智能綠化遠程控制系統的設計

劉清華，劉 釗，王 蕾，王承林，袁澤宇

（1邢臺學院，河北邢臺 054001；2河北廣播電視臺發射臺，河北石家莊 051130；3邯鄲海關，河北邯鄲 056017）

如今計算機科技、物聯網技術發展迅速，我們將這些技術應用到設施城市綠化中去，來達到植物最接近理想化的生長環境。利用全自動控制系統，模擬出最適宜的生態環境，將外界環境和氣候變化的影響降到最低。現代化自動綠化控制技術將極大限度地促進智慧城市的發展，其應用前景十分廣闊。

1 遠程控制系統硬件設計

系統利用STC15F2K60S2單片機，控制實現不同類型植物生長所需的最科學合理的環境，并且可以通過各類傳感器對植物生長環境因子進行實時監測采集和調整，以達到合理控制、科學生長和節約用水的目的。利用程序可以對單片機控制來實現按需灌溉的功能，按照植物的需求來實現灌溉系統的通斷以及灌溉時間的控制，達到節水和科學生長的目的，最大限度地節約資源，提高精確度和安全性，達到科學準確的要求。

1.1 遠程控制系統的整體設計

本系統以STC15F2K60S2單片機作為主控制芯片，通過土壤、空氣溫濕度等多個傳感器采集數據到單片機進行處理，通過光敏傳感器和LCD12864液晶屏配合進行顯示，執行部分采用繼電器和電磁閥等進行控制，利用無線模塊來達到遠程控制的目的，同時通過光敏傳感器來實現對于光照系統的控制，系統整體硬件框圖如圖1所示。

硬件電路以STC15F2K61S2單片機為核心，系統輸入由各類采集傳感器信號處理電路組成，顯示部分由光敏傳感器與顯示器組成，通信部分由ESP8266無線模塊實現，輸出控制由繼電器以及執行機構組成。

圖1 系統整體硬件框圖

1.2 控制芯片STC15F2K60S2單片機

系統設計將STC15F2K60S2芯片作為系統的中央處理器，具體引腳配置如表1所示。

表1 STC15F2K60S2引腳配置

1.3 顯示部分設計

系統采用LCD12864型液晶屏實現系統的人機交互功能，LCD12864電路原理圖如圖2所示，該液晶屏在本系統與單片機的P4.1～P4.4、P0.0～P0.7接口相連接。

1.4 遠程無線通信電路

為了方便用戶的實際使用，本系統加入了遠程無線控制模塊，可以通過遠程控制來監測大棚內的各項數據。系統采用ESP8266模塊作為通信模塊，ESP8266模塊實物圖如圖3所示。

ESP8266模塊與單片機P3.0、P3.1連接，ESP8266是遠程控制的核心器件，ESP8266模塊電路連接圖如圖4所示。

圖2 LCD12864電路原理圖

圖3 ESP8266實物圖

圖4 ESP8266電路圖

1.5 繼電器控制電路

土壤濕度傳感器采集的模擬信號將通過單片機轉化為數字信號，并將該信號通過P2.0接口送到繼電器控制三極管基極。電路圖如圖5所示。

圖5 繼電器控制電路

2 溫室大棚遠程智能控制管理系統的程序設計

由于系統選用的主控制器是單片機，單片機軟件主要包括主程序、A/D采樣子程序（濕度傳感器采樣，溫度傳感器采樣）、鍵盤設定參數和顯示等子程序，下面將逐個介紹相關程序的設計實現方法。

2.1 系統傳感采集模塊程序設計

通過對傳感器輸入的模擬信號進行轉換、處理分析并與預設參數限值進行比較給予判斷，滿足一定條件則執行相應控制功能。然后再次進行檢測，執行，再次修正，形成一個閉環反饋，來維持整個大棚內環境的穩定，傳感控制程序流程圖如圖6所示。

圖6 系統程序流程圖

2.2 系統執行部分程序設計

系統執行部分主要是通過單片機接受檢測信號之后打開相應的繼電器控制單元，然后對應的執行系統開始動作，傳感部分同時對環境進行檢測，當環境達到要求的時候關閉繼電器控制單元，執行系統停止動作。

3 數據的測試與分析

表2 土壤濕度測試數據

分析：經過多次重復性試驗的實驗數據分析可知：當土壤濕度呈線性變化時，傳感器輸出電壓同樣為接近線性的曲線，波動在±0.1V范圍內，該系統可測得基本的土壤濕度以完成項目要求。

結論：通過對多個模塊以及機構的整合，基本達到預期的功能，實現綠化的自動控制，環境可以自動進行調整。保證植物始終生長在適宜環境中。設計從實際的應用出發，目的在于建立一套完整的遠程綠化智能控制系統，特別是加入無線通信部分，可以同時對多個系統在線進行遠程控制管理，方便使用者的統一管理，解放勞動力，提高了工作效率。