物聯(lián)網(wǎng)智能花窖控制系統(tǒng)

劉鎧毅，李昊哲，馬

（大連理工大學(xué)城市學(xué)院，遼寧 大連 116600）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)智能花窖控制系統(tǒng)可推動(dòng)養(yǎng)花產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，解決養(yǎng)花人因監(jiān)測花窖環(huán)境不便帶來的問題。用智能化的監(jiān)測設(shè)備對花窖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過手機(jī)APP可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，給養(yǎng)花人帶來便利。

1 系統(tǒng)總體方案

物聯(lián)網(wǎng)智能花窖控制系統(tǒng)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)、多個(gè)子節(jié)點(diǎn)及客戶端組成。子節(jié)點(diǎn)用于檢測花窖土壤濕度，將檢測結(jié)果發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)，并可根據(jù)設(shè)定閾值出水噴灌；主節(jié)點(diǎn)可將設(shè)定與檢測的數(shù)值顯示在液晶屏上，并可完成儲水箱進(jìn)水，控制加熱器或換氣扇工作，還可與手機(jī)客戶端進(jìn)行信息溝通，實(shí)現(xiàn)智能化花窖控制。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.1 主節(jié)點(diǎn)

主節(jié)點(diǎn)由STC15W4K56S4單片機(jī)完成系統(tǒng)控制。其輸入信號包括超聲波水位檢測、環(huán)境溫濕度檢測、開關(guān)參數(shù)設(shè)置；輸出信號包括換氣繼電器控制、加熱繼電器控制、進(jìn)水電磁閥控制、蜂鳴器報(bào)警控制、128×64液晶顯示控制；雙向傳輸信號包括數(shù)據(jù)存儲、短距離無線通信、遠(yuǎn)程無線通信。主節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖2 主節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)框圖

1.2 子節(jié)點(diǎn)

子節(jié)點(diǎn)由STC89C52單片機(jī)完成控制。其輸入信號包括土壤濕度檢測；輸出信號包括出水電磁閥控制、通信中斷報(bào)警控制；雙向傳輸信號包括短距離無線通信。子節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

圖3 子節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)框圖

1.3 手機(jī)客戶端

手機(jī)客戶端可顯示各子節(jié)點(diǎn)濕度、主節(jié)點(diǎn)溫濕度，同時(shí)也可根據(jù)需要更改以上數(shù)值的閾值。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)智能花窖控制系統(tǒng)工作原理如圖4所示。圖中主節(jié)點(diǎn)采用STC15W4K56S4單片機(jī)[1]，子節(jié)點(diǎn)采用STC89C52單片機(jī)。主、子節(jié)點(diǎn)間的短距離無線通信采用E32-TTL-100無線模塊完成。主節(jié)點(diǎn)檢測環(huán)境溫濕度，采用DHT11傳感器；子節(jié)點(diǎn)檢測土壤濕度，采用可插入土壤的濕度傳感器模塊完成。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸采用WiFi通信模塊ESP8266完成[2]。

圖4 系統(tǒng)工作原理圖

子節(jié)點(diǎn)采集花窖土壤濕度，通過E32-TTL-100短距離無線通信模塊將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定閾值時(shí)，子節(jié)點(diǎn)控制電磁閥進(jìn)行噴灌。主節(jié)點(diǎn)可將環(huán)境溫濕度、儲水箱水位、子節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的土壤濕度數(shù)值顯示在液晶屏上。在檢測中，若主節(jié)點(diǎn)判斷花窖內(nèi)溫度低于閾值，則控制繼電器啟動(dòng)加熱器工作；若判斷花窖內(nèi)濕度高于閾值，則控制繼電器啟動(dòng)換風(fēng)扇工作。主節(jié)點(diǎn)還可通過超聲波檢測水箱水位，并判斷是否控制水箱上水。

主節(jié)點(diǎn)采用E32-TTL-100模塊與各子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)互傳，查詢子節(jié)點(diǎn)工作情況，若某子節(jié)點(diǎn)失聯(lián)，則主、子節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件分為主節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)兩部分。主節(jié)點(diǎn)程序流程如圖5所示。系統(tǒng)初始化后，系統(tǒng)循環(huán)檢測環(huán)境溫濕度、檢測儲水箱水位、查詢子節(jié)點(diǎn)，判斷是否通過開關(guān)或手機(jī)修改參數(shù)閾值。當(dāng)環(huán)境溫濕度未滿足設(shè)定要求時(shí)，P36或P37引腳輸出高電平，啟動(dòng)加熱器或換氣扇工作；當(dāng)儲水箱水位不滿足要求時(shí)，P35引腳輸出高電平，控制進(jìn)水電磁閥工作；當(dāng)主、子節(jié)點(diǎn)能正常通信時(shí)，傳輸?shù)街鞴?jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)點(diǎn)位和土壤濕度值顯示到液晶屏上；否則，報(bào)警提示[3]。

子節(jié)點(diǎn)程序流程如圖6所示。系統(tǒng)初始化后，系統(tǒng)循環(huán)檢測土壤濕度、查詢主節(jié)點(diǎn)。當(dāng)土壤濕度未滿足設(shè)定要求時(shí)，P20引腳輸出控制信號，控制出水電磁閥出水噴灌；當(dāng)主、子節(jié)點(diǎn)不能正常通信時(shí)，進(jìn)行報(bào)警提示。

4 手機(jī)客戶端設(shè)計(jì)

手機(jī)客戶端主要用于遠(yuǎn)程查看花窖控制系統(tǒng)前端傳感器采集到的數(shù)據(jù)，包括4個(gè)子節(jié)點(diǎn)的土壤濕度數(shù)值，主節(jié)點(diǎn)環(huán)境溫度、濕度數(shù)值；同時(shí)可進(jìn)行參數(shù)值的閾值修改包括4個(gè)子節(jié)點(diǎn)的出水控制閾值，主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)加熱器、啟動(dòng)換氣扇的控制閾值[4]。

圖5 主節(jié)點(diǎn)程序流程圖

圖6 子節(jié)點(diǎn)程序流程圖

5 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)智能花窖控制系統(tǒng)通過一個(gè)主節(jié)點(diǎn)、多個(gè)子節(jié)點(diǎn)和手機(jī)客戶端協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了花窖的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化控制，推動(dòng)了種植技術(shù)的發(fā)展。