基于STM32和WIFI的物联网智能盆栽（物联网农业微模型）的设计

唐文强 吴君

摘要：随着人们生活水平的逐步提高，越来越多的家庭摆放盆栽，但由于人们生活、工作繁忙等原因、对盆栽植物疏于照顾或由于对盆栽植物生长习性不了解造成培养不当，而使盆栽生长不良甚至枯萎等。针对这一情况设计一款基于STM32和WIFI，采用多种传感器，利用大数据、云储存的物联网智能盆栽系统。

关键词：STM32单片机;WIFI;传感器;智能盆栽

中图分类号：TP311     文献标识码： A

文章编号：1009-3044（2021）02-0197-02

Abstract： With the gradual improvement of people's living standard， more and more households place potted plants， but due to people's busy life， work and other reasons， neglect of care for potted plants or lack of knowledge of potted plant growth habits， resulting in inappropriate cultivation， potted plants grow poorly or even wither. A smart potting system based on STM32 and WIFI is designed for this situation， which uses multiple sensors and utilizes large data and cloud storage.

Key words： STM32 single-chip computer; WIFI; sensor; smart potting

該智能物联网盆栽的设计采用STM32单片机，基于传感器和无线通信的模式把采集到的数据发到云端进行处理，利用大数据分析不同盆栽植物生长不同阶段的营养、水分等需求特性，把盆栽生长状况通过手机App反馈给用户，并给出处理意见，或直接做出相应的处理。利用计算机、物联网等技术实现盆栽的智能化管理。

1 系统总体框架

1.1 硬件选用

智能盆栽采用STM32F407ZGT6单片机，此款单片机具有硬件FPU单元（Float Point Unit）和DSP（Digital Signal Processing）指令，同时STM32F4主频较高能够达到168Mhz[1]，适用于需要浮点运算或DSP处理的应用。

传感器方面采用DHT12温湿度传感器，YL-69土壤湿度传感器，BHT1750FVI光照传感器。考虑到WIFI（Wireless Fidelity）模块的体积及成本WIFI模块采用乐鑫公司的ESP8266用于数据传输实现人机交互，该模块具有性价比高、使用方便【2】等优点。另外采用2350ma的18650锂电池进行供电。

1.2 系统框图

1.3 系统结构简述

该物联网智能盆栽可分为硬件端和软件网络端，硬件端以STM32单片机为核心控制设备包括温度、湿度、光照等传感器设备和WIFI模块等，传感器采集数据通过WIFI模块使用以太网发送到云端服务器进行数据分析汇总并做出相应的判断处理，将相应的指令发送给STM32单片机并将信息通过手机App（Application）反馈给用户，用户可通过App对植物生长状况进行实时上传，同时云端服务器数据库应有各种盆栽植物的生长数据，通过大数据分析给用户提出相应的盆栽培育意见，并且可以通过手机App对盆栽实现远程控制，如浇水、补光等处理。

1.4 硬件编程

单片机程序采用keil，keil是一款常用于单片机设计的集成开发环境[3]，keil具有像Windows的可视化操作界面【4】，使用方便支持C语言及汇编语等多种方式的单片机设计，库函数丰富，编译连接工具极大丰富，使用方便等特色。

2 软件设计方面

2.1 用户管理

为加强信息的安全性，App设计采用先注册再使用的原则，并采用密码确认机制，注册成功后通过WIFI匹配设备选择盆栽种类，用于监管盆栽生长情况时需要输入正确的用户名和密码进行身份验证登录App，用户可以增删智能盆栽监测器，或修改检测器对应的盆栽植物种类。

2.2 数据存储

本系统采用OneNET云服务器，选用My SQL数据库，数据库中存放用户身份信息，各种盆栽生长信息，监测设备信息，以及传感器检测到的数据信息，根据各类信息产生的各类数据，设计4张数据表，用户身份信息表，监测器信息表，盆栽植物生活习性表，盆栽生长信息表。

2.3 信息分析处理

数据对比分析应答，当系统内环境发生变化时，通过与数据库中的盆栽植物生活习性生长数据以及设定的一定值进行对比，比如数据库中绿萝对土壤湿度的要求不低于50%，当土壤温湿度传感器检测到当前土壤湿度为40%，通过数据对比判断此时绿萝需要浇水，系统通过控制微型水泵进行灌溉或通知用户进行浇水作业。

2.4 Android客户端

本系统App编写采用Android Studio集成开发环境，App的主界面采用底部菜单分布模式，从左到右计划设置3到4个转换按钮，用于对应不同的功能界面。客户端应增设盆栽培养信息交流推送功能，给用户更好的体验。

3 扩展应用

该物联网智能盆栽系统可应用于盆栽的养护，但不局限于此，对该系统进行软硬件方面的调整拆分组合，可应用于物联网农业方面，将硬件系统进行拆分，将土壤温湿度传感器独立出来，再增加土壤PH传感器、土壤盐分传感器，用于检测土壤实时变化，进行实时有效灌溉、施肥等，另外部分温度传感器、光照传感器、再增加高清摄像头，组成植物地面检测系统，增加的高清摄像头用于植物病虫害的检测，如果考虑到成本问题，可采用人工数据采集录入系统。在云端数据库录入植物农作物成长大数据，可涉及植物生活习性，病虫害防治对应措施等多样数据，实现物联网+大数据的精准高效农业生产管理。对于数据传输方面考虑到WIFI模块的传输距离和农业生产的实际情况，可用GPRS（General Packet Radio Service）传输模块替代WIFI模块，为有效实时监控可开发PC端软件。拆分两部分用于土壤和地面植物的监测，提高系统的应用效率，可在物联网农业生产中得到更广泛的应用，如反季节蔬菜的培育、提高农作物产量及质量、合理施肥灌溉，减少过度施肥施药、避免土壤板结等。

4 实现目标

该系统旨在为盆栽爱好者提供一个良好的盆栽培养平台，用户可以用科学的方法实现盆栽的养护培养，通过传感器等对盆栽生长环境，生长情况进行收集汇总，利用大数据分析处理，通过手机App反馈给用户，或直接作用于盆栽，提高盆栽生长质量。该物联网智能盆栽实际上是一个物联网农业微模型，对系统进行相应改动即可应用于农业生产之中。本文对技术方面涉及的体积量不多，旨在提供一种设计理念思维等，物联网智能盆栽即是一个物联网+农业生产模型，又是物联网+生活模型，实现物联网技术在生产生活方面的多方应用[5]。

5 总结

物联网+大数据技术在生产生活有着极大的应用，在诸多方面带来了极大便利。以该物联网智能盆栽系统来看，该物联网系统主要涉及物联网感知层、网络层、应用层等多层次物联网技术，利用无线通信以及传感器数据采集以及大数据分析等对盆栽的生长状况进行实时判断，该系统也可用于盆栽相关企业进行规模化培养，减少人力成本，旨在推动传统盆栽栽培向智能化的转换。

前面也说到该物联网智能盆栽系统可看作成物联网农业微模型，物联网技术在农业生产方面有着巨大作用，农业物联网受到世界各国关注[5]。物联网农业是物联网应用领域的重要组成部分，物联网智慧农业的发展，可提高农业生产效率，和农产品产量和质量，物联网技术将在生产生活等方面得到更广泛的应用。

参考文献：

[1] 牛妍燕，田子怡.基于STM32的嵌入式智能家居系统[J].电脑知识与技术，2016，12（13）：240-242.

[2] 黄振宇，王先杰，陈刚.基于STM32单片机智能盲杖的设计[J].电脑知识与技术，2018，14（33）：221-222，224.

[3] 陈智英.基于Proteus-Keil联调与项目导向的单片机教学[J].电气电子教学学报，2018，40（5）：107-111.

[4] 邹传民.基于Cortex-M4的嵌入式光学相干层析成像系统的研究[D].广州：广东工业大学，2013.

[5] 陆晓东.农业物联网技术应用及创新发展策略[J].计算机流通，2020（10）：5.

【通联编辑：梁书】