邵浚 劉凱蒙 師靜沙 劉國煥
摘要:蘑菇是人們?nèi)粘I钪星嗖A的美食,現(xiàn)今人們更愿意體驗(yàn)家庭種植的樂趣,有家庭種植的需求。為了滿足人們的蘑菇種植需求,設(shè)計(jì)一款基于遠(yuǎn)程控制的智能家庭食用菌種植箱。用戶在手機(jī)APP上選擇種植食用菌的種類,箱體就會(huì)自動(dòng)將環(huán)境調(diào)控至適合該種食用菌生長的環(huán)境,實(shí)現(xiàn)食用菌種的全自動(dòng)化培養(yǎng),并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測培養(yǎng)箱環(huán)境和蘑菇生長狀況,調(diào)節(jié)菌種生長環(huán)境。
關(guān)鍵字:HT66F2390單片機(jī);食用菌種植箱;自動(dòng)培育;遠(yuǎn)程控制;實(shí)時(shí)監(jiān)測;
0 引言
蘑菇被認(rèn)為是現(xiàn)代人們在日常生活中最為青睞的一道美食,其熱量低,也是營養(yǎng)豐富的維生素寶庫,所含的蛋白質(zhì)可以高達(dá)百分之三十。許多年輕人經(jīng)常到店鋪選購蘑菇,然而,一些商家在銷售蘑菇的過程中并不會(huì)特別注意衛(wèi)生,將蘑菇放在藥劑中浸泡以保證新鮮的賣相,售賣時(shí)僅僅用水簡單沖洗并包裝。與此同時(shí),現(xiàn)今的人們更愿意在自己家中種植一些花花草草,感受家庭栽培的樂趣,滿足家庭栽培的需要。然而,想要在家里自己栽培好蘑菇也不是一件簡單的事,蘑菇的生長過程對于溫濕度和環(huán)境的要求極為嚴(yán)格,而且普通人們又缺少專門的種植技術(shù)知識,更無法抽出多余的時(shí)間照顧。為了更好地解決上述問題,本文設(shè)計(jì)了一款基于遠(yuǎn)程控制的智能家庭食用菌種植箱。系統(tǒng)以HT66F2390單片機(jī)為主控器芯片,配有云端和手機(jī)端、環(huán)境監(jiān)測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組。用戶在手機(jī)APP上選擇種植哪種食用菌,箱體會(huì)自動(dòng)將環(huán)境調(diào)控至適合該種食用菌生長的環(huán)境,并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測培養(yǎng)箱環(huán)境和蘑菇生長狀況,用戶可以通過手機(jī)實(shí)時(shí)獲取此類信息并做出調(diào)整。[1]
1 系統(tǒng)工作原理
本系統(tǒng)由云端和手機(jī)端、HT66F2390主控、環(huán)境監(jiān)測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。圖1為智能家庭食用菌種植箱系統(tǒng)架構(gòu)圖。
1.1 服務(wù)器云端控制、手機(jī)端
遠(yuǎn)程PC云端和手機(jī)APP端是基于阿里云平臺(tái)搭建的,基于阿里云提供的接入?yún)f(xié)議和平臺(tái)功能,用戶終端與手機(jī)APP、云服務(wù)器共同構(gòu)建了一套完整的智能家庭食用菌種監(jiān)控系統(tǒng)。用戶終端即時(shí)地將數(shù)據(jù)推送至云平臺(tái),云平臺(tái)根據(jù)推送的數(shù)據(jù)進(jìn)行云端和手機(jī)APP端同步更新。云端和手機(jī)APP端通過下發(fā)指令控制終端。[2]
1.2 種植控制終端設(shè)計(jì)
種植控制終端以WIFI的方式與服務(wù)器通信;HT66F2390負(fù)責(zé)各單元的功能協(xié)調(diào)及對外通信。種植控制終端架構(gòu)如圖2所示。
當(dāng)種植箱和MCU上電后,通過WIFI連接用戶家中路由器并接入互聯(lián)網(wǎng),服務(wù)器中儲(chǔ)存好了市面上常見的各個(gè)蘑菇種類各個(gè)生長階段的適宜的溫濕度環(huán)境參數(shù),當(dāng)用戶要在某個(gè)種植箱內(nèi)種植某種蘑菇時(shí),事先在手機(jī)APP上選擇要種植的蘑菇的種類,之后服務(wù)器會(huì)將該種蘑菇的適宜環(huán)境種植數(shù)據(jù)下發(fā)至指定的種植箱,種植箱開始對箱體內(nèi)溫濕度環(huán)境的調(diào)控。當(dāng)溫度過高時(shí),自動(dòng)開啟較大功率風(fēng)扇來降低溫度,溫度過低時(shí)開啟發(fā)熱片來提高溫度;當(dāng)濕度過高時(shí)開啟小功率風(fēng)扇來降低濕度,濕度過低時(shí)打開加濕器來提高箱體內(nèi)濕度。每隔一段時(shí)間,種植箱會(huì)將目前的溫濕度數(shù)據(jù)和通過超聲波測距模塊測出的蘑菇生長高度通過wifi模塊發(fā)給服務(wù)器,當(dāng)蘑菇生長環(huán)境長期異常、加濕器內(nèi)儲(chǔ)水模塊內(nèi)部水量不足或蘑菇成熟時(shí)通過APP提醒用戶,用戶能夠隨時(shí)查看蘑菇的生長狀況,同時(shí)擁有手控模式,用戶能夠通過手機(jī)自主開關(guān)指定的箱體內(nèi)調(diào)控模塊里的組件。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)由云端和手機(jī)端、HT66F2390主控、環(huán)境監(jiān)測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其中服務(wù)端由手機(jī)端和PC端組成通過WIFI通信模塊與系統(tǒng)層進(jìn)行通信;種植控制終端由HT66F2390主控、溫濕度、WIFI、加濕、升溫、超聲波、風(fēng)機(jī)等模塊組成。
2.1 服務(wù)器云端控制、手機(jī)端
2.1.1 WIFI通信模塊
本作品擬使用的wifi模塊是EMW3080串口wifi模塊,EMW3080模塊擁有強(qiáng)大的片上處理技術(shù)、存儲(chǔ)能力,因此降低了前期的開發(fā)難度、減少了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所占用的系統(tǒng)資源,同時(shí)模塊的集成度極高,在設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)時(shí)所占PCB的空間很小,最后還擁有著超低能耗的工作模式。模塊的工作電壓為3.3V,與單片機(jī)的通訊方式使用的是串口,操作簡單,可行性高。串口wifi電路及實(shí)物如圖3所示。
2.2種植控制終端
2.2.1 HT66F2390主控芯片
主模塊采用HT66F2390,該系列單片機(jī)是一款8 位具有高性能精簡指令集的A/D Flash 型單片機(jī)。該系列單片機(jī)具有一系列功能和特性,其Flash 存儲(chǔ)器可多次編程的特性給客戶提供了極大的方便。除了Flash 程序存儲(chǔ)器,還包括RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和用于存儲(chǔ)序列數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的True EEPROM 存儲(chǔ)器。[3]
在模擬特性方面,該單片機(jī)包含一個(gè)多通道12-bit A/D 轉(zhuǎn)換器和兩個(gè)比較器。其具有多個(gè)使用靈活的定時(shí)器模塊,可提供定時(shí)功能、脈沖產(chǎn)生功能及PWM產(chǎn)生功能。內(nèi)建完整的SPI、UART 和I2C 接口功能,為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)易于外部硬件通信的接口。內(nèi)部看門狗定時(shí)器、低電壓復(fù)位和低電壓檢測等內(nèi)部保護(hù)特性,外加優(yōu)秀的抗干擾和ESD 保護(hù)性能,確保單片機(jī)在惡劣的電磁干擾環(huán)境下可靠地運(yùn)行。 該系列單片機(jī)提供了HXT,LXT,HIRC 和LIRC 振蕩器功能選項(xiàng),且內(nèi)建完整的系統(tǒng)振蕩器,無需外接元器件。其在不同工作模式之間動(dòng)態(tài)切換的能力,為用戶提供了一個(gè)優(yōu)化單片機(jī)操作和減少功耗的手段。包含I/O 使用靈活、時(shí)基功能和其他特性確保了該系列單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中,例如電子測量儀器、環(huán)境監(jiān)控、手持式測量工具、家庭應(yīng)用、電子控制工具、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等多方面。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
基于HT66F2390的智能家庭食用菌種植箱由HT66F2390單片機(jī)作為主控芯片,在其上集成一系列傳感器,并通過物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相配合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。用各種傳感器采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行回傳并統(tǒng)計(jì),讓工作人員在pc端或手機(jī)APP的阿里云平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對食用菌生長狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。[4]每隔一段時(shí)間,種植箱會(huì)將目前的溫濕度數(shù)據(jù)和通過超聲波測距模塊測出的蘑菇生長高度通過wifi模塊發(fā)給服務(wù)器,用戶能夠隨時(shí)查看蘑菇的生長狀況,同時(shí)擁有手控模式,用戶能夠通過手機(jī)自主開關(guān)指定的箱體內(nèi)調(diào)控模塊里的傳感器組件。用于與手機(jī)APP傳輸數(shù)據(jù)軟件設(shè)計(jì)圖如圖5所示。
4 系統(tǒng)測試
4.1測試步驟
4.1.1 dht11測試
連接dht11模塊,通過usb轉(zhuǎn)串檢測環(huán)境溫度,并發(fā)送到串口中。
4.1.2超聲波測試模塊
連接超聲波測距模塊,燒入代碼,測試相關(guān)距離并發(fā)送到串口顯示
4.1.3繼電器模塊
連接相關(guān)實(shí)物,通過WIFI下發(fā)的參數(shù),繼電器能夠進(jìn)行相關(guān)操作,并且相關(guān)模塊能夠運(yùn)作。
4.1.4 WIFI測試
第一步將WIFI與電腦串口連接,用配置WIFI模塊。
第二步,將WIFI與阿里云平臺(tái)連接,檢測WIFI模塊與串口通信,并且檢測云平臺(tái)下發(fā)的數(shù)據(jù)格式,以便于之后代碼的編寫。
第三步,將WIFI模塊連接開發(fā)板,檢測阿里云平臺(tái)與開發(fā)板的通信正常。
第四步,WIFI模塊與溫濕度模塊都連接好,放入搭好的實(shí)物中,通過阿里云平臺(tái)下發(fā)蘑菇相關(guān)生長環(huán)境,檢測環(huán)境溫度。
4.2 測試結(jié)果
WIFI模塊能夠成功下發(fā)相關(guān)的數(shù)據(jù),并且能夠向云平臺(tái)發(fā)送溫濕度的相關(guān)信息,繼電器能夠正常工作,隨著相關(guān)開發(fā)板收到相關(guān)的信息,可以看到當(dāng)溫度過高時(shí),風(fēng)扇開始工作;當(dāng)溫度過低時(shí),加熱片開始發(fā)熱;當(dāng)濕度變大時(shí),加濕模塊開始噴水;濕度過低時(shí),小風(fēng)扇開始除濕。測試結(jié)果良好。
5 結(jié)語
本文基于HT66F2390單片機(jī)設(shè)計(jì)了一款智能家庭食用菌種植箱,并給出了具體的硬件和軟件設(shè)計(jì)方案。測試結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的智能自動(dòng)化種植箱達(dá)到預(yù)期目標(biāo),能夠?qū)崿F(xiàn)食用菌種的全自動(dòng)化培養(yǎng),并且用戶可以通過APP遠(yuǎn)程監(jiān)測菌種生長狀態(tài),調(diào)節(jié)菌種生長環(huán)境,具有一定的推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]袁小平等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(3):376-378.
[2]彭程.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展策略研究.西安郵電大學(xué)學(xué)報(bào),2012.
[3]HT66F2390數(shù)據(jù)手冊
[4]劉春紅等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智慧農(nóng)業(yè)信息平臺(tái)開發(fā).中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011.
作者簡介:
邵浚(2000-),女,漢族,山東諸城人,福建師范大學(xué)本科在讀,新能源科學(xué)與工程測控方向。