基于嵌入式系统的智能花卉培育和护理花房系统

基于嵌入式系统的智能花卉培育和护理花房系统
发布时间：2021-04-27T01:48:38.369Z 来源：《中国科技人才》2021年第6期作者：刘均芝荆世德高德淞徐伟指导老师：张艺凡[导读] 改革开放以来，人们的生活质量明显提高，对于花卉的需求量也急剧上升。

普通用户对于各种花卉的生长环境不是很了解。

国外引入的温湿检测系统侧重点与我国的特征不相匹配，而且引进的投资高，运行的维护费用很高。

曲阜师范大学工学院山东日照
摘要：随着生活水平的提高，越来越多的人喜欢摆放花卉，以便达到身心放松和愉悦的目的，同时在室内摆放花卉可以清新空气。

但生活节奏的加快，以及对花卉护理的经验、知识了解不够，使得人们很少可以做好花卉的养育和护理工作。

本文为实现对花卉培育的智能化、细心化、美观化，开发设计出一个智能花卉培育和护理系统，运用当下热门的物联网技术，实现对花房的实时监控。

本文首先介绍了研究背景，然后对系统的设计做出总体阐述，着重介绍系统的硬件设计和花房中各类参数的实时反映和监测，达到智能化养花护花的目的。

关键词：嵌入式物联网技术智能养花
引言
改革开放以来，人们的生活质量明显提高，对于花卉的需求量也急剧上升。

普通用户对于各种花卉的生长环境不是很了解。

国外引入的温湿检测系统侧重点与我国的特征不相匹配，而且引进的投资高，运行的维护费用很高。

因此根据我国环境条件，自主设计的低成本的高效率的花卉温室度控制系统，对加快我国花房产业的现代化的水平及提高温室的经济效益都有着很重要的意义。

在植物的生长过程当中都需要一定的条件。

在其生长的过程当中，环境中的各种因素的影响。

中最大的无非是温度和湿度。

若温度和湿度变化很大的话，极其不利于植物的生长。

我们所设计的的系统就是对温度和湿度进行检测与控制。

给予植物最合适的生长环境，提高植物的质量。

综合考虑系统的效率以及经济实用性等多方面的因素之后，设计一种基于计算机自动控制的花房控制系统。

1系统整体设计
1.1 系统总体方案设计
系统硬件整体结构图。

该系统以STM32主控芯片，以TFT显示屏作为显示检测到的各种参数，采集信息的各类传感器和用于调节花卉生长环境，同时STM32控制器可以将检测的各种数据上传至ESP8266模块，再由ESP8266模块与机智云物联网平台进行通信，平台将各种信息实时传送给手机和PC端。

1.2系统外观设计
系统的外观设计。

本为为方便灌溉以及管理，该外观采用T字形外观，在保证实用性的同时，又节省了空间，使花卉看起来有立体感，充满欣赏性的同时，节约了空间。

花房的最底部为水箱，给花卉灌溉时使用，同时还可以防止因灌溉水分较多而使水分溢出，而打湿地面，可以做到水分的循环利用。

最顶部设立了肥料箱，用于给花卉施加肥料。

2 系统硬件设计
2.1主控芯片的选择
本系统选用的为正点原子的STM32F103ZE开发板，具有高性能、低成本、低功耗，采用Cortex-M3n内核，最高工作频率达到72MHz，2.0V-3.6V供电，该板载芯片含有144引脚，512kFLASH，64kSRAM，容量大，最多可达13个通信接口。

2.2温度传感器
该系统采用的温度传感器为DS18B20型号，该模块内置上拉电阻，工作电压为3V-5.5V，测温范围-10℃-85℃，误差一般在±0.5℃，具有较高的准确度，选用此模块的另一优势允许许多只DS18B20同时并联在一根单线总线上，用一个微控制器来控制一片区域的DS18B20。

2.3土壤湿度传感器
该模块是一个简易的水分传感模块用于检测土壤中的水分，该模块表面镀镍不易生锈，延长使用寿命，加大了感应面积来提高导电性能。

此模块同时采用双输出模式，模拟量输出更为准确且灵敏度可调。

比较器采用的是LM393芯片，工作稳定且信号干净。

2.4光照强度传感器模块
为了测量房室中的光照强度, 选用GY-30光照强度传感器。

供电电源为3V-5V，测量光照范围为0-65535lx，传感器内置16bitAD转换器，直接进行数字输出，省略大量复杂计算。

不区分环境灯光，接近于视觉灵敏度的分光特性。

2.5 CO2浓度传感器
为了测量房室中的气体浓度，该系统选用了MG811二氧化碳传感模块电压型，该模块增加了温度补偿功能，实现全温范围检测，更精确。

二氧化碳检测灵敏度更高预热响应更快在2-5分钟完成，且增加了信号的放大功能，可以直接和单片机相连。

该模块具有双路输出信号（模拟量输出和TTL电平输出）。

2.6 ESP8266模块
该系统采用的是乐鑫的ESP8266-12F-G，内置了超低功耗的Tensilica L106超低功耗32位微型MCU，主频支持80MHz和160MHz，支持RTOS。

该WIFI模块在联网之后，通过机智云物联网平台和客户端以及第三方服务器相连接。

2.7继电器模块
本设计中所采用的继电器模块自带光耦隔离, 抗干扰能力强;可以通过选择不同的引脚从而设置不同电平的触发方式, 易于通过单片机控制。

即可以从传感器中测得数据异常时，带动相关部件进行工作。

2.8肥料箱
为保证花卉植物可以正常健康生长，该系统会为植物定时进行施肥，肥料箱位于最顶部，箱底配备电动阀来控制肥料的释放。

该系统是将肥料和水进行混合的方式进行施肥，相对于传统的施肥方式，则更有利于花卉植物对肥料的吸收。

3 系统软件设计
该系统是以各类传感器传进的各种数据为基础，显示在TFT显示屏上的有温度，湿度，CO2浓度，光照强度。

后根据各种相应的算法程序，若所测得的各种数据符合植物生长条件，相应部件则不会工作，若测得的各种数据与生长条件有偏差，蜂鸣器进行鸣笛报警，相应的继电器带动部件工作。

4结语
本系统结合当下热门的物联网技术，成功将生活事物和互联网相结合，实现互联互动。

该系统不仅使用于家庭式养花需求还可以用于大型的花卉养殖场，真正做到养花护花的方便快捷。

该系统具有智能化，极大地融入了当下的快节奏生活，使得植物花卉养殖成活率更高。

使人们在互联网上就可以养花，增加养花乐趣的同时又放松了身心。

参考文献：
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项目编号：XJ20200024
项目类型：创新训练项目
项目名称：基于嵌入式系统的智能花卉培育和护理花房系统。