基于ARDUINO的物聯網澆水設備設計

溫禧龍 朱旺宇 王飛宇 張 蕊

（安徽師范大學皖江學院 安徽蕪湖 241008）

一、引言

隨著現代人生活水平的提高以及對家庭環境和家居裝飾的重視，在家庭栽種綠植逐漸成為一種新時代的潮流。但部分養花人受限于工作繁忙，無暇顧及花草；經驗不足，無法正確提供植物所必要的光照和水分。為了避免不必要的損失，以及提高花草種植者的種植體驗，文章設計了一個自動檢測光照強度、環境溫濕度和土壤濕度并進行澆水和提供人工光照實現自動照顧花草植物的設備。

二、系統總體設計

系統主要以Arduino為核心，由光照強度傳感器、DHT11環境溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器等作為信息采集子系統對環境數據進行收集，將收集到的數據匯集到Arduino進行處理。以水泵、LED植物燈為執行機構。

通過傳感器實時監測植物周邊環境溫濕度以及土壤濕度、光照強度、光照時間并根據用戶設定的模式判斷是否需要開啟人工光照和澆水程序。

三、硬件設計

（一）控制模塊

物聯網處理平臺選擇使用Arduino Mega、Arduino平臺使用c語言進行開發，擁有自己的IDE和類型多樣的庫便于用戶調用，減少開發時間。且mega2560接口豐富性能強，后期拓展方便。

（二）光照強度傳感器

文章使用GY-30光照傳感器，測量范圍1-65535lux，分辨率可達1lux，使用I2C通信，因本文在檢測光照精度需求較高因此采用H－分辨率模式，此模式下測量精度更高，更能滿足測量光照強度的需求。

（三）環境溫濕度傳感器：

環境溫度傳感器采用DHT11該傳感器工作穩定可靠性高且價格低廉，溫度量程為0℃-50℃精度為±2℃，濕度量程為5-95%RH精度±5%RH。供電電壓3.3v。

（四）土壤濕度傳感器

使用YL-69傳感器對土壤濕度進行測量。YL-69擁有四個接口，并可以通過A0接口輸出模擬量，通過D0接口輸出數字量。為獲得更準確的土壤濕度值本文選用A0接口配合AD轉換器接入Arduino模擬接口測量土壤濕度。

（五）LED全光譜植物生長燈

該設備使用15瓦LED植物燈，可通過模擬太陽光譜為植物提供光照，適合為完全室內種植的植物提供光照，促進植物生長且相較于傳統鈉燈光效高，更節能環保。

（六）WiFi模塊

作為無線連接模塊與Arduino通過TX RX接口連接實現數據交換，在本文中設置為STA模式，在此模式下ESP8266模塊通過路由器連接到網絡和服務器可通過電腦通過互聯網實現對設備的遠程查看和控制。

（七）時鐘模塊

為使系統在未連接網絡情況下正常工作獲取時間，時鐘模塊采用DS1302可以提供年月日以及日期、秒、分鐘等信息，并且還有閏年自動調整的能力，自帶一顆紐扣電池保證系統在斷電重啟后也能準確獲取時間。

四、軟件設計

（一）工作模式

文章設計機器有三種工作模式分別為自動模式、輔助模式和建議模式?？赏ㄟ^按鈕和app操控實現模式切換，模式切換使用switch語句進行模式切換，當輕觸開關被按下則切換模式。

在自動模式下澆花設備可自動進行土壤濕度判斷并澆水，當土壤濕度低于設定值時自動打開水泵進行澆水5s之后判斷水量是否充足，如果水量充足則結束澆水程序，反之則重復澆水程序直到土壤濕度傳感器判斷水量充足，并根據光線傳感器返回值判斷是否需要開啟LED植物燈。

在輔助模式下澆花設備會輔助用戶進行澆水，當用戶忘記澆水時系統會自動澆水和提供光照，在檢測到土壤濕度低于設定值時，系統會通過時鐘模塊獲取時間，當時間超過凌晨2：00且土壤濕度低于設定值時設備會啟動自動澆水程序。

在建議模式下澆花設備不會主動進行澆水和提供光照，僅會給用戶提供澆水和光照建議，會讀取傳感器返回值并與設定值進行比較，當土壤濕度低于設定值時推送消息提醒澆水以及給植物提供光照。

（二）澆水設定

設備每6分鐘檢測一次溫濕度以及土壤濕度，當檢測到土壤濕度低于設定值時，控制器向電磁繼電器發送信號打開水泵澆水5s后等待5s，使水流有足夠時間滲進土壤避免過量澆水。

（三）WiFi連接

本系統需要連接至服務器以實現向用戶推送消息的功能，但由于ArduinoMEGA沒有搭載WiFi模塊，故本文將esp-01連接至Arduino實現WIFI通信。

五、結論

本文設計的基于Aduino的智能澆花設備可實現對花卉生長環境的監控并自動進行澆灌以及提供光照，解決了傳統澆水設備不夠智能，澆水過量的問題。但整套系統仍存在澆水量的精細控制不足、溫濕度的測量精度不高、光照時間的準確判斷不足以及設備斷網后無法及時向用戶推送消息等不足。