一種可手機(jī)遠(yuǎn)程控制的智能澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（西安思源學(xué)院工學(xué)院，陜西省西安市，710038） 饒容榮 東鑫淵

隨著科技的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生活中的方方面面，人們對(duì)居住環(huán)境和生活品質(zhì)的需求也日益增大。種植盆栽不僅可以優(yōu)化室內(nèi)空氣，并且也可作為裝飾品增加室內(nèi)的色彩飽和。但由于工作出差，旅游等原因?qū)е聼o法給盆栽正常澆水，從而導(dǎo)致花草、綠植枯萎死亡。因此，設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)盆栽的生長(zhǎng)狀態(tài)、土壤的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能澆水設(shè)備成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

1 智能盆栽澆水系統(tǒng)的需求分析

養(yǎng)花草成功的關(guān)鍵在于澆水量的把控，并且要做到適時(shí)適量。但是，現(xiàn)實(shí)生活中，由于各種原因，比如出差、旅游、工作加班導(dǎo)致對(duì)盆栽花草照顧不周而死亡?；ú蒺B(yǎng)殖過程中80%以上造成花草長(zhǎng)勢(shì)較差或枯萎死亡的原因都是灌溉問題導(dǎo)致的。這將造成種植幾個(gè)月的花草由于枯萎死亡，不但不能美化環(huán)境，反而造成副作用[1]。市場(chǎng)上現(xiàn)有的盆栽自動(dòng)澆水器的產(chǎn)品種類很多，但仍存在一些問題，比如性價(jià)比不高，功能不夠人性化[2]。

本文設(shè)計(jì)了一款可以檢測(cè)盆栽土壤溫濕度，缺水預(yù)警，自動(dòng)澆水，手機(jī)監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)狀態(tài)和實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)，并遠(yuǎn)程操控澆水的智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能實(shí)用,主要是價(jià)格低廉，實(shí)現(xiàn)人們即使工作繁忙也能及時(shí)照顧澆灌心愛盆栽的需求。

2 智能盆栽澆水系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

2.1 整體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步以CC2530(ZigBee)無線SOC芯片為核心控制系統(tǒng),溫濕度檢測(cè)傳感器模塊選用工業(yè)級(jí)YL-69 型，對(duì)植物隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，觀測(cè)植物生長(zhǎng)情況采用OV2640 攝像頭模塊。并由ESP8266 WiFi 模塊上傳數(shù)據(jù)到個(gè)人搭建的服務(wù)器中,最后可以通過手機(jī)APP 應(yīng)用或其它小程序查看盆栽和花草的相關(guān)情況。圖1為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖

2.2 硬件方案的設(shè)計(jì)

2.2.1 主芯片采用CC2530

該系統(tǒng)的核心元件為一塊網(wǎng)關(guān)板和兩塊構(gòu)成。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都傳送到由ESP8266 和CC2530 無線SOC 芯片構(gòu)成的協(xié)調(diào)器中。因此，主芯片的作用：組建一個(gè)ZigBee 物聯(lián)網(wǎng)，將各個(gè)監(jiān)測(cè)的終端節(jié)點(diǎn)加入到該網(wǎng)絡(luò)中[3]。管理組建的無線網(wǎng)絡(luò)，將傳輸好的參數(shù)由無線通訊模塊ESP8266 上傳至手機(jī)或網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用對(duì)應(yīng)的服務(wù)端。本設(shè)計(jì)方案中,每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)分配唯一通信地址,目的是便于觀察監(jiān)測(cè)，將觀測(cè)到的數(shù)據(jù)通過無線傳輸，經(jīng)過處理器處理后來判定是否需要給花草進(jìn)行澆水。

2.2.2 傳感器與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊

選用工業(yè)級(jí)YL-69 接口的傳感器作為土壤溫濕度檢測(cè)傳感器,其主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、能耗低、靈敏度高、性價(jià)比高。此傳感器的探測(cè)部位可以防腐防水,長(zhǎng)期插入土壤中使用不會(huì)腐爛銹蝕,使用壽命長(zhǎng)。因此可以廣泛應(yīng)用在盆栽花卉，甚至土地農(nóng)田中需要直接插入到土壤中監(jiān)測(cè)溫、濕度的各類場(chǎng)合[4]。將濕度傳感器連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的正負(fù)極上,在顯示屏上讀出檢測(cè)結(jié)果。下圖2為轉(zhuǎn)換模塊。

圖2 傳感器與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接

2.2.3 WiFi通信電路

選用ESP8266 WiFi 模塊，其具有體積小、性價(jià)比高、能耗小、支持透?jìng)?、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。此WiFi模塊中的一個(gè)ROM可以用來直接修改定義參數(shù),也能將芯片設(shè)置為透?jìng)髂Ｊ剑撃Ｊ较碌韧谠赨ART和互聯(lián)網(wǎng)間建立了良好的通訊渠道。

3 智能盆栽澆水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 主機(jī)、分機(jī)工作流程

主機(jī)工作流程：①系統(tǒng)完全初始化，包括主芯片CC2530，時(shí)鐘芯片，通訊系統(tǒng)（GSM）等各大模塊；②設(shè)置澆水的日期和時(shí)間，可以設(shè)置為具體的澆水時(shí)間，也可以設(shè)置為澆水的時(shí)間間隔；③傳感器將探測(cè)的土壤實(shí)時(shí)溫濕度參數(shù)，通過主芯片CC2530處理收集，判定系統(tǒng)是否要進(jìn)行自動(dòng)澆水[5]。

分機(jī)工作流程：初始化主芯片電路CC2530,收集土壤的主要參數(shù)信息,向鄰近的分機(jī)傳遞信息。圖3展示了主機(jī)、分機(jī)工作流程圖。

圖3 主機(jī)、分機(jī)工作流程圖

3.2 手機(jī)app的操作流程

Android Studio 作為手機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)的主要工具。應(yīng)用程序的主要功能包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面、用戶設(shè)置界面和遠(yuǎn)程控制界面。用戶使用時(shí)首先注冊(cè)賬號(hào)，登錄完成后首先查看盆栽的溫濕度、光照強(qiáng)度，澆水系統(tǒng)的水位線，澆水記錄和澆水量等歷史參數(shù)，參數(shù)監(jiān)測(cè)在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面里[6]。用戶設(shè)置界面功能包括用戶的自定義，比如用戶昵稱和種植花草名稱的設(shè)置；定時(shí)設(shè)置，主要是下次自動(dòng)澆水時(shí)間設(shè)置，澆水時(shí)間間隔的設(shè)置。遠(yuǎn)程控制界面主要是對(duì)盆栽進(jìn)行一些遠(yuǎn)程操控指令，如立刻讀取土壤監(jiān)測(cè)參數(shù)，立刻澆水等操作。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)采用CC2530作為主芯片組件物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，選用靈敏度更高的的工業(yè)級(jí)YL-69接口的傳感器作為土壤溫濕度檢測(cè)傳感器，并安裝攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)盆栽的生長(zhǎng)狀態(tài)及土壤溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)在設(shè)備終端可自主設(shè)置檢測(cè)參數(shù)，根據(jù)檢測(cè)參數(shù)自動(dòng)判斷是否需要澆水，且最終檢測(cè)結(jié)果可在終端查看，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)等方面起到了一定的借鑒作用。

更正：《石河子科技》2023 年第06期第20頁(yè)，《淺析構(gòu)建精益管理的電網(wǎng)工程建設(shè)管理體系》一文中，作者姓名：季天程，現(xiàn)更名為：季天程，徐寧婷。特此更正。