基于家居智能服務(wù)體系的植物養(yǎng)護者

葛志斌 吳旭

【摘 要】隨著Internet、大數(shù)據(jù)以及5G技術(shù)的發(fā)展，智能化、自主化設(shè)備將成為智能家居的重要組成，滿足人們對舒適、高效、便捷家居生活的追求。為創(chuàng)造一個更加便捷、智能、自由的家居生活，智能家居設(shè)備有著廣闊的應(yīng)用前景，在不久的將來并將引發(fā)新一輪的革命，論文主要介紹了一種基于家居智能服務(wù)體系的植物養(yǎng)護者。

【Abstract】With the development of internet， big data and 5G technology， intelligent and autonomous devices will become an important component of smart home to meet people's pursuit of comfortable， efficient and convenient home life. In order to create a more convenient， intelligent and free home life， smart home appliances have broad application prospects and will bring a new round of revolution in the near future. The paper mainly introduces a kind of plants caregivers that based on the intelligent server system of household.

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；5G；智能家居；分布式組網(wǎng)；無線通信

【Keywords】 internet of things； 5G； smart home； distributed networking； wireless communication

【中圖分類號】TP311 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）03-0129-02

1 引言

如今社會生活節(jié)奏加快，一場說走就走的旅行成為新一代年輕人的主潮流，但是一些煩瑣的事物往往牽絆了人們的雙腳，如澆花、養(yǎng)魚等。為了解綁現(xiàn)代人的雙腳，滿足人們對旅行的需求，增加人們生活的樂趣，智能家居便應(yīng)運而生，智能澆花系統(tǒng)不僅能夠幫助人們解決按時澆花的問題，還有效地促進了家養(yǎng)植物的茁壯生長。

2 澆花系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，硬件部分包括一個STM32主控中心、兩個STM32智能終端控制器、Arduino小車驅(qū)動系統(tǒng)、Wi-Fi無線傳輸模塊以及多種傳感器。

濕度傳感器將采集到的濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32終端控制器，通過Wi-Fi模塊將濕度數(shù)據(jù)傳給STM32主控中心，如果濕度值低于設(shè)定值，就向澆水小車發(fā)送澆水信號。小車上的液位傳感器會實時監(jiān)測水箱水位，并與終端同步，若水位較低則啟動小車至水閥處請求加水，若水量充足則直接至植物處澆水。當土壤濕度滿足要求時，主控模塊發(fā)送停止?jié)菜盘枺≤囮P(guān)閉水閥，并返回原地。

整個系統(tǒng)由6個模塊構(gòu)成，分別為：程序下載與在線調(diào)試端口模塊、電源及其輸入輸出接口模塊、STM32串口模塊、定時器中斷（通用定時器）模塊、STM32的ADC模塊和三種傳感器元件。它們以STM32f103開發(fā)板為中心，以Wi-Fi232模塊為信號交換中心，實現(xiàn)不同的功能。

3 軟件設(shè)計與流程

3.1土壤觀測節(jié)點濕度監(jiān)測

當土壤傳感器感受到土壤干濕度的變化時，通過AD轉(zhuǎn)換出的電位的變化經(jīng)ARM控制板與預(yù)設(shè)的電壓閥值作比較，監(jiān)測值低于閥值時，控制板發(fā)送信號到Wi-Fi模塊，通過簡易通信協(xié)議向主控單元模塊發(fā)送澆水信號。

3.2 “護花使者”液位監(jiān)測節(jié)點和運載

節(jié)點接收到主控單元模塊發(fā)送的澆水請求信號后，ARM控制板則將液位傳感器傳送的數(shù)字信號與預(yù)先設(shè)定的閥值對比。若液位的電位信號高于閥值則發(fā)送啟動信號給Arduino板，開啟電機驅(qū)動，通過紅外循跡指示小車將水運輸?shù)交ㄅ杼帯５竭_目的地，關(guān)閉電機。接著發(fā)送澆灌信號控制水閥以滴灌的方式予以澆水。若液位的信號低于閥值則向Ardunio板發(fā)送缺水信號和啟動信號，開啟電機驅(qū)動，指示小車開往加水處。到達加水處之后，小車的ARM控制板通過簡易傳輸協(xié)議向主控單元模塊發(fā)送加水信號。

3.3 主控單元模塊接收和發(fā)布信號

主控單元模塊設(shè)置在加水處，從啟動程序開始，便一直請求和接收土壤濕度數(shù)據(jù)并通過I/O口發(fā)送至LCD屏予以實時顯示土壤濕度情況。當主控單元接收到請求信號后，通過ARM控制板進行濕度與閥值的比較，若濕度低于閥值則向液位監(jiān)測節(jié)點發(fā)布澆水信號，同時請求小車水箱的液位數(shù)據(jù)。接收到的液位信號低于預(yù)設(shè)閥值時，向液位監(jiān)測節(jié)點發(fā)布加水信號。若主控單元模塊收到液位監(jiān)測節(jié)點發(fā)送的加水信號則打開水閥，予以加水。此時，假如收到小車Wi-Fi模塊發(fā)送來的停止加水信號，則關(guān)閉水閥，再次等待土壤濕度數(shù)據(jù)。

4 調(diào)試與誤差分析

為了小車能夠正確循跡到達盆栽處，需要不斷搜集和更新軌道信息。在此次設(shè)計中，采用了紅外感應(yīng)作為循跡元件。因為它利用的是紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)而轉(zhuǎn)化為電信號，為了避免信號發(fā)生誤讀，所以在多次測試之后，選擇色差最大的黑白作為軌跡來使紅外傳感器識別，最終使小車能夠較為準確地循跡運水。

5 結(jié)論

基于無線網(wǎng)絡(luò)的家庭植物看護者，是以家庭園藝養(yǎng)護為前提的研究，具有較強的應(yīng)用性。為了突出監(jiān)控信息無線傳輸、滿足全方位向光性需求和全自動智能補給水的三大特點，相關(guān)研究人員對基于無線網(wǎng)絡(luò)的家庭植物看護者的硬件部分，包括采集端、控制端、網(wǎng)關(guān)三個部分進行了相應(yīng)的設(shè)計。首先在嵌入式處理器的基礎(chǔ)上擴展了土壤傳感器、液位傳感器、紅外傳感器，充分滿足系統(tǒng)的信息采集要求；擴展了無線Wi-Fi模塊，在物理層面上擴大了控制范圍，更具簡易性。另外加入自主設(shè)計的簡單協(xié)議，避免了信息同時傳輸?shù)臎_突；擴展RS232口，下載程序用于調(diào)試。擴展了LCD輔助顯示系統(tǒng)接口，可以輕松地進行圖像、文字顯示。

本作品基于STM32和Arduino板為控制平臺實現(xiàn)了監(jiān)測、控制、空間運載等功能，通過Wi-Fi定義控制節(jié)點并提供了可靠的分布式網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)與室內(nèi)的家居智能電子設(shè)備的信息交互。在家居看護網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實時控制之下，通過軟件及硬件相應(yīng)的執(zhí)行機制，對所有連接到智能看護網(wǎng)絡(luò)上的各種設(shè)備實現(xiàn)監(jiān)測和控制。整個設(shè)計以無線通訊作為控制方式、嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)軟、硬件的裁剪以及擴展，為人們實現(xiàn)便捷的、舒適的、網(wǎng)絡(luò)化的生活提供了有效的解決方案。