水等。最后，希望這個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能澆花系統(tǒng)可以得到廣泛地應(yīng)用，之后，將不斷升級其功能和性能，望系統(tǒng)能用到更多的領(lǐng)域中去，比如農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，提高農(nóng)產(chǎn)率，減少人員開銷，希望能使之成為一款能夠吸引大多數(shù)人目光的產(chǎn)品。

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