鄭 依，曹文彬，尹冬欣，王 源，曹文濤

（江南大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

0 引 言

隨著社會的發(fā)展，室內(nèi)花草種植越來越受到人們的喜愛。智能植物養(yǎng)護裝置作為智能家居的一部分，已成為備受喜愛的新型家居商品之一。但是現(xiàn)有技術(shù)大多停留在對花盆自動補水階段，功能單一，不能自動補光，也無法獲取植物當(dāng)前的生長狀態(tài)。

本設(shè)計通過藍(lán)牙裝置實現(xiàn)與手機客戶端的通信，用戶可在移動終端自主選擇智能養(yǎng)護系統(tǒng)。此系統(tǒng)解決了用戶因忙碌無法照看栽種植物帶來的不便，可廣范應(yīng)用于家居生活中。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計

該裝置由花盆容體、控制系統(tǒng)、Android端、供水裝置、溫濕度傳感器及光強傳感器組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示?；ㄅ枞蒹w底部裝有托盤，托盤與底盤通過法蘭聯(lián)軸器連接。當(dāng)光強傳感器檢測到的光照強度大于用戶設(shè)定值時，控制系統(tǒng)中的電機模塊驅(qū)動底盤旋轉(zhuǎn)，底盤帶動整個花盆旋轉(zhuǎn)，使植物能夠均勻接受光照，確保植物充分地進行光合作用。埋在土壤中的濕度傳感器檢測濕度小于用戶設(shè)定值時，水泵繼電器閉合，啟動水泵澆水。此外，通過藍(lán)牙模塊實現(xiàn)花盆本體與上位機Android端APP的通信，可將單片機監(jiān)測到的溫度、濕度、光照信息實時發(fā)送到手機客戶端，方便用戶掌握植物生長狀況。此外，APP還具有拍照識別功能，通過花、果、葉等特征部位圖片，快速識別植物花卉，獲取植物百科信息，包括植物的名稱、介紹、相關(guān)詩詞、價值功用、花語寓意、分布地區(qū)、養(yǎng)護技術(shù)、表型特征及花開時節(jié)等信息，增加養(yǎng)護植物的趣味性。

2 軟硬件設(shè)計及功能實現(xiàn)

整體功能模塊包括上位機模塊、下位機模塊，上位機即手機端，下位機為花盆端。整體控制方案如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 整體控制方案

2.1 硬件模塊設(shè)計

智能花盆的下位機核心為單片機STC89C52，可讀取DS18B20溫度傳感器、BH1750FVI數(shù)字環(huán)境光傳感器及土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)，其還與電機、水泵繼電器相連，可自動根據(jù)溫濕度、光照、土壤濕度的數(shù)據(jù)做出加水、調(diào)整角度旋轉(zhuǎn)等動作。

通過手機APP可實時查看智能花盆綠植的生長狀態(tài)。每次獲得傳感器數(shù)據(jù)后，回傳上位機并顯示在APP上。手機客戶端和智能花盆通過藍(lán)牙連接，智能花盆硬件部分主要由單片機、電源模塊、電機和傳感器模塊等組成。

2.2 溫度檢測模塊

DS18B20溫度傳感器是一款溫度復(fù)合傳感器，采用單總線的接口方式與微處理器連接，僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。

2.3 濕度檢測模塊

濕度檢測模塊采用YL-69濕度傳感器，其數(shù)字量輸出可直接與單片機相連，通過單片機檢測高低電平來檢測土壤濕度，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定濕度時，自動澆水。

2.4 光強檢測模塊

采用GY-30數(shù)字光照傳感器實時檢測環(huán)境光照強度，調(diào)節(jié)靈敏度電位器改變光強閾值。采用I2C通信，供電電壓范圍為3～5 V，光照度范圍為0～65 535 Lx，傳感器內(nèi)置16 b A/D轉(zhuǎn)換器。

2.5 電機驅(qū)動模塊

采用ULN2003芯片驅(qū)動12 V五線四相步進電機，驅(qū)動電路利用繼電器控制交流電機帶動托盤轉(zhuǎn)動，電機轉(zhuǎn)動由光照強度決定。當(dāng)光照強度大于設(shè)定閾值時，單片機控制繼電器常閉觸點接通，交流電機通電帶動托盤旋轉(zhuǎn)；光強較弱時，電機停止轉(zhuǎn)動。

2.6 電源模塊

電源由8節(jié)1.5 V電池或通過220 V的AC/DC適配器轉(zhuǎn)化為12 V的交流電源組成，通過電源模塊將12 V電源轉(zhuǎn)化為3.3 V和5 V電源給各檢測模塊供電。

3 軟件模塊設(shè)計

用戶在手機端APP的主界面上可通過圖片識別或文字搜索植物。當(dāng)選用圖像識別時，調(diào)用阿里云中存放植物圖象識別資源的API接口，通過花、果、葉等特征部位圖片，快速識別植物花卉，增加養(yǎng)護植物的趣味性；選擇文字搜索時，利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲爬取植物百科網(wǎng)站上的信息，并將提取的相關(guān)信息顯示在手機上。

手機端與花盆本體連接成功后，手機端可接收由設(shè)備提供的花草數(shù)據(jù)及對智能花盆控制的各種操作。程序流程如圖3所示。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計了一款自動澆水補光的可旋轉(zhuǎn)式智能花盆，具備APP實時監(jiān)控與控制的優(yōu)點，解決了現(xiàn)有花盆結(jié)構(gòu)簡單、功能單一及無法實時了解植物生長狀態(tài)的問題。藍(lán)牙通信仍然存在位置的局限性，因此還需要在這一領(lǐng)域繼續(xù)探索，使產(chǎn)品更加成熟完善。

圖3 程序流程圖