基于云端的植物養(yǎng)護系統(tǒng)的設計

楊延申，李振華，汪會斌，包偉豪

（東南大學成賢學院，江蘇南京，210000）

0 引言

目前國內人民收入普遍提高，與此同時個人生活質量也在提高，但奮斗在大都市的年輕人們的精神世界并不富裕，時常會在深夜疲倦地回到家，感受到孤獨，即使在周末也是通過睡覺休息來度過迷茫的時間，社交也成為了人們不愿意面對的難題，獨自居住時養(yǎng)點什么陪伴自己也就成為大多數(shù)年輕人的想法。

相較于養(yǎng)寵物，養(yǎng)植物能夠在一些特定的地方或者空闊的角落擺放上一些植物裝飾室內的空間，起到凈化環(huán)境的作用，還不用擔心自己回家后面對寵物造成的一片狼藉。理所當然養(yǎng)植物就成為大多數(shù)人提升生活品質的選擇。如果一個人在外租房居住，平時又比較忙，很多年輕人都會覺得照料家里的植物有點麻煩。于此同時，還存在因為工作繁忙，常常忘記照顧，以及在出差的時候家里的植物盆栽會可能因缺水而枯死的情況。因此，本項目結合物聯(lián)網(wǎng)技術和云端技術，提出一種基于云端的植物養(yǎng)護監(jiān)測系統(tǒng)設計，通過微信小程序來對植物生長環(huán)境進行實時傳輸，最終用戶可通過手機隨時查看。即使人們出門在外，心愛的植物在家也能得到很好的照顧，并且隨時隨地“云養(yǎng)”它們。

1 設計方案

我們的設計選用了STM32 系列的單片機來處理各個傳感器的信息。DHT11 傳感器和YL-69 傳感器收集所需數(shù)據(jù)傳送給單片機進行數(shù)據(jù)信號的處理后將指令發(fā)給水泵，控制水泵進行澆水，再由ESP8266 傳輸數(shù)據(jù)到騰訊云服務器，移動端使用微信小程序從服務器上接受數(shù)據(jù)。整個設計的系統(tǒng)由DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器模塊、YL-69 土壤濕度傳感器模塊、ESP8266-01S WIFI 模塊、水泵模塊和微信小程序構成。設計圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)設計方案框圖

2 硬件的設計方案

2.1 ARM Cortex ?-M3 微處理器

STM32F103ZET6 單片機由ARM 公司的Corte-M3 的內核和ST 公司的設計制造而成。STM32F103ZET6 單片機不僅具有72MHzCPU 的超快速度，還有高達1MB 的FLASH 閃存，并且ARM Cortex-M3 32 位閃存微處理器在工作時所需求的電壓并不高，與此同時它相較于同類型的產品擁有更優(yōu)秀的實時運算功能。因此，由于STM32F103ZET6單片機強大的性能以及可以重復擦寫代碼，盡管相對于其他單片機來說，入門稍有難度，但熟練之后操作之后可以設計出更多有趣且實用的功能。

2.2 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器模塊

DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器模塊是一種復合傳感器。它本身是帶有校訂數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，設計人員為了確保該傳感器具有超高可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性，開發(fā)并使用了一種獨特的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術。該傳感器本身包含了電阻型濕度傳感器和業(yè)內常用的NTC 溫度傳感器，并且內置了一塊小型但具有高性能的8位單片機相連。因而，DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器擁有質量優(yōu)異、價格低廉和反應靈敏等優(yōu)點。

我們所采用的DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器會將采集到的當前空氣的溫濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過內置的小型八位單片機處理之后傳輸給STM32F103ZET6 單片機進行程序的執(zhí)行。

2.3 YL-69 土壤濕度傳感器模塊

YL-69 是一款常見的土壤濕度傳感器，它所采用的是市面上普遍使用的電容式傳感器，主要是濕敏電容。用傳感器監(jiān)測當前的環(huán)境濕度發(fā)生變化時，其中的濕敏電容中的介質同步發(fā)生變化，這也影響濕敏電容中電容值的改變，YL-69所使用濕敏電容的電容值的變化值與環(huán)境中的濕度值成正比關系。因為濕敏電容普遍有著迅速響應、高靈敏度、誤差小，不易滯后等特點，每當所監(jiān)測的土壤濕度發(fā)生改變時，傳感器都可以快速檢測出改變值并獲得其數(shù)據(jù)。在接收到數(shù)據(jù)之后STM32F103ZET6單片機將數(shù)據(jù)經(jīng)過公式計算后得到數(shù)值。

2.4 ESP8266-01S 模塊

ESP8266-01S 是由深圳市安信可公司研發(fā)的小型WiFi模塊，該模塊的核心處理器ESP8266 在同類型產品中用了較小的尺寸不僅使用目前業(yè)界先進的技術封裝集成了超低功耗32 位微型MCU，還帶有16 位精簡模式，這樣的操作使得芯片的主頻不僅支持80 MHz 和160MHz，還支持即時操作系統(tǒng)（RTOS）在較短時間內執(zhí)行下達的任務。新一代的ESP8266-01S WiFi 模塊支持無線局域網(wǎng)標準的IEEE802.11b/g/n 和TCP/IP 協(xié)議。由ESP8266-01S 模塊將開發(fā)板連接上互聯(lián)網(wǎng)之后，STM32F103ZET6 單片機可以通過MQTT 互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議將獲得的數(shù)據(jù)實時上傳到云端服務器。

2.5 水泵模塊

STM32F103ZET6 單片機將獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后代入程序中執(zhí)行，當溫濕度達到超過（或低于）設定的閾值之后，STM32F103ZET6 單片機自動控制水泵的開啟與關閉。

2.6 按鍵模塊

將按鍵與STM32F103ZET6 單片機連接，通過按鍵可以設定溫濕度的閾值，使用戶可以根據(jù)養(yǎng)護的植物不同，所需要的生長環(huán)境不同，設定符合的溫濕度需求。

3 軟件部分設計

微信小程序部分分為界面外觀設計以及接收信息程序設計。

3.1 外觀設計方面

采用簡潔的大圖顯示，方便使用者一眼就能夠明了澆花相關的信息顯示。如圖3 所示。

圖3 小程序界面

首先定義出一個最大的總界面框架: