基于STM32和WIFI的物聯(lián)網(wǎng)智能盆栽（物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)微模型）的設(shè)計(jì)

唐文強(qiáng) 吳君

摘要：隨著人們生活水平的逐步提高，越來(lái)越多的家庭擺放盆栽，但由于人們生活、工作繁忙等原因、對(duì)盆栽植物疏于照顧或由于對(duì)盆栽植物生長(zhǎng)習(xí)性不了解造成培養(yǎng)不當(dāng)，而使盆栽生長(zhǎng)不良甚至枯萎等。針對(duì)這一情況設(shè)計(jì)一款基于STM32和WIFI，采用多種傳感器，利用大數(shù)據(jù)、云儲(chǔ)存的物聯(lián)網(wǎng)智能盆栽系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī);WIFI;傳感器;智能盆栽

中圖分類號(hào)：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）02-0197-02

Abstract： With the gradual improvement of people's living standard， more and more households place potted plants， but due to people's busy life， work and other reasons， neglect of care for potted plants or lack of knowledge of potted plant growth habits， resulting in inappropriate cultivation， potted plants grow poorly or even wither. A smart potting system based on STM32 and WIFI is designed for this situation， which uses multiple sensors and utilizes large data and cloud storage.

Key words： STM32 single-chip computer; WIFI; sensor; smart potting

該智能物聯(lián)網(wǎng)盆栽的設(shè)計(jì)采用STM32單片機(jī)，基于傳感器和無(wú)線通信的模式把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)到云端進(jìn)行處理，利用大數(shù)據(jù)分析不同盆栽植物生長(zhǎng)不同階段的營(yíng)養(yǎng)、水分等需求特性，把盆栽生長(zhǎng)狀況通過(guò)手機(jī)App反饋給用戶，并給出處理意見(jiàn)，或直接做出相應(yīng)的處理。利用計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)盆栽的智能化管理。

1 系統(tǒng)總體框架

1.1 硬件選用

智能盆栽采用STM32F407ZGT6單片機(jī)，此款單片機(jī)具有硬件FPU單元（Float Point Unit）和DSP（Digital Signal Processing）指令，同時(shí)STM32F4主頻較高能夠達(dá)到168Mhz[1]，適用于需要浮點(diǎn)運(yùn)算或DSP處理的應(yīng)用。

傳感器方面采用DHT12溫濕度傳感器，YL-69土壤濕度傳感器，BHT1750FVI光照傳感器?？紤]到WIFI（Wireless Fidelity）模塊的體積及成本W(wǎng)IFI模塊采用樂(lè)鑫公司的ESP8266用于數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，該模塊具有性價(jià)比高、使用方便【2】等優(yōu)點(diǎn)。另外采用2350ma的18650鋰電池進(jìn)行供電。

1.2 系統(tǒng)框圖

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

該物聯(lián)網(wǎng)智能盆栽可分為硬件端和軟件網(wǎng)絡(luò)端，硬件端以STM32單片機(jī)為核心控制設(shè)備包括溫度、濕度、光照等傳感器設(shè)備和WIFI模塊等，傳感器采集數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI模塊使用以太網(wǎng)發(fā)送到云端服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析匯總并做出相應(yīng)的判斷處理，將相應(yīng)的指令發(fā)送給STM32單片機(jī)并將信息通過(guò)手機(jī)App（Application）反饋給用戶，用戶可通過(guò)App對(duì)植物生長(zhǎng)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，同時(shí)云端服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)有各種盆栽植物的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析給用戶提出相應(yīng)的盆栽培育意見(jiàn)，并且可以通過(guò)手機(jī)App對(duì)盆栽實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，如澆水、補(bǔ)光等處理。

1.4 硬件編程

單片機(jī)程序采用keil，keil是一款常用于單片機(jī)設(shè)計(jì)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境[3]，keil具有像Windows的可視化操作界面【4】，使用方便支持C語(yǔ)言及匯編語(yǔ)等多種方式的單片機(jī)設(shè)計(jì)，庫(kù)函數(shù)豐富，編譯連接工具極大豐富，使用方便等特色。

2 軟件設(shè)計(jì)方面

2.1 用戶管理

為加強(qiáng)信息的安全性，App設(shè)計(jì)采用先注冊(cè)再使用的原則，并采用密碼確認(rèn)機(jī)制，注冊(cè)成功后通過(guò)WIFI匹配設(shè)備選擇盆栽種類，用于監(jiān)管盆栽生長(zhǎng)情況時(shí)需要輸入正確的用戶名和密碼進(jìn)行身份驗(yàn)證登錄App，用戶可以增刪智能盆栽監(jiān)測(cè)器，或修改檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的盆栽植物種類。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

本系統(tǒng)采用OneNET云服務(wù)器，選用My SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中存放用戶身份信息，各種盆栽生長(zhǎng)信息，監(jiān)測(cè)設(shè)備信息，以及傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)各類信息產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)4張數(shù)據(jù)表，用戶身份信息表，監(jiān)測(cè)器信息表，盆栽植物生活習(xí)性表，盆栽生長(zhǎng)信息表。

2.3 信息分析處理

數(shù)據(jù)對(duì)比分析應(yīng)答，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的盆栽植物生活習(xí)性生長(zhǎng)數(shù)據(jù)以及設(shè)定的一定值進(jìn)行對(duì)比，比如數(shù)據(jù)庫(kù)中綠蘿對(duì)土壤濕度的要求不低于50%，當(dāng)土壤溫濕度傳感器檢測(cè)到當(dāng)前土壤濕度為40%，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比判斷此時(shí)綠蘿需要澆水，系統(tǒng)通過(guò)控制微型水泵進(jìn)行灌溉或通知用戶進(jìn)行澆水作業(yè)。

2.4 Android客戶端

本系統(tǒng)App編寫采用Android Studio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，App的主界面采用底部菜單分布模式，從左到右計(jì)劃設(shè)置3到4個(gè)轉(zhuǎn)換按鈕，用于對(duì)應(yīng)不同的功能界面?？蛻舳藨?yīng)增設(shè)盆栽培養(yǎng)信息交流推送功能，給用戶更好的體驗(yàn)。

3 擴(kuò)展應(yīng)用

該物聯(lián)網(wǎng)智能盆栽系統(tǒng)可應(yīng)用于盆栽的養(yǎng)護(hù)，但不局限于此，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件方面的調(diào)整拆分組合，可應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)方面，將硬件系統(tǒng)進(jìn)行拆分，將土壤溫濕度傳感器獨(dú)立出來(lái)，再增加土壤PH傳感器、土壤鹽分傳感器，用于檢測(cè)土壤實(shí)時(shí)變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)有效灌溉、施肥等，另外部分溫度傳感器、光照傳感器、再增加高清攝像頭，組成植物地面檢測(cè)系統(tǒng)，增加的高清攝像頭用于植物病蟲害的檢測(cè)，如果考慮到成本問(wèn)題，可采用人工數(shù)據(jù)采集錄入系統(tǒng)。在云端數(shù)據(jù)庫(kù)錄入植物農(nóng)作物成長(zhǎng)大數(shù)據(jù)，可涉及植物生活習(xí)性，病蟲害防治對(duì)應(yīng)措施等多樣數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸方面考慮到WIFI模塊的傳輸距離和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，可用GPRS（General Packet Radio Service）傳輸模塊替代WIFI模塊，為有效實(shí)時(shí)監(jiān)控可開(kāi)發(fā)PC端軟件。拆分兩部分用于土壤和地面植物的監(jiān)測(cè)，提高系統(tǒng)的應(yīng)用效率，可在物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到更廣泛的應(yīng)用，如反季節(jié)蔬菜的培育、提高農(nóng)作物產(chǎn)量及質(zhì)量、合理施肥灌溉，減少過(guò)度施肥施藥、避免土壤板結(jié)等。

4 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

該系統(tǒng)旨在為盆栽愛(ài)好者提供一個(gè)良好的盆栽培養(yǎng)平臺(tái)，用戶可以用科學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)盆栽的養(yǎng)護(hù)培養(yǎng)，通過(guò)傳感器等對(duì)盆栽生長(zhǎng)環(huán)境，生長(zhǎng)情況進(jìn)行收集匯總，利用大數(shù)據(jù)分析處理，通過(guò)手機(jī)App反饋給用戶，或直接作用于盆栽，提高盆栽生長(zhǎng)質(zhì)量。該物聯(lián)網(wǎng)智能盆栽實(shí)際上是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)微模型，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改動(dòng)即可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中。本文對(duì)技術(shù)方面涉及的體積量不多，旨在提供一種設(shè)計(jì)理念思維等，物聯(lián)網(wǎng)智能盆栽即是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型，又是物聯(lián)網(wǎng)+生活模型，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)生活方面的多方應(yīng)用[5]。

5 總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)技術(shù)在生產(chǎn)生活有著極大的應(yīng)用，在諸多方面帶來(lái)了極大便利。以該物聯(lián)網(wǎng)智能盆栽系統(tǒng)來(lái)看，該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要涉及物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等多層次物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用無(wú)線通信以及傳感器數(shù)據(jù)采集以及大數(shù)據(jù)分析等對(duì)盆栽的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，該系統(tǒng)也可用于盆栽相關(guān)企業(yè)進(jìn)行規(guī)?；囵B(yǎng)，減少人力成本，旨在推動(dòng)傳統(tǒng)盆栽栽培向智能化的轉(zhuǎn)換。

前面也說(shuō)到該物聯(lián)網(wǎng)智能盆栽系統(tǒng)可看作成物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)微模型，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面有著巨大作用，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)受到世界各國(guó)關(guān)注[5]。物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，可提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在生產(chǎn)生活等方面得到更廣泛的應(yīng)用。

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【通聯(lián)編輯：梁書】