基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的微型種植大棚系統(tǒng)設(shè)計

楊溢恩 閃靜潔

(安徽新華學(xué)院，安徽 合肥 230000)

0 引言

隨著科技的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)將愈加完備，遠(yuǎn)程控制的微型種植大棚可以更快地融入智能家居系統(tǒng)。在家中不足1 m2的小地方，隨時可以種植新鮮的蔬菜和花卉，環(huán)保、衛(wèi)生、綠色，親近大自然，可與家人一起播種，收獲。本產(chǎn)品設(shè)計讓大家擁有屬于自己的園圃，同時，在微型種植大棚上增加WiFi監(jiān)控模塊，可控性強(qiáng)，對于在外地的工作者也可以輕松地管理家中菜園，不受季節(jié)限制，告別水、空氣、土壤污染。本作品實現(xiàn)智能控光、智能控溫、智能控濕、遠(yuǎn)程控制等功能。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)為核心，通過溫、濕度傳感器和光照傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)并在LCD1602液晶顯示，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)值，水泵、風(fēng)扇、電機(jī)、水霧模塊自動調(diào)節(jié)周圍環(huán)境。主要采用WIFI模塊和攝像頭實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，也可以通過手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程手動控制模式和視頻監(jiān)測。

現(xiàn)場控制端：通過溫度傳感器DS1820、土壤濕度傳感器YL-69、光照傳感器BH1750采集棚內(nèi)環(huán)境各類參數(shù)(溫度、光照強(qiáng)度、土壤濕度)，相應(yīng)數(shù)據(jù)在LCD1602液晶顯示，顯示模塊在攝像頭監(jiān)控范圍內(nèi)；按鍵開關(guān)可設(shè)置環(huán)境參數(shù)的上下限，觸動上下限時，單片機(jī)驅(qū)動水泵、風(fēng)扇、水霧模塊和電機(jī)工作，電機(jī)主要是為了帶動自動伸縮頂棚開閉；水霧模塊則是采用微孔霧化片，在檢測到周圍環(huán)境溫濕度變化后，用霧化水進(jìn)行加濕降溫。

遠(yuǎn)程控制端：WIFI模塊實時無線發(fā)送采集的環(huán)境數(shù)據(jù)給手機(jī)，手機(jī)APP同時也可以管理棚內(nèi)環(huán)境，并訪問棚內(nèi)設(shè)置的攝像頭，讀取視頻和截取實時照片。系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計方案

2 硬件設(shè)計

2.1 WIFI通信模塊

WIFI模塊工作方式有2種：一是主動型串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，就是每次數(shù)據(jù)交換之前，都是由串口WIFI模塊設(shè)備主動發(fā)起連接，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；二是被動型串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，就是在每次數(shù)據(jù)交換之前，所有的串口WIFI模塊設(shè)備都是處于等待的狀態(tài)，然后服務(wù)器發(fā)起連接邀請，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

WIFI模塊相當(dāng)是手機(jī)與MCU之間的“中轉(zhuǎn)站”，實時將“微型種植大棚”當(dāng)中所測得的一些數(shù)據(jù)傳輸給云，如溫度傳感器測得的溫度，濕度傳感器測得“大棚”中所含水量的多少，同時也能將手機(jī)APP中的一些設(shè)置傳輸給“大棚”；在“云平臺交流”中也可發(fā)送信息推送到用戶的手機(jī)中，再通過WIFI模塊，將發(fā)送的信息產(chǎn)生的功能展現(xiàn)在種植大棚中。

2.2 溫度傳感器

非接觸式溫度傳感器，它能自動檢測環(huán)境溫度，當(dāng)溫度超過35°，系統(tǒng)自動啟動風(fēng)扇和水霧模塊進(jìn)行降溫(圖2)。

圖2 溫度傳感器

2.3 濕度傳感器

土壤濕度傳感器可以根據(jù)土壤中水分的變化狀況獲得合理的灌溉決策——何時進(jìn)行灌溉以及需要灌溉多少水等，避免灌溉過量或灌溉不足的現(xiàn)象出現(xiàn)，當(dāng)土壤濕度低于10%RH則開水泵澆灌土壤增加濕度。

2.4 光照模塊

光照模塊自動檢測環(huán)境光照強(qiáng)度，當(dāng)光照小于10 cd則開補(bǔ)光燈和打開自動伸縮頂棚補(bǔ)光，光照在10 cd～20cd之間則關(guān)閉補(bǔ)光燈，光照大于20 cd則關(guān)閉補(bǔ)光燈和自動伸縮頂棚。其原理如圖3所示。

圖3 光照強(qiáng)度傳感器

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)是一個小型的智能種植環(huán)境，從外形和功能上都接近于一種面向家庭使用的微型種植大棚，集自動澆水、補(bǔ)光、通風(fēng)于一體，還專門安裝攝像頭可以遠(yuǎn)程管理和觀賞。手機(jī)APP的實現(xiàn)，讓人們可以隨時隨地對農(nóng)場進(jìn)行監(jiān)測和管理，從而實現(xiàn)科學(xué)的精細(xì)化種植。該設(shè)計不僅適用于家庭種植，還可以用于校園或家庭的科普實踐以及種植實驗。系統(tǒng)實現(xiàn)實物如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)實現(xiàn)圖

4 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)將愈加完備，遠(yuǎn)程控制的微型種植大棚可以更快地融入智能家居系統(tǒng)。在家中不足1 m2的小地方，隨時可以種植新鮮蔬菜和花卉，環(huán)保、衛(wèi)生、綠色，親近大自然，可與家人一起播種，收獲。本設(shè)計讓大家擁有屬于自己園圃的同時，在微型種植大棚上增加上WiFi監(jiān)控模塊，可控性強(qiáng)，對于在外地的工作者也可以輕松地管理家中菜園，不受季節(jié)限制，告別水、空氣、土壤污染。本作品實現(xiàn)智能控光、智能控溫、智能控濕、遠(yuǎn)程控制等功能，具有一定的市場競爭力。