基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能植物生長管理系統(tǒng)設(shè)計

蔡雄友 周昊 阮太元 陳虹安

摘 要：本文針對人們?nèi)鄙贂r間管理與照顧心愛植物的情況，開發(fā)了一種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能植物生長管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用溫度、濕度、酸堿度和光照等傳感器采集植物生長的環(huán)境參數(shù)，利用系統(tǒng)設(shè)計的補(bǔ)光、澆水、施肥、通風(fēng)等功能，對植物的生長環(huán)境參數(shù)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。同時，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，加入攝像頭模塊，從手機(jī)、平板等顯示終端實時監(jiān)控植物的生長狀態(tài)。此外，也可以遠(yuǎn)程對植物進(jìn)行補(bǔ)光、澆水、施肥、通風(fēng)等，實現(xiàn)自動/手動雙調(diào)節(jié)的方式，保證植物良好生長。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+；植物生長管理；攝像頭

中圖分類號：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）04-0101-02

Abstract：Because people lack time management and care for plants，an intelligent plant growth management system based on“Internet Plus”was designed. The system uses temperature sensors，humidity sensors，pH sensors，and light sensors to collect environmental parameters for plant growth. On this basis，the system's functions such as fill light，watering，fertilization and ventilation are used to feedback and adjust the growth environment parameters of the plant. In order to give full play to the advantages of the internet，the camera module is added to monitor the growth status of plants in real time from display terminals such as mobile phones and tablets. In addition，in order to ensure the good growth of the plants，the plants can be lighted，watered，fertilized，ventilated，etc. in an automatic/manual remote adjustment manner.

Keywords：internet plus；plant growth management；camera

0 引 言

種植花草植物，一直是人們追求美好生活以及陶冶情操不可缺少的一部分，人們種植一些自己喜歡的花草，并且希望花草能夠正常生長。但是不可否認(rèn)的是，當(dāng)前社會發(fā)展越來越快，人們的生活節(jié)奏也越來越快，很多人忙于加班、出差等，缺少時間打理自己心愛的花草植物，一款能夠在人們出差、加班的時候幫助人們照顧植物的智能管理系統(tǒng)便有其存在的必要。通常植物的生長離不開光照強(qiáng)度、土壤溫濕度、通風(fēng)、肥料等幾個重要因素，因此，針對上述人們的需求以及植物生長所必需的幾個因素，本文開發(fā)了一款遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動/遠(yuǎn)程管理的智能植物生長管理系統(tǒng)來解決此類問題。

1 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)主要由控制器終端、通信控制器以及控制顯示終端三部分組成，系統(tǒng)框架如圖1所示。其中控制器終端包括：數(shù)據(jù)處理和控制外圍硬件的核心處理模塊、監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的檢測傳感器、控制調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)的硬件設(shè)備、視頻實時監(jiān)測的低成本視像頭和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)。通信控制器主要負(fù)責(zé)處理器處理的各項數(shù)據(jù)與控制顯示終端的交互處理。控制顯示終端主要負(fù)責(zé)控制部分硬件終端、顯示傳感器采集的各項數(shù)據(jù)、顯示攝像頭的實時監(jiān)控。

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能植物監(jiān)控系統(tǒng)是一種利用傳感器采集數(shù)據(jù)，利用處理器分析數(shù)據(jù)，從而得到當(dāng)前植物生長的環(huán)境參數(shù)。系統(tǒng)本身設(shè)計有補(bǔ)光、澆水、施肥、通風(fēng)等硬件模塊，根據(jù)分析傳感器采集的數(shù)據(jù)，對植物的生長環(huán)境參數(shù)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。這種反饋調(diào)節(jié)是按照事先人為設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)節(jié)的，保證植物的正常生長所需的環(huán)境；同時本系統(tǒng)充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，在系統(tǒng)上加入攝像頭模塊，人們可以從手機(jī)、平板等顯示終端實時監(jiān)控植物的生長狀態(tài)。而顯示終端不僅可以實時顯示植物的環(huán)境、實時視頻等數(shù)據(jù)，也可以作為控制器遠(yuǎn)程控制本系統(tǒng)中補(bǔ)光、澆水、施肥、通風(fēng)等硬件，實現(xiàn)自動/手動雙調(diào)節(jié)的方式，保證植物良好生長。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計的硬件部分主要是控制器終端，該終端具體包含的硬件模塊如圖2所示。系統(tǒng)使用32位低功耗STM32F407ZET6芯片作為核心，該芯片具有強(qiáng)大的外設(shè)硬件功能，如A/D、SCI、SPI、CAN等，能完成傳感器數(shù)據(jù)采集、無線通信、視頻數(shù)據(jù)采集和環(huán)境調(diào)節(jié)控制等各模塊的數(shù)據(jù)交換。無線通信模塊使用通信穩(wěn)定、低功耗的WiFi模塊，實現(xiàn)控制器終端與控制顯示終端之間傳感器數(shù)據(jù)的傳輸和攝像頭視頻的實時通信；電源模塊包括可充電的鋰電池和3.3V供電的穩(wěn)壓模塊，還使用太陽能板供電。視頻監(jiān)測模塊用來拍攝植物生長的狀況，并實時傳輸給控制顯示終端。傳感器檢測模塊包括濕度、溫度、酸堿度和光照傳感器，用來監(jiān)測植物生長環(huán)境情況。環(huán)境調(diào)節(jié)模塊用來配合傳感器檢測模塊自動對植物進(jìn)行補(bǔ)光、澆水、施肥和通風(fēng)，其中，控制顯示終端還可以自主對該模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

連接寬帶的路由器作為通信控制器，幫助實現(xiàn)控制器終端與控制顯示終端之間的數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)使用手機(jī)作為控制顯示終端的硬件平臺。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括控制器終端、通信控制器和控制顯示終端三部分?？刂破鹘K端在自動控制情況下的程序流程如圖3所示，人為控制各傳感器的檢測由顯示終端系統(tǒng)控制。程序系統(tǒng)初始化，主要是嵌入式系統(tǒng)與無線通信模塊、視頻監(jiān)測模塊、傳感器檢測模塊和環(huán)境調(diào)節(jié)模塊之間的程序初始化。系統(tǒng)在運行之后，各傳感器依次采集環(huán)境的溫度、濕度、酸堿度和光照參數(shù)，嵌入式系統(tǒng)通過算法分析并處理采集到的參數(shù)，判斷各傳感器參數(shù)是否超過設(shè)定的閾值，如果超過，則通過環(huán)境調(diào)節(jié)模塊，對植物的生殖環(huán)境進(jìn)行通風(fēng)、澆水、施肥和補(bǔ)光，否則，繼續(xù)采集各傳感器參數(shù)。無論采集的數(shù)據(jù)是否超過各傳感器設(shè)定閾值，系統(tǒng)都會將采集得到的信息通過無線和通信控制器傳輸給控制顯示終端。

控制顯示終端使用Android平臺開發(fā)，可用于手機(jī)移動終端，界面能實時顯示植物生長環(huán)境狀態(tài)，并能通過控制器遠(yuǎn)程控制終端的環(huán)境調(diào)節(jié)模塊，以此來調(diào)節(jié)植物的生長環(huán)境，和通過攝像頭監(jiān)測模塊了解植物生長情況。

4 結(jié) 論

本產(chǎn)品適用于所有家庭、辦公室等場所，可以自動/遠(yuǎn)程管理植物，使用方便，操作簡單，節(jié)省人力物力。在給水箱、肥料添加足夠的分量后，能夠滿足一般植物正常生長時間可達(dá)20天以上。產(chǎn)品的應(yīng)用有效提高了人們管理植物的效率，從空間和時間上充分滿足了人們在任何時間任何地點對植物進(jìn)行管理的需求，避免了心愛的植物因缺少打理而枯萎的情況。該產(chǎn)品具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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通訊作者：蔡雄友（1990-），男，助教，碩士。研究方向：無線通信與振動控制。