溫室花卉智能灌溉系統設計

湖南文理學院芙蓉學院 梁志鵬 李建英 姜慧彬 陳敏杰

本文采用STM32F103ZET6處理器和ESP8266芯片WIFI模塊為核心設計了基于WIFI的溫室花卉智能灌溉系統，完成了系統終端硬件電路和軟件系統設計以及手機端APP的設計，制作了實物樣機并完成了系統樣機測試。系統可以實現Android手機客戶端和灌溉系統終端之間的操作，實現數據實時查詢和智能灌溉。

花卉種植的智能化是通過監測各種自然因素，及時進行針對性調整，進而營造為花卉養殖提供適宜的生長環境，從而能夠實現更大的社會效益和經濟效益。本文基于STM32微處理器、ESP8266 WIFI模塊和嵌入式實時操作系統uC/OS-II為平臺實現基于物聯網的溫室花卉智能灌溉系統設計，實現土壤濕度的檢測、二氧化碳濃度的檢測、水箱水流速度控制，以及數據在OLED上的顯示、數據上傳到終端可以通過網絡查看數據、智能的根據土壤溫濕度進行實時控制等。

1 系統總體設計方案

系統總體設計方案如圖1所示。

圖1 系統總體設計方案

該系統利用WIFI組網，采用ESP8266WIFI無線模塊連接網絡，實現數據的實時上傳和數據實時查詢和顯示。采用STM32F103ZET6微處理器和相應的傳感器模塊進行空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、土壤濕度以及水流速度等溫室參數檢測，并把檢測的數據實時傳給微處理器進行實時處理，通過微處理器進行閾值判斷并控制各個模塊的正常工作，同時可以把數據通過WIFI上傳到網絡，讓花卉或盆栽種植人通過手機APP進行實時數據查詢和人工調節。

2 系統硬件設計

2.1 空氣溫濕度檢測

選用功耗低，體積小的DHT11傳感器檢測空氣溫濕度，該傳感器輸出信號為數字量，與STM32的數字I/O口直接相連，通過單總線協議讀取DHT11的數據。

2.2 土壤溫濕度檢測

選用低功耗、體積小、測量準確的YL-69傳感器用來檢測土壤的溫濕度，電路如圖2所示，其D0引腳可以直接與STM32的A/D引腳直接相連，讀取輸出的數字量。

圖2 土壤溫濕度檢測電路

2.3 二氧化碳檢測

選用MG811二氧化碳檢測模塊實現空氣中二氧化碳的檢測，該模塊具有高靈敏性、高適應性和高穩定性，同時帶有溫度補償輸出，通過單總線協議讀取數據。

2.4 電源模塊設計

電源模塊首先通過變壓將220V交流電壓變成低壓，再通過整流橋，將交流整成直流，并通過SPX29302穩壓芯片進行穩壓，得到5V供電電壓，再通過LM117-3.3穩壓芯片穩壓得到3.3V電壓，用于對STM32微處理器進行供電。如圖3所示。

圖3 電源模塊

3 系統軟件設計

系統控制總流程如圖4所示，首先是相關函數的初始化，然后進入主循環開始工作，進行土壤溫濕度、二氧化碳濃度、水速等實時檢測，檢測是否超出設定的閾值，是否需要進行調節，是的話就需要打開，否的話就進行關閉電機操作。

圖4 系統軟件流程圖

4 系統測試

4.1 逆變器實驗樣機

制作了基于WIFI的溫室花卉智能灌溉系統的實驗樣機，并設計了用戶界面，如圖5所示。

圖5 實驗樣機物和用戶界面圖

對系統進行了聯合測試，通過手機APP利用WIFI與系統終端進行聯接，實現終端空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳以及水速等參數的實時采集，并通過微處理對相應各項數據進行處理，根據所設定的閾值進行判斷，實現對水泵和風機的控制，從而達到智能灌溉的目的。系統還可以通過WIFI在手機APP上發送控制指令遠程控制水泵和風機。圖6所示給出了系統平臺的部分數據檢測結果。

圖6 數據檢測結果

結束語：設計了一套基于WIFI的溫室花卉智能灌溉系統，該系統主要由手機客戶端和系統終端構成，系統終端實現溫室空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳等花卉種植相關參數的檢測，并通過微處理器處理與設定的閾值進行對比，實現溫室花卉的智能灌溉；手機客戶端主要利用WIFI獲得終端檢測的數據，實現數據的實時和歷史查詢，以及遠程控制終端水泵或風機實現遠程手動灌溉。測試結果驗證了系統設計的正確性。