葛志斌，吳旭

（沈陽理工大學，沈陽 110159）

1 引言

如今社會生活節(jié)奏加快，一場說走就走的旅行成為新一代年輕人的主潮流，但是一些煩瑣的事物往往牽絆了人們的雙腳，如澆花、養(yǎng)魚等。為了解綁現(xiàn)代人的雙腳，滿足人們對旅行的需求，增加人們生活的樂趣，智能家居便應運而生，智能澆花系統(tǒng)不僅能夠幫助人們解決按時澆花的問題，還有效地促進了家養(yǎng)植物的茁壯生長。

2 澆花系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，硬件部分包括一個STM32主控中心、兩個STM32智能終端控制器、Arduino小車驅動系統(tǒng)、Wi-Fi無線傳輸模塊以及多種傳感器。

濕度傳感器將采集到的濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32終端控制器，通過Wi-Fi模塊將濕度數(shù)據(jù)傳給STM32主控中心，如果濕度值低于設定值，就向澆水小車發(fā)送澆水信號。小車上的液位傳感器會實時監(jiān)測水箱水位，并與終端同步，若水位較低則啟動小車至水閥處請求加水，若水量充足則直接至植物處澆水。當土壤濕度滿足要求時，主控模塊發(fā)送停止?jié)菜盘?，小車關閉水閥，并返回原地。

整個系統(tǒng)由6個模塊構成，分別為：程序下載與在線調試端口模塊、電源及其輸入輸出接口模塊、STM32串口模塊、定時器中斷(通用定時器)模塊、STM32的ADC模塊和三種傳感器元件。它們以STM32f103開發(fā)板為中心，以Wi-Fi232模塊為信號交換中心，實現(xiàn)不同的功能。

3 軟件設計與流程

3.1 土壤觀測節(jié)點濕度監(jiān)測

當土壤傳感器感受到土壤干濕度的變化時，通過AD轉換出的電位的變化經ARM控制板與預設的電壓閥值作比較，監(jiān)測值低于閥值時，控制板發(fā)送信號到Wi-Fi模塊，通過簡易通信協(xié)議向主控單元模塊發(fā)送澆水信號。

3.2 “護花使者”液位監(jiān)測節(jié)點和運載

節(jié)點接收到主控單元模塊發(fā)送的澆水請求信號后，ARM控制板則將液位傳感器傳送的數(shù)字信號與預先設定的閥值對比。若液位的電位信號高于閥值則發(fā)送啟動信號給Arduino板，開啟電機驅動，通過紅外循跡指示小車將水運輸?shù)交ㄅ杼?。到達目的地，關閉電機。接著發(fā)送澆灌信號控制水閥以滴灌的方式予以澆水。若液位的信號低于閥值則向Ardunio板發(fā)送缺水信號和啟動信號，開啟電機驅動，指示小車開往加水處。到達加水處之后，小車的ARM控制板通過簡易傳輸協(xié)議向主控單元模塊發(fā)送加水信號。

3.3 主控單元模塊接收和發(fā)布信號

主控單元模塊設置在加水處，從啟動程序開始，便一直請求和接收土壤濕度數(shù)據(jù)并通過I/O口發(fā)送至LCD屏予以實時顯示土壤濕度情況。當主控單元接收到請求信號后，通過ARM控制板進行濕度與閥值的比較，若濕度低于閥值則向液位監(jiān)測節(jié)點發(fā)布澆水信號，同時請求小車水箱的液位數(shù)據(jù)。接收到的液位信號低于預設閥值時，向液位監(jiān)測節(jié)點發(fā)布加水信號。若主控單元模塊收到液位監(jiān)測節(jié)點發(fā)送的加水信號則打開水閥，予以加水。此時，假如收到小車Wi-Fi模塊發(fā)送來的停止加水信號，則關閉水閥，再次等待土壤濕度數(shù)據(jù)。

4 調試與誤差分析

為了小車能夠正確循跡到達盆栽處，需要不斷搜集和更新軌道信息。在此次設計中，采用了紅外感應作為循跡元件。因為它利用的是紅外輻射與物質相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應而轉化為電信號，為了避免信號發(fā)生誤讀，所以在多次測試之后，選擇色差最大的黑白作為軌跡來使紅外傳感器識別，最終使小車能夠較為準確地循跡運水。

5 結論

基于無線網(wǎng)絡的家庭植物看護者，是以家庭園藝養(yǎng)護為前提的研究，具有較強的應用性。為了突出監(jiān)控信息無線傳輸、滿足全方位向光性需求和全自動智能補給水的三大特點，相關研究人員對基于無線網(wǎng)絡的家庭植物看護者的硬件部分，包括采集端、控制端、網(wǎng)關三個部分進行了相應的設計。首先在嵌入式處理器的基礎上擴展了土壤傳感器、液位傳感器、紅外傳感器，充分滿足系統(tǒng)的信息采集要求；擴展了無線Wi-Fi模塊，在物理層面上擴大了控制范圍，更具簡易性。另外加入自主設計的簡單協(xié)議，避免了信息同時傳輸?shù)臎_突；擴展RS232口，下載程序用于調試。擴展了LCD輔助顯示系統(tǒng)接口，可以輕松地進行圖像、文字顯示。

本作品基于STM32和Arduino板為控制平臺實現(xiàn)了監(jiān)測、控制、空間運載等功能，通過Wi-Fi定義控制節(jié)點并提供了可靠的分布式網(wǎng)絡，以實現(xiàn)與室內的家居智能電子設備的信息交互。在家居看護網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的實時控制之下，通過軟件及硬件相應的執(zhí)行機制，對所有連接到智能看護網(wǎng)絡上的各種設備實現(xiàn)監(jiān)測和控制。整個設計以無線通訊作為控制方式、嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)軟、硬件的裁剪以及擴展，為人們實現(xiàn)便捷的、舒適的、網(wǎng)絡化的生活提供了有效的解決方案。