基于STM32的智能盆栽远程监控浇水装置设计

朱定林　谭玉枚　周晓春

【摘 要】针对日常生活中人们热衷于盆栽种植但又因工作繁忙而忘记浇水导致盆栽枯死的问题，本文提出采用STM32作为系统主控芯片，构建一个“手机APP+现场传感器控制”的智能监控种植系统。通过对指定植物种植环境的温度、湿度数据进行统计分析，能实现自动浇灌、调整光照、远程告警及无线监控等功能，最终实现盆栽智能种植，为盆栽种植爱好者提供便利。本系统设计具有简单、实用性强、可靠性高等特点。

【关键词】STM32单片机;现场传感器控制;智能浇水

中图分类号： S688;TP368.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）31-0007-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.003

The Design of a Remote Monitoring Watering Potted System Based on STM32

ZHU Ding-lin TAN Yu-mei* ZHOU Xiao-chun

（School of information and communication engineering， hezhou university， Hezhou Guangxi 542899， China）

【Abstract】With the problem that more people are keen on pot planting in daily life but no time to take care of them， the paper implements intelligent monitoring and planting system by taking STM32 as the main control chip  to construct an of "mobile phone app + field sensor control ". Through the statistical analysis of the temperature and humidity of the designated plant， the functions of automatic watering， adjusting illumination， remote alarming and wireless monitoring can be realized， which can provide convenience for pot planting enthusiasts by the intelligent planting design. The result shows that this design meets the advantages of simplicity， practicability and reliability.

【Key words】STM32; Field sensor control; Intelligent watering

隨着人们的生活质量的逐步提高，人们对居住环境也有了更高的追求[1]。当前，盆栽随处可见，无论是办公装饰、餐厅布局还是家庭摆设，都成了大部分人生活不可或缺的一部分，尤其诸如多肉植物类的盆栽广受女士的喜爱，但如何种植护理却成了一个难题。此外，养殖花草成败的关键在于盆栽的浇水量和给予的光照强度是否适时适量，需要费心费时去呵护花草。近年来，市场上有许多类型的自动浇花装置，浇水方式还是采用传统的雨幕式浇花，不仅浪费水，而且还非常浪费水资源[2].因此，设计一个能够实时的检测盆栽土壤湿度，还能根据湿度进行自动浇水等操作，保证土壤湿度以适应植物的生长环境的智能盆栽装置，具有非常实用的意义[3-4]。

1 系统总体框架设计

本项目通过构建一个“手机APP+现场传感器控制”的智能监控种植系统，对指定植物种植环境的温度、湿度数据的统计分析，自动实现浇灌、光照调整、远程告警及无线监控等功能，实现智能种植。智能盆栽种植监控系统由七个模块组成，包括主控制器模块、温度模块、湿度模块、洒水模块、摄像头模块、无线模块和日光模 块。针对不同的花卉，设计了个性化专属控制方式：第一种是手动控制模式，用户只需调节所需的模式就可以按照设定周期进行浇水，还可以自定义控制进水量;第二种是利用湿度传感器检测盆栽的湿度，当土壤湿度较低时，主控制器会在出现低值超过6小时候做出响应，进行水分的补偿，当土壤湿度较高时，水分过多将会发送停止信号到主控制器模块，主控制器模块进行数据处理判断，若水份饱和度超出设定阈值，立即断开洒水模块对花盆水源的供应;第三种利用手机通过网络发送定时定量浇水控制命令，盆栽通过无线模块ESP8666连接到云端上，当盆栽主控制器通过无线模块访问到云端有控制指令下达湿，将按照云端指令解析后，控制洒水模块进行开阀浇花，达到设定量时关闭阀门。此种方式面向不同的花卉，可以在APP端自主选择不同品种的植物，每种植物都设定了不一样的种植环境，方便不同盆栽进行养护，提高了盆栽的多样性处理，体现了系统的智能特性。系统结构如图1所示。

图1 系统总体架构设计

2 系统各部分硬件电路设计

2.1 无线模块设计

无线模块采用安信可ESP8266-12F模块，主要实现了云端和盆栽终端的通信。手机端发送控制指令后在云端进行数据中转，通过无线网络传送给盆栽终端的无线模块，无线模块接收到指令后，把指令通过串口通信的方式发送给主控制器，主控制器接收到指令后驱动洒水模块进行水分的补充，从而实现了手机远程控制。无线模块原理图如图2所示。

图2 无线模块电路图

2.2 DC-DC电路设计

该DC-DC降压电路将5V降到3.3V，若采用普通的三端稳压管，第一体积过大，不便于布局电路和安装，第二就是输出电流小，达不到要求。因此该电路在体积上比较小，易安装和在PCB上的布局，而且输入输出压差比较小，所以损耗小发热量也小。

图3 DC-DC电路图

3 建立开放性实验室，鼓励学生参与老师的科研工作

3.1 系统主程序

智能盆栽种植监控系统主要是在主控制器的控制下，对无线模块接收到的指令进行解析，进而控制洒水模块驱动电机控制出水阀，以达到控制出水量，实现智能种植的目的。智能盆栽种植监控系统主程序流程图如图4所示[5]。

图4 主程序流程图

3.2 无线传输程序设计

无线模块主要采用TCP/IP的协议进行网络对接，通过TCP协议连接到云端，采用GET的方式获取云端状态，以POST的方式上传盆栽当前的各项数据，实时回馈快照到云端供移动APP端查看植物的生长状态。

（1）通信协议：电压3.3VDC，波特率4800，1个起始位，2 个停止位，无校验位，半双工方式;每帧字节发送间隔为4ms;帧头为0x55AA;校验方式为前n项总和;取低八位后加上第n+1项校验码。

（2）不同类型数据帧格式：ID+数据长度+数据。

主要控制命令及功能如下：

0x55aa 0x07 0x01 0x01 0x01 0x02：开机;

0x55aa 0x07 0x01 0x01 0x00 0x01：关机;

0x55aa 0x07 0x02 0x01 0x01 0x03：自动看护;

0x55aa 0x07 0x02 0x01 0x00 0x02：手动看护;

0x55aa len 0xFF datalen ndata checksum：上传所有状态到云端。

4 系统调试

系统上电后进入第二种控制模式，无线模块进入Smartconfig配网模式等待用户配网。用户配网成功后，盆栽上网络指示灯亮起，测试无线模块状态反馈结果正常。此时在APP端设定自定义种植护理模式，盆栽收到回复并且显示当前的工作模式，并可查看APP端页面显示的盆栽植物生长状态，状态反馈正常，土壤湿度、环境温度、光照亮度、洒水机状态、植物快照回馈图像等都正常。经过测试时长48小时后发现，无线模块无离线进入假死状态，期间模块出现掉线重连次数不超过5次。手控模式调节洒水模块，回馈数据正常，土壤湿度、环境温度也相应地反馈实时数据到盆栽显示器，同时无线模块也同步了数据到云端，APP拉取数据成功，拉取数据延时时间平均300ms。自动控制模式，测试时长24小时，土壤湿度曲线按照设定值运行，误差在±5%。同时环境温度等也反馈同步。

5 总结

该系统采用了三种控制方式：手动控制模式，传感器检测模式和无线控制模式，针对不同的植物对用户提供多种护理方案，对盆栽进智能定时定量浇水。当盆栽土壤湿度和光照量达到一定值时，浇水系统和光照系统会自动进行补给或停止补给。利用通信模块的终端随时随地地控制和管理植物的生长状况，让盆栽的种植更加科学、高效。此外，采用DC-DC降压电路将5V降到3.3V，降低了电源电压功耗，达到更有性能。最后，本系统的设计简单实用、智能、人性化，具有较广泛的应用前景。

【参考文献】

[1]涂颖，刘叶林，李刚.基于STM32智能盆栽远程补光浇水设计[J].电子制作，2018（13）：26-28.

[2]张娜，吴文福，杜吉山，顾冰洁，邢左群.智能花盆的研究现状与发展前景[J].农业与技术，2016，36（01）：174-176.

[3]王力，邓鹏，马雪芬.基于单片机的盆栽智能浇水控制系统设计[J].轻工科技，2018，34（04）：60-61.

[4]张兆朋.基于AT89S52的家庭智能浇花器的设计[J].电子设计工程，2011，19（05）：39-41+44.

[5]周程，朱兆优，刘雪枫.基于ATmega128的智能澆花机的设计[J].电子质量，2014（04）：41-43.