基于物聯網技術的智能盆栽管理系統的研究與設計

馬本驥 紀興峰

摘要基于傳感技術和無線通信技術，實現對盆栽植物相關數據的精準實時采集和數據的無線傳輸。系統采用模塊化設計思想，利用傳感器對盆栽植物的溫濕度和光照強度等數據進行現場采集，利用無線通信技術和手機終端完成檢測數據的實時處理，通過wifi模塊進行過程的遠程監控，從而實現智能盆栽管理系統數據采集的精準化和過程控制的智能化，整個系統具有結構簡單、性能穩定、成本低廉等特點，在現代農業領域具有良好的推廣價值和廣泛的應用前景。

關鍵詞傳感技術;無線通信技術;wifi模塊

中圖分類號S126文獻標識碼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、改善居住環境，盆栽植物受到了人們的日益青睞。目前，盆栽植物不僅進入家庭，作為商機，各類種植、培育盆栽植物的公司企業不斷涌現，并且栽培規模也越來越大，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]。但是由于生活節奏的加快，人們大都忙于工作和學習，沒有過多的時間和精力關注自己的盆栽植物，多數市民也缺乏盆栽植物管理的必需知識和經驗，造成所栽植物的枯萎甚至死亡;而盆栽植物企業為掌握栽培植物的生長參數大多采用現場人工測量的方式，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是大勢所趨。物聯網技術和無線傳感技術的飛速發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，利用傳感技術實現對影響盆栽植物生長的溫度、濕度和光照強度等參數進行現場采集，利用無線通信技術進行數據傳輸，通過手機進行綜合處理對盆栽植物進行日常護理，利用wifi模塊實現管理的遠程控制，以最快的速度獲得準確數據，輕松、及時掌握盆栽植物的生長態勢，旨在科學有效地對盆栽植物實施管理，全面提高盆栽植物的品質[3]。

1系統結構

系統硬件采用模塊化設計，主要有電源模塊、智能控制模塊、交互模塊、補光模塊、傳感器檢測模塊、自動噴灑模塊、無線wifi模塊等幾部分構成。其中處理器控制模塊主要以Arduino UNO和STC89C52單片機為核心，負責盆栽植物的現場參數采集和植物葉面的保濕與補光控制;數據檢測模塊主要是實現植物溫濕度和光照的現場采集，對所采集信號進行預處理并傳送至Arduino，通過wifi模塊發送到手機客戶端進行實時監控;補光控制模塊主要采用PWM恒流驅動電路，實現植物的定量、精準補光;利用無線wifi模塊和用戶交互模塊通過微信和手機APP實現對室內溫濕度和光照的遠程監控[4-5]。其總體結構如圖1所示。

2數據采集模塊的硬件設計

2.1數據采集電路的設計

影響盆栽植物生長的因素主要是溫濕度和光照，系統選用DHT11數字式溫濕度傳感器和標準調理電路作為測量單元，采集的數字信號經過預處理后送至Arduino UNO的PC0引腳，并由Arduino UNO內部的ATmega328處理器進行數據的現場處理。對于光照強度選用BH1750FVI數字式傳感器作為檢測元件，該傳感器可以進行1 lx的高精度測定，芯片內部包含了通信電平轉換，可以直接和處理器的I/O端口連接，采集的光照參數經過預處理后送至Arduino UNO的PC1引腳，同樣由ATmega328處理器進行數據的現場處理。采集的溫濕度與光照信號經過ESP8285無線wifi控制模塊傳送到手機微信客戶端進行遠程的監控[6]，其采集和控制原理如圖2所示。

2.2過程控制電路設計

過程控制主要依據手機接收到的采集溫濕度和光照信號，利用手機APP遠程對盆栽植物進行溫度調節和補水操作，其原理電路如圖3所示[7]。由ESP8266實現與手機APP的雙向通信，接受手機的控制命令并傳至C52的P3.0和P3.1端，通過簡單處理后由對應端口輸出控制信號控制驅動電路，進而實現溫度的升降和濕度的調節[8]。

2.3通信模塊的設計

系統的數據傳輸與通信采用基于串行無線網絡的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，實現微信端的溫濕度的實時監控;ESP8266無線wifi控制模塊的RXD接C52單片機的P3.1（TXD）腳，TXD接C52單片機的P3.0（RXD）腳實現現場的溫濕度控制和補光操作[9]。

3系統軟件的設計

系統軟件的設計主要包括無線通信網絡的建立、溫濕度和關照度等數據的采集、數據的無線傳遞以及外圍設備的控制部分，系統的采集、控制主流程如圖4所示[10]。其中數據的現場采集、數據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系統的測試

為驗證所設計系統的功能，選擇學校苗圃作為測試場所，以苗圃內部分盆栽植物的溫濕度作為遠程采集對象，遠程采集其溫度，測試盆栽植物葉面保濕狀況，同時利用手機APP實現對于盆栽植物補光控制，利用Android應用程序，遠程微信測得盆栽植物的溫濕度實時參數如圖5所示，遠程APP補光控制如圖6所示。經過測試，傳感器采集的數據能

5小結

物聯網技術下盆栽植物管理系統主要是利用目前廣為使用的無線通信技術所特有的通信優勢，結合傳感技術實現對盆栽植物現場數據的采集、傳輸與控制。系統具有數據采集實時、數據傳輸可靠以及數據傳輸距離較遠等特點。結合組網技術解決規模栽培企業的傳統有線監測系統存在的缺陷和不足，推動傳統栽培的智能型、精細型轉變，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 兌志魁，嚴曙，汪六三，等.基于ZigBee的渦陽農田物聯網系統的設計與實現[J].自動化與儀表，2017（9）：27-31.

[2] 韓曉宇.基于物聯網技術的“智慧農業”現狀探析[J].山西農經，2018（14）：56-57.

[3] 趙歷明，楊建飛，張年初，等.ZigBee技術在農業物聯網中的應用[J].齊齊哈爾大學學報（自然科學版），2018，34（1）：53-57.

[4] 付友生，劉雪麗.物聯網技術在溫室大棚中的應用[J].現代化農業，2018（3）：59-60.

[5] 張金良，擁措.基于物聯網的紫外線遠程檢測技術研究[J].物聯網技術，2016（11）：16-21.

[6] 邱實，汪明，李旭，等.基于物聯網的智能家居管控系統設計[J].建筑電氣，2017（7）：50-56.

[7] 陳鐵民.基于物聯網技術的智能家居采暖遠程控制系統設計[J].計算機測量與控制，2017（12）：90-94.

[8] 姜巖，段杰，王茂勵，等.基于物聯網技術的水肥一體化智能管理系統[J].現代農業科技，2018（16）：297-281.

[9] 段鵬偉，單慧勇，王俊學.基于ZigBee和Arduino的溫室參數采集節點設計[J].農業裝備與車輛工程，2015（11）：1-3，11.

[10] 王柏娜.基于物聯網的智能停車場系統研究[J].電子測試，2017（17）：83-84.