宋冰倩

（陜西師范大學，陜西 西安 710062）

0 引 言

隨著人們生活品質的大幅度提升，綠植已經成為每個家庭必備的物品，人們可以用它裝飾房間或者凈化空氣。但對于經常出差的人來說，無法細心照顧它們、實時監(jiān)控植物的信息、給予植物適當的營養(yǎng)。因此，智能澆花系統(tǒng)開始引起了許多人的關注。

事實上，國內外已有許多人研究并發(fā)明了各種各樣的智能澆花系統(tǒng)。例如，英國研究者發(fā)明了會提醒主人的智能花盆；Reghukumar等人設計了通過Adafruit云平臺分析植物健康狀況并向農民或相關人員發(fā)送電子郵件警報；文獻[3]中發(fā)明了可以動的“Plantroid”花盆機器人；羅維等人利用TRIZ理論設計了可控自動澆花裝置；李明等人設計了基于Arduino的自動澆花機；杜浩博等人和王哲等人利用單片機設計了自動澆花系統(tǒng)。

借鑒前人的研究，本文設計一種以掌控板為控制器的物聯(lián)網智能澆花系統(tǒng)，該系統(tǒng)有以下特征：一是使用微信公眾平臺作為物聯(lián)網云平臺，實現(xiàn)物物相連、遠程控制；二是以掌控板作為控制器，可以使用少量代碼實現(xiàn)對水泵以及三個傳感器的控制；三是該系統(tǒng)設置了自動和手動兩種澆花模式可供用戶選擇，方便用戶養(yǎng)護自己的植物。

1 系統(tǒng)基本原理

本系統(tǒng)主要組成部分是：微信小程序、服務器、控制器（即掌控板）。如圖1所示，通過各部分相互協(xié)作，實現(xiàn)了數據的交流通信。控制器的作用是把傳感器所收集的所有數據傳遞到網絡服務器上，用戶用手機綁定相應服務號后，就能實現(xiàn)信息的查詢；另外，控制器還將利用從手機端到服務器再到控制器收到的信號去控制繼電器，進而控制水泵出水。服務器部分主要負責微信與物聯(lián)網之間的消息處理，使用者在公眾號上對設備注冊與綁定后，就可以使用設備去查詢與控制傳感器和水泵。微信終端則是關注公眾號，隨時查看相關數據信息、操作水泵和繼電器工作。

圖1 基于掌控板的智能澆花系統(tǒng)整體結構

本項目最終將實現(xiàn)以下功能：通過微信小程序控制燈的亮度；實現(xiàn)遠程控制自動澆花；實現(xiàn)遠程控制手動澆花；遠程實時顯示植物情況，如光照度、土壤濕溫度。

2 系統(tǒng)的硬件組成與軟件設計

2.1 系統(tǒng)的硬件組成

（1）溫濕度傳感器

溫濕度傳感器是一個可以收集外界溫度與濕度數據的器件，它屬于數字類型的傳感器，其具有精度高、操作簡單、價格便宜的特點，被廣泛應用在濕度調節(jié)器、除濕器等領域。本設計采用的DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，其操作簡單、功耗低。

（2）光線傳感器

光線傳感器是基于PT550環(huán)保型光敏二極管的光線傳感器，用途是檢測環(huán)境光線的強度，其原理是利用光敏二極管對光線的敏感性，使電壓電流發(fā)生變化，進而轉化為相應的數值。學生常在創(chuàng)客類比賽中用其制作感應燈等互動作品。

（3）土壤濕度傳感器

土壤濕度檢測由土壤濕度傳感器和A/D轉換電路構成，其中土壤濕度傳感器外表是不銹鋼探針和防水探頭，可埋在土壤內使用，用于檢測表層和深層土壤中的水分子含量，A/D轉換電路主要是將得到的模擬信號轉換成數字信號輸出，然后掌控板對獲得的數字信號進行分析處理。土壤濕度傳感器還可與Arduino、Microbit等開源硬件搭配使用，用來檢測土壤濕度值。

（4）繼電器

繼電器由控制線圈、觸點簧片、銜鐵和鐵芯構成，是一種用電調節(jié)控制的“活開關”，也就是用小電流去控制大電流；它一邊連接控制器，另一邊連接輸出設備（水泵），且它有公共端、常閉端、常開端三個接線處，使用者可根據產品需要選擇常閉或常開端。本文設計的澆花系統(tǒng)是連接公共端和常閉端，就是默認狀態(tài)下水泵是不工作狀態(tài)；當電流發(fā)生變化時，才會打開水泵。由此可見，繼電器連接著控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，發(fā)揮中介開關的作用。

2.2 軟件設計

本設計中采用的掌控板自帶物聯(lián)網模塊，方便設計與安裝。軟件使用mPython，該軟件有圖形化編程和Python兩種模式，模塊種類多，還提供代碼庫、通用傳感器等，新手很容易使用。程序編寫具體思路如下：首先給系統(tǒng)供電；然后開始初始化，連接網絡，若連接成功，則開始采集光線值、溫度值、土壤濕度值，將采集的數值在顯示屏上顯示，并上傳到服務器；用戶在小程序上綁定賬戶后，可以在小程序上以折線圖的形式查看植物的一些生長信息；最后用戶可以在小程序上選擇手動與自動澆水其中一種模式，若手動，則用戶遠程自己控制繼電器開關，讓水泵出水，若選擇自動模式，就先判斷土壤濕度值是否大于或等于2 500，以此來決定繼電器開關以及水泵出水。程序流程如圖2所示。

圖2 基于掌控板的智能澆花系統(tǒng)流程

3 系統(tǒng)的測試運行

將硬件連接、程序編寫完成后，開始進入測試運行階段，首先關注微信小程序“我的掌控版”；然后綁定信息后，進行光線、溫濕度、水泵測試。如圖3為小程序部分測試的數據結果，圖4為具體實物圖。

圖3 微信小程序測試結果

4 結 語

本文設計了基于掌控板的智能澆花系統(tǒng)。用戶可以通過微信小程序隨時查看植物狀態(tài)，解決常常無法親自照顧植物的問題。該項目處于基礎階段，后續(xù)還將繼續(xù)改進，增加多盆植物照顧、不同植物分類照顧以及為植物殺蟲的功能，使其更加滿足人們需求，更加實用。

圖4 基于掌控板的智能澆花系統(tǒng)實物