基于互聯網的智能澆花系統

何偉 喬意凡 程萬杰 楊宇航 劉濤 西北民族大學 軟件工程專業 甘肅省 蘭州市 730000

關鍵字：單片機 互聯網技術 智能澆水 綠植

1 研究意義

目前市場上的自動澆花器的功能正在不斷完善，在國內比較流行的是玻璃和陶瓷制作而成的純物理澆花器。這種類型的自動澆花器由自身材質的物理結構構成，根據器皿的物理原理完成自動澆灌。因為是通過物理原理自動滲透，這樣就可能會導致很大程度的誤差，從而造成綠植不能很好的生長甚至是死亡。

本項目設計了一款智能澆花系統，使用土壤濕度傳感器對土壤進行實時監測，同時傳送相關數據到用戶移動設備，實現了智能澆水和能夠根據實際情況設定完成手動控制澆水這兩種功能。這僅解決了綠植無人照料容易枯死的問題，也增加了用戶的體驗性和趣味性。同時，我們將單片機作為主要模塊，近年來單片機的應用已經十分廣泛，具有集成度高、體積小、可靠性高的特點，深受各行各業的青睞，這為我們系統的實現提供了可靠的支撐。

2 系統總體設計

自動澆花系統是利用單片機為核心來實現的。自動澆花系統的濕度檢測電路是利用土壤進行設置，手動灌溉系統由用戶根據植物實時情況發送指令到繼電器以控制水泵澆灌。自動澆花系統的硬件電路由單片機系統電路、電源的電路、濕度傳感器電路、繼電器、水泵系統共同構成的；自動灌溉系統的軟件程序選用高級語言編程,主要分為數據發送和接收模塊與互聯網模塊。數據處理的原理是將濕度傳感器收集到的電信號轉換為與之相對應的濕度值，利用板載WIFI實現數據的發送和接收。互聯網模塊是用戶提前配置好系統后，可以自由查看綠植狀態和遠程控制澆花系統。綠植澆水系統靈活可靠并且操作簡單，最重要的是可實現。

2.1 系統軟件部分

在智能化供水系統軟件的設計中，采用了結構化和模塊化的方法，方便了功能的擴展。系統總結構圖如圖2.4。主要包括以下幾個模塊。

圖2.4 系統總結構圖

2.1.1 濕度采集模塊

自動澆水系統運行時，首先進行初始化，得到設定的濕度值。濕度采集模塊主要包括芯片初始化、寫入段操作、字節讀取和濕度采集。芯片的讀寫字節和初始化程序按照器件手冊工作協議時序編寫，初始化程序檢測總線是否存在對應器件，讀寫時序要注意采樣時間。濕度采集程序設計主要包括濕度檢測模塊的初始化，啟動濕度轉換和讀取寄存器的程序設計，讀取時先讀取低字節，再讀取高字節，最后返回濕度值。經過處理之后，將相關信息發送到互聯網進行實時更新；同時主循環判斷當前環境的濕度值，對比當前的土壤濕度值是否低于設定值，若低于設定值，繼電器就會驅動水泵進行抽水灌溉；若高于設定值，則不用工作。

2.1.2 數據發送和接收模塊

為了讓用戶能夠對路由器信息進行配置，芯片會廣播一個WIFI熱點。用戶連接后，就可以配置好路由器信息。為了省電，數據傳輸模塊會定期休眠。當系統定期喚醒時，它會自動連接到路由器并與Internet服務器交互。

在澆花系統將電信號轉換為土壤對應濕度后，利用硬件的WIFI模塊連接上用戶提前配置好的網絡，并將當前土壤濕度、最近一次澆水時間、日期等信息上傳到互聯網服務器進行存儲。

在用戶的數據接收部分，用戶訪問指定網址后，配合與硬件綁定的賬號進行登陸操作。實現相應的網頁遠程查看，即用戶可以通過網頁查看相應的綠色植物數據。這樣用戶即使不在綠植旁邊，也能時刻了解到植物的情況。

2.1.3 互聯網模塊

互聯網模塊主要是由云服務器構成，將澆花系統傳輸的綠植狀態信息進行存儲，同時將用戶的指令信息進行緩存。為了讓用戶能夠遠程控制智能澆花系統，通過用戶端和服務器端的網絡通信交互，即通過控制網頁端的開關按鈕，可將指令傳遞云端進行緩存，每次系統喚醒后,都會獲取互聯網服務的緩存命令。因此，用戶訪問指定網址后，輸入命令后，就可以控制硬件端繼電器模塊最終實現遠程控制，從而增加用戶的體驗度和趣味性。

在綠植狀態信息的存儲部分，互聯網服務器在接收到信息后會將濕度與數據收集部分所得到的閾值進行對比。從而得出綠植現在的生長環境情況，濕度百分比是否合理，是否可澆水等結論。用戶在登陸指定網頁后，即可查看相關結論，根據提示決定是否澆水或者是等待濕度低于閾值后系統自動澆水。

在用戶指令信息緩存部分，我們會根據算法進行分析，從而判斷用戶的指令是否合理。如果用戶輸入不相關指令，則會給出提示，并不會對指令進行緩存。只有當用戶輸入相關指令并且指令與當前綠植情況不沖突時，才會將用戶的指令進行緩存。

喚醒后，綠植澆水系統的數據模塊將連接到已配置的網絡，然后自動從互聯網服務器獲取命令。在執行命令前，首先判斷該指令的唯一編碼是否與硬件部分的編碼一致，避免用戶種養多株綠植時出現指令混亂的情況。然后會獲取當前時間與指令時間進行對比，結合最后一次澆水時間判斷出該指令是否執行。

3 本項目的特色與創新點

(1）該智能澆花系統與互聯網進行緊密結合，擯棄了傳統澆花器的純物理模式。提高用戶體驗度，增加種養綠植的趣味性。讓用戶即使出門在外，也能查看綠植情況。

(2）用戶可以遠程控制智能澆花系統，解決用戶由于各種原因不能及時地為綠色植物補充水分及養料的問題，讓用戶時刻體驗種養綠植的樂趣。

(3）相比傳統物理澆花器，能夠精準的控制澆水量和澆水的最佳時間。

(4）系統所需硬件部分已經發展的足夠成熟，為系統的實現奠定了扎實的基礎。

(5）系統占地小，使用方便，易維護，便于推廣。

目前在國內比較流行的是玻璃和陶瓷制作而成的純物理澆花器和自動定時澆花器。這兩種澆花器都有其明顯的缺點。純物理澆花器利用滲透原理進行澆花，這大大降低的澆水量的精確度，澆水時間也得不到控制。而定時澆花器因為是固定時間澆花，無法根據環境的具體情況，土壤的具體濕度進行澆水。所以我們的智能澆花系統不僅解決了傳統澆花器的缺點，而且增加了互聯網模塊，讓用戶即使外出也能開心的種養綠植。