物联网智能花窖控制系统

刘铠毅，李昊哲，马

（大连理工大学城市学院，辽宁 大连 116600）

0 引 言

物联网智能花窖控制系统可推动养花产业实现自动化，解决养花人因监测花窖环境不便带来的问题。用智能化的监测设备对花窖进行实时监控，通过手机APP可进行远程控制，给养花人带来便利。

1 系统总体方案

物联网智能花窖控制系统由一个主节点、多个子节点及客户端组成。子节点用于检测花窖土壤湿度，将检测结果发送给主节点，并可根据设定阈值出水喷灌；主节点可将设定与检测的数值显示在液晶屏上，并可完成储水箱进水，控制加热器或换气扇工作，还可与手机客户端进行信息沟通，实现智能化花窖控制。系统组成如图1所示。

图1 系统组成框图

1.1 主节点

主节点由STC15W4K56S4单片机完成系统控制。其输入信号包括超声波水位检测、环境温湿度检测、开关参数设置；输出信号包括换气继电器控制、加热继电器控制、进水电磁阀控制、蜂鸣器报警控制、128×64液晶显示控制；双向传输信号包括数据存储、短距离无线通信、远程无线通信。主节点设计框图如图2所示。

图2 主节点设计框图

1.2 子节点

子节点由STC89C52单片机完成控制。其输入信号包括土壤湿度检测；输出信号包括出水电磁阀控制、通信中断报警控制；双向传输信号包括短距离无线通信。子节点设计框图如图3所示。

图3 子节点设计框图

1.3 手机客户端

手机客户端可显示各子节点湿度、主节点温湿度，同时也可根据需要更改以上数值的阈值。

2 系统硬件设计

物联网智能花窖控制系统工作原理如图4所示。图中主节点采用STC15W4K56S4单片机[1]，子节点采用STC89C52单片机。主、子节点间的短距离无线通信采用E32-TTL-100无线模块完成。主节点检测环境温湿度，采用DHT11传感器；子节点检测土壤湿度，采用可插入土壤的湿度传感器模块完成。远程数据传输采用WiFi通信模块ESP8266完成[2]。

图4 系统工作原理图

子节点采集花窖土壤湿度，通过E32-TTL-100短距离无线通信模块将采集到的数据发送给主节点，当土壤湿度低于设定阈值时，子节点控制电磁阀进行喷灌。主节点可将环境温湿度、储水箱水位、子节点发送来的土壤湿度数值显示在液晶屏上。在检测中，若主节点判断花窖内温度低于阈值，则控制继电器启动加热器工作；若判断花窖内湿度高于阈值，则控制继电器启动换风扇工作。主节点还可通过超声波检测水箱水位，并判断是否控制水箱上水。

主节点采用E32-TTL-100模块与各子节点进行数据互传，查询子节点工作情况，若某子节点失联，则主、子节点同时进行报警提示。

3 系统软件设计

系统软件分为主节点和子节点两部分。主节点程序流程如图5所示。系统初始化后，系统循环检测环境温湿度、检测储水箱水位、查询子节点，判断是否通过开关或手机修改参数阈值。当环境温湿度未满足设定要求时，P36或P37引脚输出高电平，启动加热器或换气扇工作；当储水箱水位不满足要求时，P35引脚输出高电平，控制进水电磁阀工作；当主、子节点能正常通信时，传输到主节点的子节点点位和土壤湿度值显示到液晶屏上；否则，报警提示[3]。

子节点程序流程如图6所示。系统初始化后，系统循环检测土壤湿度、查询主节点。当土壤湿度未满足设定要求时，P20引脚输出控制信号，控制出水电磁阀出水喷灌；当主、子节点不能正常通信时，进行报警提示。

4 手机客户端设计

手机客户端主要用于远程查看花窖控制系统前端传感器采集到的数据，包括4个子节点的土壤湿度数值，主节点环境温度、湿度数值；同时可进行参数值的阈值修改包括4个子节点的出水控制阈值，主节点启动加热器、启动换气扇的控制阈值[4]。

图5 主节点程序流程图

图6 子节点程序流程图

5 结 语

物联网智能花窖控制系统通过一个主节点、多个子节点和手机客户端协同工作，实现了花窖的实时监控和自动化控制，推动了种植技术的发展。