基于STM32的智能花卉养护系统设计

崔庆华 　王金辉　陈祖栋　宋瑞燕　苏英妮　马万艺

摘 要 随着人们生活品质的提高，传统的花卉养护已经不适应时代的要求。在传统的基础上，以STM32单片机为主控，并集成了专家系统和物联网技术，实现了智能花卉养护系统。智能花卉养护系统具有可进行植物的生长预测、植物生产预估、植物生长风险预警的功能。有效地解决了传统花卉行业人工控制的繁杂低效、养护技术不成熟、人力物力耗费巨大等问题。

关键词 集成模块化;专家系统;物联网技术;智能养护

中图分类号： S68;TP316  文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.036

0 引言

隨着人们生活水平的不断提升，人们对于生活品质的要求也有了很大的提高，花卉绿化对于建筑环境以及生活品质的提升具有重要的意义。花卉养殖业得到了空前的发展，但是花卉行业也存在着许多养护问题，花卉养殖基地存在花卉种植数量太多而无法实现实时管护，花卉种类繁多导致养护工作量极大，对花卉养护的专业知识的缺乏和管理时间的缺少，导致花卉品质下降或死亡等问题，严重阻碍了花卉业的发展。市场上随之出现一批为养护花卉设计的土壤参数检测传感器，但对于养护不同性质的花卉智能化系统的设计与实现还不够成熟。不同品种的植物，不同的季节、不同的温度、不同的时间对水分、养分等参数的需求都不同。提高花卉养殖的智能化水平势在必行。

1 系统整体设计

本系统由硬件和软件两部分组成，系统组成如图1所示。硬件部分是以STM32为主控芯片、以Zigbee无线信号传输模块为核心，以传感器感应环境，并以水泵和电机作为辅助作为执行模块对指令进行响应。软件部分由数据传输、数据处理和客户端三部分组成，其中数据传输部分完成环境数据的采集、处理与传输，数据处理是将采集到的数据在专家系统和数学建模模块处理后并得出相应指令，客户端是实时显示植物生长数据和对植物生长趋势预测。

2 系统硬件设计

2.1 数据采集模块

数据采集模块采用的是SHT21温湿度传感器，采集当前植物所处环境的温度和湿度。SHT21配有一个全新设计的芯片、一个经过改进的电容式湿度传感元件和一个标准的能隙温度传感元件，其性能已经大大提升传感器（SHT1x 和SHT7x）的可靠性水平。经过改进后的SHT21在高湿环境下的性能更稳定，传感器可以检测到电池低电量状态，并且输出校验和有助于提高通信的可靠性，性价比更高，并且最终所有设备都将得益于尖端的节能运行模式。土壤养分传感器检测植物生长实时养分浓度，采用土壤电导率变送检测仪进行采集，光照传感器采集植物生长实时受光照强度数据，采用BH1750光照传感器进行采集。

2.2 数据传输模块

数据传输模块是由Zigbee和WiFi模块组成。在现场传感器采集到实时数据之后，需运用网络技术将现场监测对数据传输到网关设备，以实现现场数据的实时监测和可视化显示，以及控制指令的下达。传感器与网关之间利用ZigBee技术进行无线数据传输。通过利用ZigBee无线组网，利用ZigBee节点采集传感数据，实现数据通信功能。数据到达网关设备后，如若需要远程实时监控终端设备，则需要将数据上传到云服务器。WiFi传输技术实现Zigbee传感网络与互联网相连，将数据上传到服务器数据库进行储存。

2.3 数据处理模块

数据处理模块由STM32ZET6单片机构成。单片机最小系统包括了核心芯片、晶振电路和复位电路。各传感器数据通过Zigbee协调器传入STM32单片机，再通过WiFi无线网络将数据传到服务器，进入数据库通过大数据整合系统处理，结合花卉现有生长状况以及专业配套生长资料，智能求解出花卉培养最优解。把求解的结果通过WiFi传送到STM32，由STM32发出控制指令给执行设施模块。

2.4 执行设施模块

板载电控单元驱动水泵，水泵连接四个滴灌设施，根据传输来的信号控制水泵进行浇水，停止浇水，施肥等。

2.5 数据显示模块

数据显示模块将花卉环境的相关数据显示在OLED屏上，实时显示其周围环境温湿度，土壤湿度，土壤温度，土壤养分及植物生长状况的分析等。

3 软件组成

3.1 软件介绍

使用IAR软件，分别将协调器和终端程序烧录进Zigbee模块中。使用Keil5软件，将终端程序烧录进STM32ZET6中。手机APP的程序通过Android Studio软件进行开发。通过登录服务器的密钥，即可登录接收实时植物生长状态数据。

3.2 终端传感器程序及服务器数据库设计

首先读取传感器采集的数据，将其传输到服务器，数据库内有专家系统及数学建模分析模块，判断其是否需要进行指令的处理，得出数据，并生成植物生长预测曲线图，当需要或者不需指令处理时，都将其数据传输给网关，最终作出响应操作。

3.3 数学建模分析预测模块

当数据传入到数学建模分析预测模块时，运用Matlab等相关数学建模分析软件，由传感器测出的数据，结合实际情况，建立资源的最优配置模型，以及预测模型。得出植物生长最优化方案，实现植物生长预测、植物生产预估、植物生长风险预警等功能，真正实现智能化花卉养护。

4 总结

在智能化趋势的今天，智能花卉养护系统利用ZigBee无线组网，传感器节点采集传感数据，实现花卉环境的养分、湿度、光照、温度、二氧化碳浓度等数据监测，并把数据上传至服务器。配合服务器数据库中的数据，可以实现对盆栽植物全方面地远程监测和长时间持续监控，同时将数据反馈给养殖用户，为各种植物配套上最优化的养护方案。通过互联网技术，养殖户还可以任意时刻通过手机终端了解花卉的生长状况，生长环境的各项参数。提高花卉品质，让其茁壮成长，为养花小白变成专家。

参考文献

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