韓麗麗，程 崢，牛萍娟，田海濤，梁立君，劉 雷，羅德智

(1.天津工業(yè)大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，天津 300387；3.天津工業(yè)大學(xué)大功率半導(dǎo)體照明應(yīng)用系統(tǒng)教育部工程中心，天津 300387)

引言

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計Fig.1 Design of system function

近年來，隨著植物工廠LED照明研究的深入，新成果不斷涌現(xiàn)[1-3]。LED光源具有體積小、壽命長、光色可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是全人工光型植物工廠的理想光源[4-6]。隨著大型植物工廠研究不斷深入，家庭植物工廠受到人們越來越多的關(guān)注。2010年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院推出了一款“低碳·智能·家庭植物工廠”，它包含三層立體栽培空間，所用光源為白光LED[7]。2012年北京某公司研制了一種適合于樓宇、家庭使用的JPWZ-1家庭植物工廠，實現(xiàn)了栽培區(qū)的溫濕度環(huán)境的精準(zhǔn)控制[8]。2015年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研制出了兩種型號的家庭植物工廠[9]。

目前我國研發(fā)的家庭植物工廠控制系統(tǒng)大多選用PLC作為核心控制器，成本較高；在營養(yǎng)液循環(huán)過程中，會出現(xiàn)有害微生物和植物自毒物質(zhì)，依靠現(xiàn)有技術(shù)往往凈化不徹底；且應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)衍生出的設(shè)備云平臺技術(shù)的實例很少。以上這些問題有待改進(jìn)。我們通過對現(xiàn)有的家庭植物工廠控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，結(jié)合嵌入式技術(shù)、LED光源技術(shù)、無線通信技術(shù)、設(shè)備云平臺技術(shù)、智能控制技術(shù)，設(shè)計并開發(fā)了一種LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1)控制系統(tǒng)功能設(shè)計。如圖1所示，LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)由核心處理器、傳感器、LCD人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源、WIFI通信模塊、輸出控制模塊以及Android APP組成。傳感器模塊實現(xiàn)了對系統(tǒng)內(nèi)光照強(qiáng)度、溫濕度、CO2濃度、營養(yǎng)液溫度、EC、pH和液位等環(huán)境和營養(yǎng)液因子數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確采集；通過在4.3寸LCD觸摸屏上搭建人機(jī)交互模塊，可以實時顯示環(huán)境和營養(yǎng)液因子數(shù)據(jù)信息，并對系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行操控；數(shù)據(jù)存儲模塊由SPI FLASH、SD卡組成，SPI FLASH用來存放字庫信息，解決核心處理器的RAM不足的問題，SD卡用來更新字庫信息，采用FATFS文件系統(tǒng)管理；核心處理器是控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析決策，等待LCD觸摸屏或Android APP的指令，發(fā)送相應(yīng)的控制命令，從而調(diào)節(jié)輸出控制模塊，使環(huán)境和營養(yǎng)液因子始終保持在適合植物生長發(fā)育的合理范圍內(nèi)；輸出控制模塊由加熱器、加濕器、制冷器、通風(fēng)扇、CO2小鋼瓶、LED補(bǔ)光模組、深紫外LED凈水模組、水泵、蠕動泵組成；通過WIFI模塊和路由器接入機(jī)智云云平臺，并基于機(jī)智云提供的SDK包以及Android開源框架開發(fā)了一款A(yù)ndroid APP，實現(xiàn)了對家庭植物工廠控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)控。

2)控制系統(tǒng)工作方式。核心處理器每隔10 s接收傳感器采集的數(shù)據(jù)，采用狄克松準(zhǔn)則和卡爾曼濾波相結(jié)合的傳感器數(shù)據(jù)融合方案，將環(huán)境和營養(yǎng)液因子的數(shù)據(jù)信息顯示在LCD觸摸屏和Android APP上，再根據(jù)設(shè)定的環(huán)境因子的閾值進(jìn)行判定，對系統(tǒng)內(nèi)的輸出控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，其中，LED補(bǔ)光模組和深紫外LED模組通過PWM占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)；加熱器、加濕器以及CO2小鋼瓶等電氣設(shè)備的開啟與關(guān)閉通過控制繼電器的打開和閉合進(jìn)行調(diào)節(jié)；水泵和蠕動泵通過電機(jī)驅(qū)動電路輸出相應(yīng)的脈沖進(jìn)行控制。

家庭植物工廠系統(tǒng)采用LED模組進(jìn)行補(bǔ)光，利用水泵實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)營養(yǎng)液的循環(huán)，應(yīng)用深紫外LED模組對循環(huán)的營養(yǎng)液進(jìn)行凈化，調(diào)節(jié)蠕動泵完成滴加酸堿液的操作，并采用CO2小鋼瓶和通風(fēng)扇協(xié)同進(jìn)行CO2濃度的調(diào)控，其中深紫外LED模組、水泵作為環(huán)境調(diào)控設(shè)備均使用定時控制方式，可以實現(xiàn)PWM調(diào)速或調(diào)光等功能。光照強(qiáng)度、溫度、濕度、營養(yǎng)液溫度、pH則根據(jù)設(shè)定的閾值進(jìn)行自動控制。溫度低于設(shè)定值時可以觸發(fā)加熱器啟動進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定閾值時，加熱器關(guān)閉。其他環(huán)境和營養(yǎng)液因子的調(diào)控方式與溫度類似，滿足植物正常生長發(fā)育對環(huán)境和營養(yǎng)液因子的需求。

3)LED家庭植物工廠結(jié)構(gòu)設(shè)計。LED家庭植物工廠在結(jié)構(gòu)上與大型植物工廠相比有很大差別，需要根據(jù)要求做出合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計[10]。其結(jié)構(gòu)設(shè)計方案如圖2所示。LED家庭植物工廠上面三層為植物栽培區(qū)，在每層LED模組和栽培區(qū)之間添加了隔熱材料，以防止LED散熱對栽培區(qū)的溫濕度造成影響；家庭植物工廠最下面一層是設(shè)備控制區(qū)，主要用于放置加熱器、制冷器、CO2小鋼瓶、營養(yǎng)液槽、水泵、蠕動泵以及深紫外LED模組等環(huán)境和營養(yǎng)液因子調(diào)控設(shè)備；營養(yǎng)液儲存在底層的營養(yǎng)液槽內(nèi)，通過營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)對各層進(jìn)行循環(huán)供給；在家庭植物工廠頂部安放了一塊4.3寸的LCD觸摸屏，可以實時顯示家庭植物工廠內(nèi)部的環(huán)境信息，選擇運(yùn)行模式并對系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)控。

在植物栽培區(qū)每層各安放了一個光照強(qiáng)度傳感器、溫濕度傳感器、CO2傳感器、加熱器、加濕器，并且在栽培區(qū)背面安裝了兩個通風(fēng)扇，用于家庭植物工廠內(nèi)外環(huán)境中CO2氣體的循環(huán)交換。在營養(yǎng)液槽內(nèi)安放了一個營養(yǎng)液溫度傳感器、pH傳感器、EC傳感器、液位傳感器、加熱器、制冷器、蠕動泵，蠕動泵用于滴加酸堿液進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，并且可以通過改變水泵的速度從而控制營養(yǎng)液的流速。此外，在營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)中，安放了一塊深紫外LED模組對循環(huán)的營養(yǎng)液進(jìn)行凈化，解決營養(yǎng)液在循環(huán)過程中產(chǎn)生有害微生物和植物自毒物質(zhì)引發(fā)的病蟲害問題。

圖2 LED家庭植物工廠結(jié)構(gòu)設(shè)計Fig.2 Design of LED family plant factory structure

2 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)

LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)硬件由核心處理器、傳感器、LCD人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源、WIFI通信模塊、輸出控制模塊組成。選用220 V AC轉(zhuǎn)12 V DC的外接電源作為家庭植物工廠控制系統(tǒng)的總電源，12 V DC電源可以作為驅(qū)動蠕動泵的步進(jìn)電機(jī)和水泵的直流電機(jī)的供電電源，通過設(shè)計降壓電路產(chǎn)生5 V、3.3 V直流電源向STM32芯片及各個外接模塊供電。

1)核心處理器?？紤]到本系統(tǒng)外接傳感器和輸出控制模塊比較多，并且通過移植EMWIN搭建LCD觸摸屏人機(jī)交互模塊，需要用到較多的MCU資源，選用STM32F103ZET6作為核心處理器。它具有112個通用I/O口、64 kB SRAM、512 kB FLASH、2個基本定時器、4個通用定時器、2個高級定時器、2個DMA控制器、3個 SPI、2個IIC、5個串口、1個USB、1個CAN、3個12位ADC、1個12位DAC、1個SDIO接口、1個FSMC接口[11]。在此芯片基礎(chǔ)上搭建STM32最小系統(tǒng)電路，同時搭建外圍電路實現(xiàn)環(huán)境和營養(yǎng)液因子采集、LCD人機(jī)交互、數(shù)據(jù)存儲、WIFI通信、LED補(bǔ)光模組和深紫外LED凈水模組的PWM調(diào)光、輸出設(shè)備控制等各項功能。

2)數(shù)據(jù)存儲模塊。由于在TFTLCD上需要顯示漢字，本文選用一個顯示速度快且不會占用大量RAM的漢字顯示方法，即把字庫存放在SPI FLASH中。選用華邦的大容量SPI FLASH產(chǎn)品W25Q128，容量為128 Mb，并支持標(biāo)準(zhǔn)SPI驅(qū)動模式[12]。STM32與SPI FLASH的連接電路如圖3(a)所示。其中CS為W25Q128的片選信號，由STM32控制；CLK為時鐘信號，由STM32產(chǎn)生；SO為W25Q128輸出數(shù)據(jù)到STM32中；SI為STM32輸出數(shù)據(jù)到W25Q128中。STM32和W25Q128都有一個串行移位寄存器，STM32通過向SPI串行寄存器寫入一個字節(jié)來啟動傳輸。寄存器通過MOSI信號線將字節(jié)傳送到W25Q128，并通過MISO信號線將其自身移位寄存器的內(nèi)容返回給STM32，從而交換兩個移位寄存器的內(nèi)容。

在某些情況下，可能會根據(jù)自己的需求制作其他字體的漢字字庫，一旦制作完成就需要更新SPI FLASH字庫，本文選用一個1 GB的MicroSD卡來存儲制作好的字庫文件，然后將其更新到SPI FLASH中。選用STM32自帶的SDIO接口驅(qū)動SD卡模塊，STM32與SD卡模塊的連接電路如圖3(b)所示。在SDIO模式下，STM32使用四條數(shù)據(jù)線與SD卡通信，每條數(shù)據(jù)線連接一個47 kΩ上拉電阻。STM32主機(jī)通過CLK信號線控制時鐘輸出，通過CMD信號線向SD卡模塊發(fā)送控制命令[13]。

圖3 數(shù)據(jù)存儲模塊電路Fig.3 Circuit of data storage module

3)LED模組及LED驅(qū)動電路。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)和相關(guān)研究[14-17]，設(shè)計LED補(bǔ)光模組和深紫外LED凈水模組，其外形如圖4所示。LED補(bǔ)光模組采用15顆660 nm的紅光LED和3顆450 nm的藍(lán)光LED串聯(lián)而成，深紫外LED凈水模組采用2顆日本Bioraytron公司最新研發(fā)的275 nm的深紫外LED串聯(lián)而成。

圖4 LED補(bǔ)光模組和深紫外LED凈水模組Fig.4 Module of LED fill light and deep ultraviolet LED water purification

本文采用PAM2861降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計了LED恒流驅(qū)動電路，用于驅(qū)動LED補(bǔ)光模組和深紫外LED凈水模組并實現(xiàn)PWM調(diào)光。PAM2861是一款適用于單個或多個大功率LED串聯(lián)使用的中低電壓范圍的LED恒流降壓驅(qū)動芯片。PAM2861可以接受6～40 V的寬范圍輸入電壓，最大輸出電流可以達(dá)到1.5 A，功率最高可達(dá)24 W，恒流輸出精度為2%，效率高達(dá)97%以上。輸出電流可通過對VSET引腳進(jìn)行PWM調(diào)節(jié)，PWM頻率為100～1 000 Hz，PWM最高輸入電壓是5 V，占空比從0～100%變化，可調(diào)整輸出電流的范圍從16%～100%，當(dāng)此引腳輸入電壓小于0.3 V時，芯片會進(jìn)入待機(jī)模式。LED恒流驅(qū)動電路如圖5所示。

圖5 LED恒流驅(qū)動電路Fig.5 Circuit of LED constant current driving

LED模組的電流大小由連接在VIN和CS兩端的電阻R決定，將STM32F1ZET6芯片產(chǎn)生的PWM信號送至PAM2861芯片的VSET引腳上實現(xiàn)調(diào)光功能，LED橫流驅(qū)動電路的輸出電流會發(fā)生變化。LED的亮度是由LED的電流決定，取決于PWM信號的占空比。一般情況下應(yīng)設(shè)定PWM調(diào)光頻率在120 Hz以上，以免人眼能夠看到LED的閃爍。PAM2861調(diào)光頻率最高可達(dá)到20 kHz。

在輸入電源附近必須接一個旁路電容，旁路電容越大，效率損失會變大。該旁路電容必須要承受較大的電流，并能減小對輸入電源的沖擊。當(dāng)為直流電源輸入時，旁路電容的值最小為4.7 μF，旁路電容應(yīng)當(dāng)與芯片的輸入引腳盡量靠近[18]。

對于二極管的選擇，為了保證最大的效率，考慮到肖基特二極管正向壓降低且漏電低，選擇肖特基二極管SS36。對于電感的選擇，由于PAM2861恒流驅(qū)動電路的輸出電流在700 mA左右，因此使用的電感大小為100 μH左右，一般電感的飽和電流與輸出電流相比高30%～50%。

圖6 軟件系統(tǒng)運(yùn)行流程Fig.6 Process of software system operation

3 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

1)軟件系統(tǒng)主程序。本文搭建的家庭植物工廠控制系統(tǒng)采用的核心處理器為STM32F103ZET6，它的開發(fā)平臺為由德國著名的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)供應(yīng)商KEIL公司設(shè)計研發(fā)的MDK5，使用uVision5 IDE集成開發(fā)環(huán)境。本系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程如圖6所示。首先對系統(tǒng)的時鐘、定時器、I/O、SPI、IIC、ADC、SDIO、FSMC、USART等接口初始化，之后進(jìn)行外圍設(shè)備的初始化，然后建立UCOSIII嵌入式實時操作系統(tǒng)，新建起始任務(wù)，并在起始任務(wù)里創(chuàng)建了包括傳感器采集、LCD人機(jī)交互、Gizwits協(xié)議通信、字庫更新、輸出控制決策等多個等待任務(wù)。這些等待任務(wù)在UCOSIII里作為并行線程執(zhí)行。它們通過信號量和郵箱相互通信。整個過程構(gòu)成了家庭植物工廠系統(tǒng)的軟件設(shè)計運(yùn)行流程。

2)LCD人機(jī)交互模塊軟件設(shè)計。EMWIN是由德國的SEGGER公司開發(fā)的UI圖形界面庫，采用C語言進(jìn)行設(shè)計。本文通過在STM32中移植EMWIN制作了家庭植物工廠的LCD人機(jī)交互界面，包含EMWIN在STM32上的移植和LCD人機(jī)交互的軟件設(shè)計。EMWIN在STM32上的移植主要包含添加GUI_X_UCOSIII.c文件、修改EMWIN庫文件以及修改GUIConf.h文件三部分。

圖7為家庭植物工廠系統(tǒng)的LCD人機(jī)交互界面。圖7(a)是本系統(tǒng)的主界面，由模式選擇、PWM控制、環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備控制四個圖標(biāo)組成。圖7(b)是模式選擇界面，采用機(jī)智云Gizwits協(xié)議中自帶的NTP網(wǎng)絡(luò)時間請求函數(shù)giwitsGetNTP()來判斷WIFI模塊是否成功接入機(jī)智云服務(wù)器，成功連接服務(wù)器后，每秒調(diào)用 gizwitsGetNTP()函數(shù)來請求NTP網(wǎng)絡(luò)時間，WIFI模組收到請求后，會產(chǎn)生WIFI_NTP事件，事件中就會打印當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)時間，以此來判斷是否連接機(jī)智云服務(wù)器，另外設(shè)置一個模式選擇按鈕，如果設(shè)置為自動模式，設(shè)備控制界面中的按鈕就會失效。圖7(c)為PWM控制界面，可以實現(xiàn)對LED補(bǔ)光燈的PWM調(diào)光和水泵直流電機(jī)的PWM調(diào)速操作。圖7(d)為設(shè)備控制界面，對系統(tǒng)內(nèi)的各類輸出設(shè)備進(jìn)行控制。

圖7 LCD人機(jī)交互界面Fig.7 Interface of LCD human-computer

3)云平臺接入與移動端開發(fā)。本文搭建的家庭植物工廠控制系統(tǒng)的無線通信方案是選用燒錄GAgent固件的WIFI模塊ESP8266通過GIZWITS協(xié)議接入機(jī)智云云端，STM32與ESP8266之間采用互相發(fā)送請求與應(yīng)答指令的方法，實現(xiàn)兩者的串口通信[19]。設(shè)備上電后，當(dāng)ESP8266首次訪問機(jī)智云云端時，需要通過按鍵選擇Airlink模式或者SoftAP模式。當(dāng)ESP8266處在Airlink模式下，它將連續(xù)接收特定編碼的WIFI廣播包，手機(jī)連接可用的WIFI后，通過APP發(fā)送編碼后的WIFI網(wǎng)絡(luò)的SSID和密碼廣播，ESP8266接收到之后自動嘗試連接WIFI，本文采用的ESP8266已經(jīng)燒錄了GAgent協(xié)議，內(nèi)置了此模式。當(dāng)ESP8266處在SoftAP配置模式時，它將成為一個無線訪問接入點(diǎn)，手機(jī)可直接與它進(jìn)行連接，然后輸入路由器的SSID和密碼，ESP8266接收到信息的時候會自動嘗試連接路由器。ESP8266通過Gizwits協(xié)議成功接入云端后，會進(jìn)入一個無限的循環(huán)，向STM32發(fā)送讀取設(shè)備狀態(tài)指令，STM32每隔10分鐘主動向ESP8266上報設(shè)備狀態(tài)值。機(jī)智云云平臺接入軟件設(shè)計流程如圖8所示。

圖8 機(jī)智云云平臺接入軟件流程Fig.8 Process of gitwits platform access software

機(jī)智云云平臺目前為用戶提供了3套SDK包：原生SDK、Android平臺原生SDK、APICloud跨平臺SDK。通過使用這些SDK包，可以無需關(guān)注復(fù)雜的通信協(xié)議，只需要進(jìn)行簡單的代碼修改和UI設(shè)計，快速地進(jìn)行APP的開發(fā)。本文首先在機(jī)智云Demo APP上進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)試，之后在Eclipse開發(fā)環(huán)境中上進(jìn)行了家庭植物工廠的Android APP開發(fā)。

首先在機(jī)智云開發(fā)者中心生成家庭植物工廠的SDK包，將SDK包解壓后的libs目錄下所有內(nèi)容復(fù)制到安卓APP開源框架的libs目錄。然后，開放AndroidManifest.xml中的所有SDK打印級別，以實現(xiàn)APP與機(jī)智云的通信，同時，注冊SDK監(jiān)聽器用于回調(diào)SDK中定義的注冊、登錄、配置設(shè)備和綁定設(shè)備等回調(diào)接口。最后進(jìn)行APP的UI設(shè)計，添加BindingDeviceActivity以回調(diào)綁定的設(shè)備，完成Android APP的快速開發(fā)。圖9為本文制作的家庭植物工廠的Android APP。用戶首先需要通過手機(jī)綁定注冊，填寫登錄密碼，實現(xiàn)登錄操作，并且提供了找回密碼功能。環(huán)境監(jiān)測界面可以讓用戶了解當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境和營養(yǎng)液因子的實時信息。電氣控制界面可以實現(xiàn)對LED補(bǔ)光燈調(diào)光和水泵調(diào)速的操作，并能輸出設(shè)備進(jìn)行控制，這里設(shè)置了一個自動模式，在自動模式下，各類環(huán)境和營養(yǎng)液因子會通過閾值進(jìn)行自動控制。閾值設(shè)置界面可以讓用戶對各類環(huán)境和營養(yǎng)液因子的閾值進(jìn)行改變。

圖9 Android APP界面Fig.9 Interface of Android APP

4 系統(tǒng)測試

4.1 LED驅(qū)動電路及深紫外LED模組測試

對于LED恒流驅(qū)動電路的測試，在室溫25 ℃的條件下進(jìn)行，測試LED恒流驅(qū)動電路輸入電壓和輸出電流的關(guān)系。當(dāng)輸入端電流發(fā)生變化時，查看PAM2861輸出端的電流情況，測試結(jié)果如圖10(a)所示。從圖中可以看出，PAM2861輸出端的電流穩(wěn)定在700 mA左右，滿足LED補(bǔ)光模組和深紫外LED模組的電流要求。

LED恒流驅(qū)動電路的效率與輸入電壓之間的關(guān)系如圖10(b)所示。從圖中可以看出，當(dāng)輸入電壓在11～30 V之間變化時，其效率大于80%。

當(dāng)PWM頻率設(shè)定在200 Hz時，PWM占空比與電流的關(guān)系如圖10(c)所示。從圖中可以看出，當(dāng)PWM占空比從0上升至100%時，PAM2861輸出端電流從0 mA上升到700 mA，滿足LED補(bǔ)光模組和深紫外LED模組的調(diào)光要求。

深紫外LED模組光譜測試結(jié)果如圖10(d)所示。從圖中可以看出，測試光譜主要分布在275 mm附近，符合深紫外LED模組用于營養(yǎng)液凈化的需求。

圖10 LED驅(qū)動電路及深紫外LED模組測試Fig.10 Test of LED driver circuit and deep UV LED module

4.2 LCD人機(jī)交互模塊及移動端測試

在LCD人機(jī)交互模塊的設(shè)備控制界面中，分別測試加熱器指令、加酸指令及深紫外指令，任意兩種組合指令、三種組合指令各測試10次、50次、100次、200次和500次。計算指令碼失效的次數(shù)，其中失效率為失效次數(shù)占測試次數(shù)的百分比。將結(jié)果記錄在表1中?？梢园l(fā)現(xiàn)，各模塊運(yùn)行情況良好，符合控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

在小米MIX2中進(jìn)行了移動端的測試，打開Android APP，輸入帳號和密碼，在環(huán)境監(jiān)測界面中可以查看環(huán)境和營養(yǎng)液因子的數(shù)據(jù)信息。在電氣控制界面中，分別測試加濕器指令、加堿指令和深紫外指令，任意兩種組合指令、三種組合指令各測試10次、50次、100次、200次和500次。計算指令碼失效的次數(shù)，其中失效率為失效次數(shù)占測試次數(shù)的百分比。將結(jié)果記錄在表2中?？梢园l(fā)現(xiàn)，Android APP的失效率比LCD人機(jī)交互模塊的失效率略高，可能的原因是手機(jī)信號不穩(wěn)定，但總體上滿足本文搭建的家庭植物工廠系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

表1 指令失效率測試表Table 1 Table of instruction failure rate test

4.3 系統(tǒng)整體測試

在Android APP閾值設(shè)置界面中，分別輸入光照強(qiáng)度、溫度、濕度、營養(yǎng)液溫度、PH的上下限參數(shù)，從早上8點(diǎn)到晚上8點(diǎn)每隔半個小時在云平臺上監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境和營養(yǎng)液因子數(shù)據(jù)信息的變化情況，結(jié)果如圖11所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，光照強(qiáng)度、溫度、濕度、營養(yǎng)液溫度在設(shè)置的閾值范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，符合本文搭建的家庭植物工廠的預(yù)期要求。

表2 指令失效率測試表Table 2 Table of instruction failure rate test

圖11 系統(tǒng)整體測試Fig.11 System overall test

5 結(jié)語

我們設(shè)計并開發(fā)了一種LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)，以STM32F103ZET6作為核心處理器，移植了UCOSIII嵌入式實時系統(tǒng)，通過WIFI模塊ESP8266接入機(jī)智云云平臺，采用LCD觸摸屏和Android APP進(jìn)行人機(jī)交互。整體測試結(jié)果表明，系統(tǒng)各項性能均達(dá)到了設(shè)計要求，具有較高的可靠性，而且成本較低，滿足實際應(yīng)用的需求。