邵浚 劉凱蒙 師靜沙 劉國煥

摘要：蘑菇是人們?nèi)粘Ｉ钪星嗖A的美食，現(xiàn)今人們更愿意體驗家庭種植的樂趣，有家庭種植的需求。為了滿足人們的蘑菇種植需求，設(shè)計一款基于遠程控制的智能家庭食用菌種植箱。用戶在手機APP上選擇種植食用菌的種類，箱體就會自動將環(huán)境調(diào)控至適合該種食用菌生長的環(huán)境，實現(xiàn)食用菌種的全自動化培養(yǎng)，并且可以實時監(jiān)測培養(yǎng)箱環(huán)境和蘑菇生長狀況，調(diào)節(jié)菌種生長環(huán)境。

關(guān)鍵字：HT66F2390單片機;食用菌種植箱;自動培育;遠程控制;實時監(jiān)測;

0 引言

蘑菇被認為是現(xiàn)代人們在日常生活中最為青睞的一道美食，其熱量低，也是營養(yǎng)豐富的維生素寶庫，所含的蛋白質(zhì)可以高達百分之三十。許多年輕人經(jīng)常到店鋪選購蘑菇，然而，一些商家在銷售蘑菇的過程中并不會特別注意衛(wèi)生，將蘑菇放在藥劑中浸泡以保證新鮮的賣相，售賣時僅僅用水簡單沖洗并包裝。與此同時，現(xiàn)今的人們更愿意在自己家中種植一些花花草草，感受家庭栽培的樂趣，滿足家庭栽培的需要。然而，想要在家里自己栽培好蘑菇也不是一件簡單的事，蘑菇的生長過程對于溫濕度和環(huán)境的要求極為嚴格，而且普通人們又缺少專門的種植技術(shù)知識，更無法抽出多余的時間照顧。為了更好地解決上述問題，本文設(shè)計了一款基于遠程控制的智能家庭食用菌種植箱。系統(tǒng)以HT66F2390單片機為主控器芯片，配有云端和手機端、環(huán)境監(jiān)測及執(zhí)行機構(gòu)組。用戶在手機APP上選擇種植哪種食用菌，箱體會自動將環(huán)境調(diào)控至適合該種食用菌生長的環(huán)境，并且可以實時監(jiān)測培養(yǎng)箱環(huán)境和蘑菇生長狀況，用戶可以通過手機實時獲取此類信息并做出調(diào)整。[1]

1 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)由云端和手機端、HT66F2390主控、環(huán)境監(jiān)測及執(zhí)行機構(gòu)組成。圖1為智能家庭食用菌種植箱系統(tǒng)架構(gòu)圖。

1.1 服務(wù)器云端控制、手機端

遠程PC云端和手機APP端是基于阿里云平臺搭建的，基于阿里云提供的接入?yún)f(xié)議和平臺功能，用戶終端與手機APP、云服務(wù)器共同構(gòu)建了一套完整的智能家庭食用菌種監(jiān)控系統(tǒng)。用戶終端即時地將數(shù)據(jù)推送至云平臺，云平臺根據(jù)推送的數(shù)據(jù)進行云端和手機APP端同步更新。云端和手機APP端通過下發(fā)指令控制終端。[2]

1.2 種植控制終端設(shè)計

種植控制終端以WIFI的方式與服務(wù)器通信;HT66F2390負責各單元的功能協(xié)調(diào)及對外通信。種植控制終端架構(gòu)如圖2所示。

當種植箱和MCU上電后，通過WIFI連接用戶家中路由器并接入互聯(lián)網(wǎng)，服務(wù)器中儲存好了市面上常見的各個蘑菇種類各個生長階段的適宜的溫濕度環(huán)境參數(shù)，當用戶要在某個種植箱內(nèi)種植某種蘑菇時，事先在手機APP上選擇要種植的蘑菇的種類，之后服務(wù)器會將該種蘑菇的適宜環(huán)境種植數(shù)據(jù)下發(fā)至指定的種植箱，種植箱開始對箱體內(nèi)溫濕度環(huán)境的調(diào)控。當溫度過高時，自動開啟較大功率風扇來降低溫度，溫度過低時開啟發(fā)熱片來提高溫度;當濕度過高時開啟小功率風扇來降低濕度，濕度過低時打開加濕器來提高箱體內(nèi)濕度。每隔一段時間，種植箱會將目前的溫濕度數(shù)據(jù)和通過超聲波測距模塊測出的蘑菇生長高度通過wifi模塊發(fā)給服務(wù)器，當蘑菇生長環(huán)境長期異常、加濕器內(nèi)儲水模塊內(nèi)部水量不足或蘑菇成熟時通過APP提醒用戶，用戶能夠隨時查看蘑菇的生長狀況，同時擁有手控模式，用戶能夠通過手機自主開關(guān)指定的箱體內(nèi)調(diào)控模塊里的組件。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)由云端和手機端、HT66F2390主控、環(huán)境監(jiān)測及執(zhí)行機構(gòu)組成。其中服務(wù)端由手機端和PC端組成通過WIFI通信模塊與系統(tǒng)層進行通信;種植控制終端由HT66F2390主控、溫濕度、WIFI、加濕、升溫、超聲波、風機等模塊組成。

2.1 服務(wù)器云端控制、手機端

2.1.1 WIFI通信模塊

本作品擬使用的wifi模塊是EMW3080串口wifi模塊，EMW3080模塊擁有強大的片上處理技術(shù)、存儲能力，因此降低了前期的開發(fā)難度、減少了系統(tǒng)運行時所占用的系統(tǒng)資源，同時模塊的集成度極高，在設(shè)計整體系統(tǒng)時所占PCB的空間很小，最后還擁有著超低能耗的工作模式。模塊的工作電壓為3.3V，與單片機的通訊方式使用的是串口，操作簡單，可行性高。串口wifi電路及實物如圖3所示。

2.2種植控制終端

2.2.1 HT66F2390主控芯片

主模塊采用HT66F2390，該系列單片機是一款8 位具有高性能精簡指令集的A/D Flash 型單片機。該系列單片機具有一系列功能和特性，其Flash 存儲器可多次編程的特性給客戶提供了極大的方便。除了Flash 程序存儲器，還包括RAM 數(shù)據(jù)存儲器和用于存儲序列數(shù)據(jù)、校準數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的True EEPROM 存儲器。[3]

在模擬特性方面，該單片機包含一個多通道12-bit A/D 轉(zhuǎn)換器和兩個比較器。其具有多個使用靈活的定時器模塊，可提供定時功能、脈沖產(chǎn)生功能及PWM產(chǎn)生功能。內(nèi)建完整的SPI、UART 和I2C 接口功能，為設(shè)計者提供了一個易于外部硬件通信的接口。內(nèi)部看門狗定時器、低電壓復位和低電壓檢測等內(nèi)部保護特性，外加優(yōu)秀的抗干擾和ESD 保護性能，確保單片機在惡劣的電磁干擾環(huán)境下可靠地運行。 該系列單片機提供了HXT，LXT，HIRC 和LIRC 振蕩器功能選項，且內(nèi)建完整的系統(tǒng)振蕩器，無需外接元器件。其在不同工作模式之間動態(tài)切換的能力，為用戶提供了一個優(yōu)化單片機操作和減少功耗的手段。包含I/O 使用靈活、時基功能和其他特性確保了該系列單片機可以廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中，例如電子測量儀器、環(huán)境監(jiān)控、手持式測量工具、家庭應(yīng)用、電子控制工具、馬達驅(qū)動等多方面。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于HT66F2390的智能家庭食用菌種植箱由HT66F2390單片機作為主控芯片，在其上集成一系列傳感器，并通過物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相配合進行數(shù)據(jù)傳輸。用各種傳感器采集數(shù)據(jù)后進行回傳并統(tǒng)計，讓工作人員在pc端或手機APP的阿里云平臺上實現(xiàn)對食用菌生長狀況的實時監(jiān)測。[4]每隔一段時間，種植箱會將目前的溫濕度數(shù)據(jù)和通過超聲波測距模塊測出的蘑菇生長高度通過wifi模塊發(fā)給服務(wù)器，用戶能夠隨時查看蘑菇的生長狀況，同時擁有手控模式，用戶能夠通過手機自主開關(guān)指定的箱體內(nèi)調(diào)控模塊里的傳感器組件。用于與手機APP傳輸數(shù)據(jù)軟件設(shè)計圖如圖5所示。

4 系統(tǒng)測試

4.1測試步驟

4.1.1 dht11測試

連接dht11模塊，通過usb轉(zhuǎn)串檢測環(huán)境溫度，并發(fā)送到串口中。

4.1.2超聲波測試模塊

連接超聲波測距模塊，燒入代碼，測試相關(guān)距離并發(fā)送到串口顯示

4.1.3繼電器模塊

連接相關(guān)實物，通過WIFI下發(fā)的參數(shù)，繼電器能夠進行相關(guān)操作，并且相關(guān)模塊能夠運作。

4.1.4 WIFI測試

第一步將WIFI與電腦串口連接，用配置WIFI模塊。

第二步，將WIFI與阿里云平臺連接，檢測WIFI模塊與串口通信，并且檢測云平臺下發(fā)的數(shù)據(jù)格式，以便于之后代碼的編寫。

第三步，將WIFI模塊連接開發(fā)板，檢測阿里云平臺與開發(fā)板的通信正常。

第四步，WIFI模塊與溫濕度模塊都連接好，放入搭好的實物中，通過阿里云平臺下發(fā)蘑菇相關(guān)生長環(huán)境，檢測環(huán)境溫度。

4.2 測試結(jié)果

WIFI模塊能夠成功下發(fā)相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且能夠向云平臺發(fā)送溫濕度的相關(guān)信息，繼電器能夠正常工作，隨著相關(guān)開發(fā)板收到相關(guān)的信息，可以看到當溫度過高時，風扇開始工作;當溫度過低時，加熱片開始發(fā)熱;當濕度變大時，加濕模塊開始噴水;濕度過低時，小風扇開始除濕。測試結(jié)果良好。

5 結(jié)語

本文基于HT66F2390單片機設(shè)計了一款智能家庭食用菌種植箱，并給出了具體的硬件和軟件設(shè)計方案。測試結(jié)果表明，所設(shè)計的智能自動化種植箱達到預(yù)期目標，能夠?qū)崿F(xiàn)食用菌種的全自動化培養(yǎng)，并且用戶可以通過APP遠程監(jiān)測菌種生長狀態(tài)，調(diào)節(jié)菌種生長環(huán)境，具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1]袁小平等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學，2015，43（3）：376-378.

[2]彭程.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展策略研究.西安郵電大學學報，2012.

[3]HT66F2390數(shù)據(jù)手冊

[4]劉春紅等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智慧農(nóng)業(yè)信息平臺開發(fā).中國農(nóng)業(yè)大學學報，2011.

作者簡介：

邵浚（2000-），女，漢族，山東諸城人，福建師范大學本科在讀，新能源科學與工程測控方向。