物聯網智能花窖控制系統

劉鎧毅，李昊哲，馬

（大連理工大學城市學院，遼寧 大連 116600）

0 引 言

物聯網智能花窖控制系統可推動養花產業實現自動化，解決養花人因監測花窖環境不便帶來的問題。用智能化的監測設備對花窖進行實時監控，通過手機APP可進行遠程控制，給養花人帶來便利。

1 系統總體方案

物聯網智能花窖控制系統由一個主節點、多個子節點及客戶端組成。子節點用于檢測花窖土壤濕度，將檢測結果發送給主節點，并可根據設定閾值出水噴灌；主節點可將設定與檢測的數值顯示在液晶屏上，并可完成儲水箱進水，控制加熱器或換氣扇工作，還可與手機客戶端進行信息溝通，實現智能化花窖控制。系統組成如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

1.1 主節點

主節點由STC15W4K56S4單片機完成系統控制。其輸入信號包括超聲波水位檢測、環境溫濕度檢測、開關參數設置；輸出信號包括換氣繼電器控制、加熱繼電器控制、進水電磁閥控制、蜂鳴器報警控制、128×64液晶顯示控制；雙向傳輸信號包括數據存儲、短距離無線通信、遠程無線通信。主節點設計框圖如圖2所示。

圖2 主節點設計框圖

1.2 子節點

子節點由STC89C52單片機完成控制。其輸入信號包括土壤濕度檢測；輸出信號包括出水電磁閥控制、通信中斷報警控制；雙向傳輸信號包括短距離無線通信。子節點設計框圖如圖3所示。

圖3 子節點設計框圖

1.3 手機客戶端

手機客戶端可顯示各子節點濕度、主節點溫濕度，同時也可根據需要更改以上數值的閾值。

2 系統硬件設計

物聯網智能花窖控制系統工作原理如圖4所示。圖中主節點采用STC15W4K56S4單片機[1]，子節點采用STC89C52單片機。主、子節點間的短距離無線通信采用E32-TTL-100無線模塊完成。主節點檢測環境溫濕度，采用DHT11傳感器；子節點檢測土壤濕度，采用可插入土壤的濕度傳感器模塊完成。遠程數據傳輸采用WiFi通信模塊ESP8266完成[2]。

圖4 系統工作原理圖

子節點采集花窖土壤濕度，通過E32-TTL-100短距離無線通信模塊將采集到的數據發送給主節點，當土壤濕度低于設定閾值時，子節點控制電磁閥進行噴灌。主節點可將環境溫濕度、儲水箱水位、子節點發送來的土壤濕度數值顯示在液晶屏上。在檢測中，若主節點判斷花窖內溫度低于閾值，則控制繼電器啟動加熱器工作；若判斷花窖內濕度高于閾值，則控制繼電器啟動換風扇工作。主節點還可通過超聲波檢測水箱水位，并判斷是否控制水箱上水。

主節點采用E32-TTL-100模塊與各子節點進行數據互傳，查詢子節點工作情況，若某子節點失聯，則主、子節點同時進行報警提示。

3 系統軟件設計

系統軟件分為主節點和子節點兩部分。主節點程序流程如圖5所示。系統初始化后，系統循環檢測環境溫濕度、檢測儲水箱水位、查詢子節點，判斷是否通過開關或手機修改參數閾值。當環境溫濕度未滿足設定要求時，P36或P37引腳輸出高電平，啟動加熱器或換氣扇工作；當儲水箱水位不滿足要求時，P35引腳輸出高電平，控制進水電磁閥工作；當主、子節點能正常通信時，傳輸到主節點的子節點點位和土壤濕度值顯示到液晶屏上；否則，報警提示[3]。

子節點程序流程如圖6所示。系統初始化后，系統循環檢測土壤濕度、查詢主節點。當土壤濕度未滿足設定要求時，P20引腳輸出控制信號，控制出水電磁閥出水噴灌；當主、子節點不能正常通信時，進行報警提示。

4 手機客戶端設計

手機客戶端主要用于遠程查看花窖控制系統前端傳感器采集到的數據，包括4個子節點的土壤濕度數值，主節點環境溫度、濕度數值；同時可進行參數值的閾值修改包括4個子節點的出水控制閾值，主節點啟動加熱器、啟動換氣扇的控制閾值[4]。

圖5 主節點程序流程圖

圖6 子節點程序流程圖

5 結 語

物聯網智能花窖控制系統通過一個主節點、多個子節點和手機客戶端協同工作，實現了花窖的實時監控和自動化控制，推動了種植技術的發展。