基于“互联网+”的智能植物生长管理系统设计

蔡雄友 周昊 阮太元 陈虹安

摘 要：本文针对人们缺少时间管理与照顾心爱植物的情况，开发了一种基于“互联网+”的智能植物生长管理系统。本系统使用温度、湿度、酸碱度和光照等传感器采集植物生长的环境参数，利用系统设计的补光、浇水、施肥、通风等功能，对植物的生长环境参数进行反馈调节。同时，充分发挥互联网的优势，加入摄像头模块，从手机、平板等显示终端实时监控植物的生长状态。此外，也可以远程对植物进行补光、浇水、施肥、通风等，实现自动/手动双调节的方式，保证植物良好生长。

关键词：互联网+；植物生长管理；摄像头

中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：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，一直是人们追求美好生活以及陶冶情操不可缺少的一部分，人们种植一些自己喜欢的花草，并且希望花草能够正常生长。但是不可否认的是，当前社会发展越来越快，人们的生活节奏也越来越快，很多人忙于加班、出差等，缺少时间打理自己心爱的花草植物，一款能够在人们出差、加班的时候帮助人们照顾植物的智能管理系统便有其存在的必要。通常植物的生长离不开光照强度、土壤温湿度、通风、肥料等几个重要因素，因此，针对上述人们的需求以及植物生长所必需的几个因素，本文开发了一款远程监控、自动/远程管理的智能植物生长管理系统来解决此类问题。

1 系统工作原理

本系统主要由控制器终端、通信控制器以及控制显示终端三部分组成，系统框架如图1所示。其中控制器终端包括：数据处理和控制外围硬件的核心处理模块、监测环境参数的检测传感器、控制调节环境参数的硬件设备、视频实时监测的低成本视像头和数据传输的无线通信系统。通信控制器主要负责处理器处理的各项数据与控制显示终端的交互处理。控制显示终端主要负责控制部分硬件终端、显示传感器采集的各项数据、显示摄像头的实时监控。

基于“互联网+”的智能植物监控系统是一种利用传感器采集数据，利用处理器分析数据，从而得到当前植物生长的环境参数。系统本身设计有补光、浇水、施肥、通风等硬件模块，根据分析传感器采集的数据，对植物的生长环境参数进行反馈调节。这种反馈调节是按照事先人为设定的参数进行实时调节的，保证植物的正常生长所需的环境；同时本系统充分发挥互联网的优势，在系统上加入摄像头模块，人们可以从手机、平板等显示终端实时监控植物的生长状态。而显示终端不仅可以实时显示植物的环境、实时视频等数据，也可以作为控制器远程控制本系统中补光、浇水、施肥、通风等硬件，实现自动/手动双调节的方式，保证植物良好生长。

2 系统硬件设计

本系统设计的硬件部分主要是控制器终端，该终端具体包含的硬件模块如图2所示。系统使用32位低功耗STM32F407ZET6芯片作为核心，该芯片具有强大的外设硬件功能，如A/D、SCI、SPI、CAN等，能完成传感器数据采集、无线通信、视频数据采集和环境调节控制等各模块的数据交换。无线通信模块使用通信稳定、低功耗的WiFi模块，实现控制器终端与控制显示终端之间传感器数据的传输和摄像头视频的实时通信；电源模块包括可充电的锂电池和3.3V供电的稳压模块，还使用太阳能板供电。视频监测模块用来拍摄植物生长的状况，并实时传输给控制显示终端。传感器检测模块包括湿度、温度、酸碱度和光照传感器，用来监测植物生长环境情况。环境调节模块用来配合传感器检测模块自动对植物进行补光、浇水、施肥和通风，其中，控制显示终端还可以自主对该模块进行远程控制。

连接宽带的路由器作为通信控制器，帮助实现控制器终端与控制显示终端之间的数据交换。系统使用手机作为控制显示终端的硬件平台。

3 系统软件设计

系统软件设计主要包括控制器终端、通信控制器和控制显示终端三部分。控制器终端在自动控制情况下的程序流程如图3所示，人为控制各传感器的检测由显示终端系统控制。程序系统初始化，主要是嵌入式系统与无线通信模块、视频监测模块、传感器检测模块和环境调节模块之间的程序初始化。系统在运行之后，各传感器依次采集环境的温度、湿度、酸碱度和光照参数，嵌入式系统通过算法分析并处理采集到的参数，判断各传感器参数是否超过设定的阈值，如果超过，则通过环境调节模块，对植物的生殖环境进行通风、浇水、施肥和补光，否则，继续采集各传感器参数。无论采集的数据是否超过各传感器设定阈值，系统都会将采集得到的信息通过无线和通信控制器传输给控制显示终端。

控制显示终端使用Android平台开发，可用于手机移动终端，界面能实时显示植物生长环境状态，并能通过控制器远程控制终端的环境调节模块，以此来调节植物的生长环境，和通过摄像头监测模块了解植物生长情况。

4 结 论

本产品适用于所有家庭、办公室等场所，可以自动/远程管理植物，使用方便，操作简单，节省人力物力。在给水箱、肥料添加足够的分量后，能够满足一般植物正常生长时间可达20天以上。产品的应用有效提高了人们管理植物的效率，从空间和时间上充分满足了人们在任何时间任何地点对植物进行管理的需求，避免了心爱的植物因缺少打理而枯萎的情况。该产品具有很好的应用前景。

参考文献：

[1] 贾浩强，李耀.基于WiFi无线通信的温湿度检测节点设计 [J].单片机与嵌入式系统应用，2014，14（5）：70-72+75.

[2] 杨洪涛，王英卓，杜娟.基于Android平台的WIFI控制系统的设计与实现 [J].北京工业职业技术学院学报，2016，15（3）：10-16.

通讯作者：蔡雄友（1990-），男，助教，硕士。研究方向：无线通信与振动控制。