家用智能綠柜系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

錢月霞 楊保華

摘要：隨著信息時代的飛速發(fā)展和人工智能的應運而起，智能家居在家庭生活中飾演著極其重要的角色。該文設計的是家用植物綠柜智能控制系統(tǒng)，其中包括STM32 CPU、數(shù)據(jù)采集模塊、無線通信模塊等。通過將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)輸入 STM32 CPU，再利用無線通信模塊把數(shù)據(jù)傳送給云端服務器，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程監(jiān)測控制功能。

關鍵詞：智能綠柜;STM32;監(jiān)測

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）31-0078-02

Development of Household Intelligent Green Cabinet System

QIAN Yue-xia， YANG Bao-hua

（School of Information， Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology， Changzhou 213164， China）

Abstract： With the development of information age and artificial intelligence， smart home plays an extremely important role in family life. The intelligent control system of household plant green cabinet is designed in this paper， including STM32 CPU， data acquisition module， and wireless communication module and so on. Inputting the data collected by the data acquisition module into STM32 CPU， and then transferring the data to the cloud server by the wireless communication module， the remote control function of the system is realized finally.

Key words： Intelligent plant cabinet system; STM32; Monitor

1 緒論

從國內市場層面來看，隨著生活水平和審美情趣的提高，幾乎每家每戶都有這種家用植物的種植需求。

本文研究家用植物綠柜遠程智能控制系統(tǒng)，合理地將互聯(lián)網(wǎng)、智能手機設備和智能控制以及家居植物種植完美結合起來，實現(xiàn)家用植物種植的智能化。它能夠對植物成長的環(huán)境進行本地監(jiān)測和智能調控，也可以采用手機APP對其實現(xiàn)遠程監(jiān)測和智能調控。

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)功能

1） 參數(shù)監(jiān)測功能：可檢測包含空氣、土壤濕度、PM2.5等參數(shù);

2） 手動控制功能：用戶可以通過本地人機交互顯示觸摸屏和遠程手機APP實現(xiàn)手動澆灌、補光、加濕、通風、空氣凈化控制;

3） 智能控制功能：按照預先設定的控制策略，自動進行澆灌、補光、加濕等操作，調節(jié)植物生長環(huán)境;

4） 報警提示功能：當水位、PM2.5等參數(shù)異常時，提示報警信息;

5） 遠程通信功能：主控板通過無線WiFi 網(wǎng)絡和云端服務器通信，確保手機APP遠程監(jiān)測和控制的正常。

2.2 系統(tǒng)總體方案

家用植物綠柜遠程智能控制系統(tǒng)總體結構方案如圖1所示，它包括了本地端控制器、云端服務器和智能手機移動端設備三大組成部分。其中，本地端控制器負責顯示出植物生長環(huán)境的各類參數(shù)以及供用戶進行本地觸控操作，同時還與遠程手機端進行數(shù)據(jù)交換協(xié)同控制植物的生長環(huán)境。本地端控制器通過無線WiFi網(wǎng)絡與云端服務器保持實時連接;云端服務器是基于Apache Mina框架構建的，它可以穩(wěn)定的為本地控制器和移動端設備同步數(shù)據(jù)提供通信服務;遠方的移動手機APP端可以通過云端服務器的連接與本地控制器交換數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)遠程的參數(shù)顯示與生長環(huán)境改善操控。

3 系統(tǒng)硬件電路設計

系統(tǒng)硬件電路包括CPU模塊、電源模塊、傳感器模塊（溫濕度傳感器、光強傳感器、PM2.5傳感器和甲醛傳感器）、輸出控制模塊、人機交互觸控模塊、無線通信模塊、EEPROM存儲模塊組成，下面以CPU模塊和無線通信模塊為例。

1） CPU模塊：考慮到本系統(tǒng)所涉及的傳感器等硬件較多，需要較多的串口、GPIO等片上外設資源，本系統(tǒng)的CPU采用了STM32F103ZET6處理器，如圖2所示。結合S1按鍵復位、外部8MHz晶振、電容電感濾波、wifi指示燈等組成了CPU核心處理模塊。

2） 無線通信模塊

系統(tǒng)的無線Wifi通信模塊采用的是USR-C322，可同時支持AP和STA兩種工作模式。當把它配置在STA工作模式時，能夠將本地控制器端通過串口發(fā)出的AT命令傳輸?shù)絎ifi網(wǎng)絡上，最終完成本地控制器和云端服務器的數(shù)據(jù)通信功能，如圖3所示。模塊與主控芯片STM32的USART2相連，通過AT命令配置模塊工作方式。S1是模塊復位重啟按鍵，兩個led燈D3分別是“模塊準備好”和“連接正?！敝甘緹?。

4 系統(tǒng)軟件程序開發(fā)

通過RVMDK系統(tǒng)進行開發(fā)，主要是對涉及傳感器、迪文屏、網(wǎng)絡模塊等的片上GPIO等外設進行底層功能配置。DRIVER項目文件夾內代表功能驅動層，里面是用戶自編外部傳感器、液晶屏等接口驅動文件，封裝了用戶自編的各個傳感器參數(shù)檢測、迪文屏串口數(shù)據(jù)幀通信等函數(shù)，方便應用層調用。NETWORK項目文件夾代表網(wǎng)絡驅動層，里面是網(wǎng)絡Wifi模塊的網(wǎng)絡連接驅動文件，里面封裝了用戶自編的串口Wifi透傳模塊USR-C322的網(wǎng)絡連接配置等函數(shù)。APP項目文件夾內代表應用層，里面是用戶自編應用程序，包含主函數(shù)等用戶應用層應用程序，是系統(tǒng)各個控制策略最終實現(xiàn)之所在。由于本系統(tǒng)是一個綜合項目，功能較其他系統(tǒng)相對復雜，代碼量也相對較大，受篇幅所限，不將代碼展示。

5 系統(tǒng)整體測試

系統(tǒng)測試階段是檢驗系統(tǒng)功能是否達標以及發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的潛在問題的重要階段。本系統(tǒng)的測試分為模塊測試階段和系統(tǒng)整機聯(lián)機調試階段兩個部分。如圖4所示，系統(tǒng)整機運行后，可以對植物生長的環(huán)境參數(shù)進行本地檢測顯示以及智能操控，同樣可以通過位于遠方的手機APP對植物生長環(huán)境進行遠程檢測顯示和手動智能調整。

6 小結

本文設計了一套家用植物綠柜遠程智能控制系統(tǒng)，可以實 （下轉第95頁）

（上接第79頁）

現(xiàn)本地控制和手機APP來遠程兩種控制方式，采用自動工作方式檢查植物生長環(huán)境的各項參數(shù)指標，自動進行改善環(huán)境操作。采用了STM32內部GPIO、TIMER、中斷、USART串口、I2C總線等片上外設，對系統(tǒng)控制程序進行分層，分別編寫了基于STM32F103ZET6芯片的本地端BSP板級驅動層、DRIVER功能驅動層、NETWORK網(wǎng)絡驅動層和APP應用層程序，最后進行了聯(lián)合調試。

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