朱定林　譚玉枚　周曉春

【摘 要】針對日常生活中人們熱衷于盆栽種植但又因工作繁忙而忘記澆水導致盆栽枯死的問題，本文提出采用STM32作為系統(tǒng)主控芯片，構建一個“手機APP+現場傳感器控制”的智能監(jiān)控種植系統(tǒng)。通過對指定植物種植環(huán)境的溫度、濕度數據進行統(tǒng)計分析，能實現自動澆灌、調整光照、遠程告警及無線監(jiān)控等功能，最終實現盆栽智能種植，為盆栽種植愛好者提供便利。本系統(tǒng)設計具有簡單、實用性強、可靠性高等特點。

【關鍵詞】STM32單片機;現場傳感器控制;智能澆水

中圖分類號： S688;TP368.1 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）31-0007-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.003

The Design of a Remote Monitoring Watering Potted System Based on STM32

ZHU Ding-lin TAN Yu-mei* ZHOU Xiao-chun

（School of information and communication engineering， hezhou university， Hezhou Guangxi 542899， China）

【Abstract】With the problem that more people are keen on pot planting in daily life but no time to take care of them， the paper implements intelligent monitoring and planting system by taking STM32 as the main control chip? to construct an of "mobile phone app + field sensor control ". Through the statistical analysis of the temperature and humidity of the designated plant， the functions of automatic watering， adjusting illumination， remote alarming and wireless monitoring can be realized， which can provide convenience for pot planting enthusiasts by the intelligent planting design. The result shows that this design meets the advantages of simplicity， practicability and reliability.

【Key words】STM32; Field sensor control; Intelligent watering

隨著人們的生活質量的逐步提高，人們對居住環(huán)境也有了更高的追求[1]。當前，盆栽隨處可見，無論是辦公裝飾、餐廳布局還是家庭擺設，都成了大部分人生活不可或缺的一部分，尤其諸如多肉植物類的盆栽廣受女士的喜愛，但如何種植護理卻成了一個難題。此外，養(yǎng)殖花草成敗的關鍵在于盆栽的澆水量和給予的光照強度是否適時適量，需要費心費時去呵護花草。近年來，市場上有許多類型的自動澆花裝置，澆水方式還是采用傳統(tǒng)的雨幕式澆花，不僅浪費水，而且還非常浪費水資源[2].因此，設計一個能夠實時的檢測盆栽土壤濕度，還能根據濕度進行自動澆水等操作，保證土壤濕度以適應植物的生長環(huán)境的智能盆栽裝置，具有非常實用的意義[3-4]。

1 系統(tǒng)總體框架設計

本項目通過構建一個“手機APP+現場傳感器控制”的智能監(jiān)控種植系統(tǒng)，對指定植物種植環(huán)境的溫度、濕度數據的統(tǒng)計分析，自動實現澆灌、光照調整、遠程告警及無線監(jiān)控等功能，實現智能種植。智能盆栽種植監(jiān)控系統(tǒng)由七個模塊組成，包括主控制器模塊、溫度模塊、濕度模塊、灑水模塊、攝像頭模塊、無線模塊和日光模 塊。針對不同的花卉，設計了個性化專屬控制方式：第一種是手動控制模式，用戶只需調節(jié)所需的模式就可以按照設定周期進行澆水，還可以自定義控制進水量;第二種是利用濕度傳感器檢測盆栽的濕度，當土壤濕度較低時，主控制器會在出現低值超過6小時候做出響應，進行水分的補償，當土壤濕度較高時，水分過多將會發(fā)送停止信號到主控制器模塊，主控制器模塊進行數據處理判斷，若水份飽和度超出設定閾值，立即斷開灑水模塊對花盆水源的供應;第三種利用手機通過網絡發(fā)送定時定量澆水控制命令，盆栽通過無線模塊ESP8666連接到云端上，當盆栽主控制器通過無線模塊訪問到云端有控制指令下達濕，將按照云端指令解析后，控制灑水模塊進行開閥澆花，達到設定量時關閉閥門。此種方式面向不同的花卉，可以在APP端自主選擇不同品種的植物，每種植物都設定了不一樣的種植環(huán)境，方便不同盆栽進行養(yǎng)護，提高了盆栽的多樣性處理，體現了系統(tǒng)的智能特性。系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構設計

2 系統(tǒng)各部分硬件電路設計

2.1 無線模塊設計

無線模塊采用安信可ESP8266-12F模塊，主要實現了云端和盆栽終端的通信。手機端發(fā)送控制指令后在云端進行數據中轉，通過無線網絡傳送給盆栽終端的無線模塊，無線模塊接收到指令后，把指令通過串口通信的方式發(fā)送給主控制器，主控制器接收到指令后驅動灑水模塊進行水分的補充，從而實現了手機遠程控制。無線模塊原理圖如圖2所示。

圖2 無線模塊電路圖

2.2 DC-DC電路設計

該DC-DC降壓電路將5V降到3.3V，若采用普通的三端穩(wěn)壓管，第一體積過大，不便于布局電路和安裝，第二就是輸出電流小，達不到要求。因此該電路在體積上比較小，易安裝和在PCB上的布局，而且輸入輸出壓差比較小，所以損耗小發(fā)熱量也小。

圖3 DC-DC電路圖

3 建立開放性實驗室，鼓勵學生參與老師的科研工作

3.1 系統(tǒng)主程序

智能盆栽種植監(jiān)控系統(tǒng)主要是在主控制器的控制下，對無線模塊接收到的指令進行解析，進而控制灑水模塊驅動電機控制出水閥，以達到控制出水量，實現智能種植的目的。智能盆栽種植監(jiān)控系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示[5]。

圖4 主程序流程圖

3.2 無線傳輸程序設計

無線模塊主要采用TCP/IP的協(xié)議進行網絡對接，通過TCP協(xié)議連接到云端，采用GET的方式獲取云端狀態(tài)，以POST的方式上傳盆栽當前的各項數據，實時回饋快照到云端供移動APP端查看植物的生長狀態(tài)。

（1）通信協(xié)議：電壓3.3VDC，波特率4800，1個起始位，2 個停止位，無校驗位，半雙工方式;每幀字節(jié)發(fā)送間隔為4ms;幀頭為0x55AA;校驗方式為前n項總和;取低八位后加上第n+1項校驗碼。

（2）不同類型數據幀格式：ID+數據長度+數據。

主要控制命令及功能如下：

0x55aa 0x07 0x01 0x01 0x01 0x02：開機;

0x55aa 0x07 0x01 0x01 0x00 0x01：關機;

0x55aa 0x07 0x02 0x01 0x01 0x03：自動看護;

0x55aa 0x07 0x02 0x01 0x00 0x02：手動看護;

0x55aa len 0xFF datalen ndata checksum：上傳所有狀態(tài)到云端。

4 系統(tǒng)調試

系統(tǒng)上電后進入第二種控制模式，無線模塊進入Smartconfig配網模式等待用戶配網。用戶配網成功后，盆栽上網絡指示燈亮起，測試無線模塊狀態(tài)反饋結果正常。此時在APP端設定自定義種植護理模式，盆栽收到回復并且顯示當前的工作模式，并可查看APP端頁面顯示的盆栽植物生長狀態(tài)，狀態(tài)反饋正常，土壤濕度、環(huán)境溫度、光照亮度、灑水機狀態(tài)、植物快照回饋圖像等都正常。經過測試時長48小時后發(fā)現，無線模塊無離線進入假死狀態(tài)，期間模塊出現掉線重連次數不超過5次。手控模式調節(jié)灑水模塊，回饋數據正常，土壤濕度、環(huán)境溫度也相應地反饋實時數據到盆栽顯示器，同時無線模塊也同步了數據到云端，APP拉取數據成功，拉取數據延時時間平均300ms。自動控制模式，測試時長24小時，土壤濕度曲線按照設定值運行，誤差在±5%。同時環(huán)境溫度等也反饋同步。

5 總結

該系統(tǒng)采用了三種控制方式：手動控制模式，傳感器檢測模式和無線控制模式，針對不同的植物對用戶提供多種護理方案，對盆栽進智能定時定量澆水。當盆栽土壤濕度和光照量達到一定值時，澆水系統(tǒng)和光照系統(tǒng)會自動進行補給或停止補給。利用通信模塊的終端隨時隨地地控制和管理植物的生長狀況，讓盆栽的種植更加科學、高效。此外，采用DC-DC降壓電路將5V降到3.3V，降低了電源電壓功耗，達到更有性能。最后，本系統(tǒng)的設計簡單實用、智能、人性化，具有較廣泛的應用前景。

【參考文獻】

[1]涂穎，劉葉林，李剛.基于STM32智能盆栽遠程補光澆水設計[J].電子制作，2018（13）：26-28.

[2]張娜，吳文福，杜吉山，顧冰潔，邢左群.智能花盆的研究現狀與發(fā)展前景[J].農業(yè)與技術，2016，36（01）：174-176.

[3]王力，鄧鵬，馬雪芬.基于單片機的盆栽智能澆水控制系統(tǒng)設計[J].輕工科技，2018，34（04）：60-61.

[4]張兆朋.基于AT89S52的家庭智能澆花器的設計[J].電子設計工程，2011，19（05）：39-41+44.

[5]周程，朱兆優(yōu)，劉雪楓.基于ATmega128的智能澆花機的設計[J].電子質量，2014（04）：41-43.