基于“互聯網+”的智能植物生長管理系統設計

蔡雄友 周昊 阮太元 陳虹安

摘 要：本文針對人們缺少時間管理與照顧心愛植物的情況，開發了一種基于“互聯網+”的智能植物生長管理系統。本系統使用溫度、濕度、酸堿度和光照等傳感器采集植物生長的環境參數，利用系統設計的補光、澆水、施肥、通風等功能，對植物的生長環境參數進行反饋調節。同時，充分發揮互聯網的優勢，加入攝像頭模塊，從手機、平板等顯示終端實時監控植物的生長狀態。此外，也可以遠程對植物進行補光、澆水、施肥、通風等，實現自動/手動雙調節的方式，保證植物良好生長。

關鍵詞：互聯網+；植物生長管理；攝像頭

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）04-0101-02

Abstract：Because people lack time management and care for plants，an intelligent plant growth management system based on“Internet Plus”was designed. The system uses temperature sensors，humidity sensors，pH sensors，and light sensors to collect environmental parameters for plant growth. On this basis，the system's functions such as fill light，watering，fertilization and ventilation are used to feedback and adjust the growth environment parameters of the plant. In order to give full play to the advantages of the internet，the camera module is added to monitor the growth status of plants in real time from display terminals such as mobile phones and tablets. In addition，in order to ensure the good growth of the plants，the plants can be lighted，watered，fertilized，ventilated，etc. in an automatic/manual remote adjustment manner.

Keywords：internet plus；plant growth management；camera

0 引 言

種植花草植物，一直是人們追求美好生活以及陶冶情操不可缺少的一部分，人們種植一些自己喜歡的花草，并且希望花草能夠正常生長。但是不可否認的是，當前社會發展越來越快，人們的生活節奏也越來越快，很多人忙于加班、出差等，缺少時間打理自己心愛的花草植物，一款能夠在人們出差、加班的時候幫助人們照顧植物的智能管理系統便有其存在的必要。通常植物的生長離不開光照強度、土壤溫濕度、通風、肥料等幾個重要因素，因此，針對上述人們的需求以及植物生長所必需的幾個因素，本文開發了一款遠程監控、自動/遠程管理的智能植物生長管理系統來解決此類問題。

1 系統工作原理

本系統主要由控制器終端、通信控制器以及控制顯示終端三部分組成，系統框架如圖1所示。其中控制器終端包括：數據處理和控制外圍硬件的核心處理模塊、監測環境參數的檢測傳感器、控制調節環境參數的硬件設備、視頻實時監測的低成本視像頭和數據傳輸的無線通信系統。通信控制器主要負責處理器處理的各項數據與控制顯示終端的交互處理。控制顯示終端主要負責控制部分硬件終端、顯示傳感器采集的各項數據、顯示攝像頭的實時監控。

基于“互聯網+”的智能植物監控系統是一種利用傳感器采集數據，利用處理器分析數據，從而得到當前植物生長的環境參數。系統本身設計有補光、澆水、施肥、通風等硬件模塊，根據分析傳感器采集的數據，對植物的生長環境參數進行反饋調節。這種反饋調節是按照事先人為設定的參數進行實時調節的，保證植物的正常生長所需的環境；同時本系統充分發揮互聯網的優勢，在系統上加入攝像頭模塊，人們可以從手機、平板等顯示終端實時監控植物的生長狀態。而顯示終端不僅可以實時顯示植物的環境、實時視頻等數據，也可以作為控制器遠程控制本系統中補光、澆水、施肥、通風等硬件，實現自動/手動雙調節的方式，保證植物良好生長。

2 系統硬件設計

本系統設計的硬件部分主要是控制器終端，該終端具體包含的硬件模塊如圖2所示。系統使用32位低功耗STM32F407ZET6芯片作為核心，該芯片具有強大的外設硬件功能，如A/D、SCI、SPI、CAN等，能完成傳感器數據采集、無線通信、視頻數據采集和環境調節控制等各模塊的數據交換。無線通信模塊使用通信穩定、低功耗的WiFi模塊，實現控制器終端與控制顯示終端之間傳感器數據的傳輸和攝像頭視頻的實時通信；電源模塊包括可充電的鋰電池和3.3V供電的穩壓模塊，還使用太陽能板供電。視頻監測模塊用來拍攝植物生長的狀況，并實時傳輸給控制顯示終端。傳感器檢測模塊包括濕度、溫度、酸堿度和光照傳感器，用來監測植物生長環境情況。環境調節模塊用來配合傳感器檢測模塊自動對植物進行補光、澆水、施肥和通風，其中，控制顯示終端還可以自主對該模塊進行遠程控制。

連接寬帶的路由器作為通信控制器，幫助實現控制器終端與控制顯示終端之間的數據交換。系統使用手機作為控制顯示終端的硬件平臺。

3 系統軟件設計

系統軟件設計主要包括控制器終端、通信控制器和控制顯示終端三部分。控制器終端在自動控制情況下的程序流程如圖3所示，人為控制各傳感器的檢測由顯示終端系統控制。程序系統初始化，主要是嵌入式系統與無線通信模塊、視頻監測模塊、傳感器檢測模塊和環境調節模塊之間的程序初始化。系統在運行之后，各傳感器依次采集環境的溫度、濕度、酸堿度和光照參數，嵌入式系統通過算法分析并處理采集到的參數，判斷各傳感器參數是否超過設定的閾值，如果超過，則通過環境調節模塊，對植物的生殖環境進行通風、澆水、施肥和補光，否則，繼續采集各傳感器參數。無論采集的數據是否超過各傳感器設定閾值，系統都會將采集得到的信息通過無線和通信控制器傳輸給控制顯示終端。

控制顯示終端使用Android平臺開發，可用于手機移動終端，界面能實時顯示植物生長環境狀態，并能通過控制器遠程控制終端的環境調節模塊，以此來調節植物的生長環境，和通過攝像頭監測模塊了解植物生長情況。

4 結 論

本產品適用于所有家庭、辦公室等場所，可以自動/遠程管理植物，使用方便，操作簡單，節省人力物力。在給水箱、肥料添加足夠的分量后，能夠滿足一般植物正常生長時間可達20天以上。產品的應用有效提高了人們管理植物的效率，從空間和時間上充分滿足了人們在任何時間任何地點對植物進行管理的需求，避免了心愛的植物因缺少打理而枯萎的情況。該產品具有很好的應用前景。

參考文獻：

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[2] 楊洪濤，王英卓，杜娟.基于Android平臺的WIFI控制系統的設計與實現 [J].北京工業職業技術學院學報，2016，15（3）：10-16.

通訊作者：蔡雄友（1990-），男，助教，碩士。研究方向：無線通信與振動控制。