基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能盆栽管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計

馬本驥 紀(jì)興峰

摘要基于傳感技術(shù)和無線通信技術(shù)，實現(xiàn)對盆栽植物相關(guān)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)實時采集和數(shù)據(jù)的無線傳輸。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想，利用傳感器對盆栽植物的溫濕度和光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場采集，利用無線通信技術(shù)和手機(jī)終端完成檢測數(shù)據(jù)的實時處理，通過wifi模塊進(jìn)行過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而實現(xiàn)智能盆栽管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)化和過程控制的智能化，整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、成本低廉等特點，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有良好的推廣價值和廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞傳感技術(shù);無線通信技術(shù);wifi模塊

中圖分類號S126文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611（2019）03-0248-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.076

隨著生活水平的日益提高，人們對于生活品質(zhì)的追求也越來越高。為緩解緊張工作帶來的壓力、改善居住環(huán)境，盆栽植物受到了人們的日益青睞。目前，盆栽植物不僅進(jìn)入家庭，作為商機(jī)，各類種植、培育盆栽植物的公司企業(yè)不斷涌現(xiàn)，并且栽培規(guī)模也越來越大，因此及時了解、掌握影響栽培植物的溫度、濕度和光照對盆栽植物的生長、管理顯得尤為重要[1]。但是由于生活節(jié)奏的加快，人們大都忙于工作和學(xué)習(xí)，沒有過多的時間和精力關(guān)注自己的盆栽植物，多數(shù)市民也缺乏盆栽植物管理的必需知識和經(jīng)驗，造成所栽植物的枯萎甚至死亡;而盆栽植物企業(yè)為掌握栽培植物的生長參數(shù)大多采用現(xiàn)場人工測量的方式，這不僅工作量大，而且成本也偏高，因此盆栽植物的智能控制和自動化管理對于盆栽植物生產(chǎn)是大勢所趨。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線傳感技術(shù)的飛速發(fā)展使得盆栽植物的自動化管理成為可能，也為其智能化控制提供支撐[2]。

筆者以STC89c52為核心，利用傳感技術(shù)實現(xiàn)對影響盆栽植物生長的溫度、濕度和光照強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場采集，利用無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過手機(jī)進(jìn)行綜合處理對盆栽植物進(jìn)行日常護(hù)理，利用wifi模塊實現(xiàn)管理的遠(yuǎn)程控制，以最快的速度獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，輕松、及時掌握盆栽植物的生長態(tài)勢，旨在科學(xué)有效地對盆栽植物實施管理，全面提高盆栽植物的品質(zhì)[3]。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件采用模塊化設(shè)計，主要有電源模塊、智能控制模塊、交互模塊、補(bǔ)光模塊、傳感器檢測模塊、自動噴灑模塊、無線wifi模塊等幾部分構(gòu)成。其中處理器控制模塊主要以Arduino UNO和STC89C52單片機(jī)為核心，負(fù)責(zé)盆栽植物的現(xiàn)場參數(shù)采集和植物葉面的保濕與補(bǔ)光控制;數(shù)據(jù)檢測模塊主要是實現(xiàn)植物溫濕度和光照的現(xiàn)場采集，對所采集信號進(jìn)行預(yù)處理并傳送至Arduino，通過wifi模塊發(fā)送到手機(jī)客戶端進(jìn)行實時監(jiān)控;補(bǔ)光控制模塊主要采用PWM恒流驅(qū)動電路，實現(xiàn)植物的定量、精準(zhǔn)補(bǔ)光;利用無線wifi模塊和用戶交互模塊通過微信和手機(jī)APP實現(xiàn)對室內(nèi)溫濕度和光照的遠(yuǎn)程監(jiān)控[4-5]。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設(shè)計

2.1數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計

影響盆栽植物生長的因素主要是溫濕度和光照，系統(tǒng)選用DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器和標(biāo)準(zhǔn)調(diào)理電路作為測量單元，采集的數(shù)字信號經(jīng)過預(yù)處理后送至Arduino UNO的PC0引腳，并由Arduino UNO內(nèi)部的ATmega328處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的現(xiàn)場處理。對于光照強(qiáng)度選用BH1750FVI數(shù)字式傳感器作為檢測元件，該傳感器可以進(jìn)行1 lx的高精度測定，芯片內(nèi)部包含了通信電平轉(zhuǎn)換，可以直接和處理器的I/O端口連接，采集的光照參數(shù)經(jīng)過預(yù)處理后送至Arduino UNO的PC1引腳，同樣由ATmega328處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的現(xiàn)場處理。采集的溫濕度與光照信號經(jīng)過ESP8285無線wifi控制模塊傳送到手機(jī)微信客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控[6]，其采集和控制原理如圖2所示。

2.2過程控制電路設(shè)計

過程控制主要依據(jù)手機(jī)接收到的采集溫濕度和光照信號，利用手機(jī)APP遠(yuǎn)程對盆栽植物進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)和補(bǔ)水操作，其原理電路如圖3所示[7]。由ESP8266實現(xiàn)與手機(jī)APP的雙向通信，接受手機(jī)的控制命令并傳至C52的P3.0和P3.1端，通過簡單處理后由對應(yīng)端口輸出控制信號控制驅(qū)動電路，進(jìn)而實現(xiàn)溫度的升降和濕度的調(diào)節(jié)[8]。

2.3通信模塊的設(shè)計

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信采用基于串行無線網(wǎng)絡(luò)的wifi模塊，其中ESP8285無線wifi控制模塊的RXD接Arduino的PD1（TXD）腳，TXD接Arduino的PD0（RXD）腳，實現(xiàn)微信端的溫濕度的實時監(jiān)控;ESP8266無線wifi控制模塊的RXD接C52單片機(jī)的P3.1（TXD）腳，TXD接C52單片機(jī)的P3.0（RXD）腳實現(xiàn)現(xiàn)場的溫濕度控制和補(bǔ)光操作[9]。

3系統(tǒng)軟件的設(shè)計

系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要包括無線通信網(wǎng)絡(luò)的建立、溫濕度和關(guān)照度等數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的無線傳遞以及外圍設(shè)備的控制部分，系統(tǒng)的采集、控制主流程如圖4所示[10]。其中數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)的串行無線傳輸和控制信號的輸出部分的控制流程均是成熟流程，這里不做過多分析介紹。

4系統(tǒng)的測試

為驗證所設(shè)計系統(tǒng)的功能，選擇學(xué)校苗圃作為測試場所，以苗圃內(nèi)部分盆栽植物的溫濕度作為遠(yuǎn)程采集對象，遠(yuǎn)程采集其溫度，測試盆栽植物葉面保濕狀況，同時利用手機(jī)APP實現(xiàn)對于盆栽植物補(bǔ)光控制，利用Android應(yīng)用程序，遠(yuǎn)程微信測得盆栽植物的溫濕度實時參數(shù)如圖5所示，遠(yuǎn)程APP補(bǔ)光控制如圖6所示。經(jīng)過測試，傳感器采集的數(shù)據(jù)能

5小結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下盆栽植物管理系統(tǒng)主要是利用目前廣為使用的無線通信技術(shù)所特有的通信優(yōu)勢，結(jié)合傳感技術(shù)實現(xiàn)對盆栽植物現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、傳輸與控制。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集實時、數(shù)據(jù)傳輸可靠以及數(shù)據(jù)傳輸距離較遠(yuǎn)等特點。結(jié)合組網(wǎng)技術(shù)解決規(guī)模栽培企業(yè)的傳統(tǒng)有線監(jiān)測系統(tǒng)存在的缺陷和不足，推動傳統(tǒng)栽培的智能型、精細(xì)型轉(zhuǎn)變，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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