基于ATMEGA2560的智能盆栽呵護系統(tǒng)

宋緒秋 宮世能 劉琪

摘 要：隨著人們生活水平的提高，人們對于家居環(huán)境和空氣質量的要求越來越高。人們往往會通過種植一些綠色植物來改善家居環(huán)境和空氣質量，同時也可以緩解自己的壓力，放松心情。然而人們往往因為工作繁忙而無暇照顧盆栽，缺乏相應的種植經驗而導致盆栽死亡。調查發(fā)現(xiàn)，人群中有相當高比例愿意體驗以及使用遠程功能來照顧植物，達到給植物澆水以及監(jiān)控植物生長狀況的目的。由此可見，智能盆栽呵護系統(tǒng)是很有市場潛力的。本系統(tǒng)根據(jù)市場上主流產品的功能開發(fā)出更具有競爭力的產品，比同類產品功能更強大，更穩(wěn)定，更有性價比。

關鍵詞：信息采集；智能分析；遠程控制；信息交互

一、智能盆栽呵護系統(tǒng)的背景

（一）同類產品缺陷

目前國內外市場上已經有多款智能盆栽呵護系統(tǒng)，他們雖然能在一定程度滿足人們需求，但是確存在以下幾個缺點：

（1）功能簡單的產品智能化不高，對人工依賴過高；

（2）智能化程度高的產品操作繁瑣，不利于用戶的使用；

（3）價格過于昂貴，遠遠超出大部分用戶可接受的心理價位。

（二）系統(tǒng)簡介

本團隊根據(jù)前期調查和以上數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，人們需要一款價格低廉，操作簡單，呵護到位，對人工依賴程度低的智能盆栽呵護系統(tǒng)。本項目研制的智能盆栽呵護系統(tǒng)采用優(yōu)質的各種傳感器模塊構成該系統(tǒng)的感知層，通過巧妙地算法設計實現(xiàn)零人工干預的自主呵護功能；采用基于TCP/IP網絡協(xié)議的通信設備構成該系統(tǒng)的網絡層，實現(xiàn)盆栽各項健康數(shù)據(jù)的實施傳輸；通過手機客戶端構成該系統(tǒng)的應用層，實現(xiàn)植物各項健康數(shù)據(jù)的實時更新以及人工的額外呵護功能。摒棄市場上昂貴產品里贅余的復雜的附加功能，真正實現(xiàn)價格低廉，并滿足人們呵護盆栽的切實需求。

（三）研究內容和擬解決的問題

研究內容：

（1）深入了解植物的最佳生長環(huán)境要素；

（2）深入分析智能盆栽呵護系統(tǒng)的工作原理及過程；

（3）溫濕度及光照強度數(shù)據(jù)的采集技術及實時傳輸技術研究；

（4）智能盆栽呵護系統(tǒng)遠程通信的技術研究。

擬解決的關鍵問題：

（1）實現(xiàn)智能盆栽呵護系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)指標的信息采集；

（2）信息的綜合處理與分析；

（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸；

（4）客戶端與系統(tǒng)之間的交互。

二、智能盆栽呵護系統(tǒng)的設計方案

（一）初步設計方案

智能盆栽呵護系統(tǒng)感知層的主模塊主控芯片采用ATMEGA2560芯片，由光照強度傳感器、土壤濕度傳感器、空氣溫濕度傳感器進行相應的數(shù)據(jù)的采集，并將相應的數(shù)據(jù)指標送達主模塊進行綜合分析處理，芯片根據(jù)數(shù)據(jù)指標得出植物的生長狀況后，使得基于TCP/IP協(xié)議的無線發(fā)射模塊通過WLAN連接方式將數(shù)據(jù)上傳到網絡層，用戶獲取相關信息只需連接云端網絡層。若土壤濕度較低，用戶可通過訪問網絡層發(fā)送澆水的命令指示，感知層即可從網絡層獲取相關命令指示，使得主控芯片發(fā)出相應的指令。利用ATMEGA2560芯片資源豐富的I/O口及自有的定時器功能，可控制舵機的正反轉來打開或關閉滴灌開關，并確定打開多久時間，使得相應的土壤濕度維持在一個適宜植物生長的水平。當土壤濕度低于某個設定值時，主控芯片會自行判斷并發(fā)出打開開關的指令。

（二）項目方案論證

本方案采用ATMEGA2560芯片的功能控制舵機打開滴灌開關的時間，能夠非常準確的確定施加水量的多少，能夠避免突然大流量的水流造成的澆水過多問題。并由于其內部的功能強大的I/O口，多種獨立的時鐘分屏器，高速的處理性能令人耳目一新，并能通過WLAN與云端進行數(shù)據(jù)交換，成為智能植物灌溉系統(tǒng)主控系統(tǒng)的最佳設計方案。

三、關于本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處

本項目的創(chuàng)新之處包括：

（1）系統(tǒng)配有多種傳感器，可對土壤濕度、光照強度以及空氣溫濕度等重要環(huán)境指標實時反饋；

（2）該系統(tǒng)沒有采用傳統(tǒng)的微型水泵灌溉方法，而是采取了更加節(jié)能更加環(huán)保的根部滴灌灌溉方式；

（3）主控芯片通過將數(shù)據(jù)上傳到網絡層云端，然后通過應用層訪問云端數(shù)據(jù)庫的形式完成了系統(tǒng)和應用層之間的信息交互，達到了能夠遠程獲取系統(tǒng)信息并做出相應反應的目的。

四、關于智能盆栽的市場推廣

（一）生產商及銷售商

我們根據(jù)市場調查發(fā)現(xiàn)，智能盆栽系統(tǒng)十分具有市場潛力，值得開發(fā)和投資。開發(fā)團隊認為，為了較快的打開并占據(jù)市場，同時減輕風險和負擔，可以考慮由代工廠進行代工，開發(fā)團隊提供技術支持并設定出廠合格標準。同時團隊認為，在銷售上可以采用多級代理的方式將產品推廣到每一個潛在客戶手中。

（二）相關國家規(guī)定

本團隊開發(fā)的產品滿足了國家節(jié)能要求，做到了環(huán)保無污染，并且符合智能化的條件，很好的抓住了用戶痛點，解決用戶的問題。

（三）價格問題

本團隊在已開發(fā)產品的基礎上繼續(xù)進行技術升級，以求繼續(xù)降低產品成本，擴大產品推廣，讓每一個有智能盆栽需求的客戶都用上我們的產品，為更多人服務。

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