湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院 梁志鵬 李建英 姜慧彬 陳敏杰

本文采用STM32F103ZET6處理器和ESP8266芯片WIFI模塊為核心設(shè)計(jì)了基于WIFI的溫室花卉智能灌溉系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)終端硬件電路和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及手機(jī)端APP的設(shè)計(jì)，制作了實(shí)物樣機(jī)并完成了系統(tǒng)樣機(jī)測(cè)試。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)Android手機(jī)客戶端和灌溉系統(tǒng)終端之間的操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢和智能灌溉。

花卉種植的智能化是通過(guò)監(jiān)測(cè)各種自然因素，及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，進(jìn)而營(yíng)造為花卉養(yǎng)殖提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文基于STM32微處理器、ESP8266 WIFI模塊和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室花卉智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)土壤濕度的檢測(cè)、二氧化碳濃度的檢測(cè)、水箱水流速度控制，以及數(shù)據(jù)在OLED上的顯示、數(shù)據(jù)上傳到終端可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查看數(shù)據(jù)、智能的根據(jù)土壤溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制等。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)利用WIFI組網(wǎng)，采用ESP8266WIFI無(wú)線模塊連接網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢和顯示。采用STM32F103ZET6微處理器和相應(yīng)的傳感器模塊進(jìn)行空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、土壤濕度以及水流速度等溫室參數(shù)檢測(cè)，并把檢測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給微處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過(guò)微處理器進(jìn)行閾值判斷并控制各個(gè)模塊的正常工作，同時(shí)可以把數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI上傳到網(wǎng)絡(luò)，讓花卉或盆栽種植人通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢和人工調(diào)節(jié)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 空氣溫濕度檢測(cè)

選用功耗低，體積小的DHT11傳感器檢測(cè)空氣溫濕度，該傳感器輸出信號(hào)為數(shù)字量，與STM32的數(shù)字I/O口直接相連，通過(guò)單總線協(xié)議讀取DHT11的數(shù)據(jù)。

2.2 土壤溫濕度檢測(cè)

選用低功耗、體積小、測(cè)量準(zhǔn)確的YL-69傳感器用來(lái)檢測(cè)土壤的溫濕度，電路如圖2所示，其D0引腳可以直接與STM32的A/D引腳直接相連，讀取輸出的數(shù)字量。

圖2 土壤溫濕度檢測(cè)電路

2.3 二氧化碳檢測(cè)

選用MG811二氧化碳檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)空氣中二氧化碳的檢測(cè)，該模塊具有高靈敏性、高適應(yīng)性和高穩(wěn)定性，同時(shí)帶有溫度補(bǔ)償輸出，通過(guò)單總線協(xié)議讀取數(shù)據(jù)。

2.4 電源模塊設(shè)計(jì)

電源模塊首先通過(guò)變壓將220V交流電壓變成低壓，再通過(guò)整流橋，將交流整成直流，并通過(guò)SPX29302穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，得到5V供電電壓，再通過(guò)LM117-3.3穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓得到3.3V電壓，用于對(duì)STM32微處理器進(jìn)行供電。如圖3所示。

圖3 電源模塊

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制總流程如圖4所示，首先是相關(guān)函數(shù)的初始化，然后進(jìn)入主循環(huán)開始工作，進(jìn)行土壤溫濕度、二氧化碳濃度、水速等實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)是否超出設(shè)定的閾值，是否需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，是的話就需要打開，否的話就進(jìn)行關(guān)閉電機(jī)操作。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 逆變器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)

制作了基于WIFI的溫室花卉智能灌溉系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并設(shè)計(jì)了用戶界面，如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)物和用戶界面圖

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合測(cè)試，通過(guò)手機(jī)APP利用WIFI與系統(tǒng)終端進(jìn)行聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)終端空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳以及水速等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)微處理對(duì)相應(yīng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)所設(shè)定的閾值進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵和風(fēng)機(jī)的控制，從而達(dá)到智能灌溉的目的。系統(tǒng)還可以通過(guò)WIFI在手機(jī)APP上發(fā)送控制指令遠(yuǎn)程控制水泵和風(fēng)機(jī)。圖6所示給出了系統(tǒng)平臺(tái)的部分?jǐn)?shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果。

圖6 數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果

結(jié)束語(yǔ)：設(shè)計(jì)了一套基于WIFI的溫室花卉智能灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由手機(jī)客戶端和系統(tǒng)終端構(gòu)成，系統(tǒng)終端實(shí)現(xiàn)溫室空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳等花卉種植相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)，并通過(guò)微處理器處理與設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)溫室花卉的智能灌溉；手機(jī)客戶端主要利用WIFI獲得終端檢測(cè)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和歷史查詢，以及遠(yuǎn)程控制終端水泵或風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)灌溉。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。