基于STM32和WIFI的物聯網智能盆栽（物聯網農業微模型）的設計

唐文強 吳君

摘要：隨著人們生活水平的逐步提高，越來越多的家庭擺放盆栽，但由于人們生活、工作繁忙等原因、對盆栽植物疏于照顧或由于對盆栽植物生長習性不了解造成培養不當，而使盆栽生長不良甚至枯萎等。針對這一情況設計一款基于STM32和WIFI，采用多種傳感器，利用大數據、云儲存的物聯網智能盆栽系統。

關鍵詞：STM32單片機;WIFI;傳感器;智能盆栽

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼： A

文章編號：1009-3044（2021）02-0197-02

Abstract： With the gradual improvement of people's living standard， more and more households place potted plants， but due to people's busy life， work and other reasons， neglect of care for potted plants or lack of knowledge of potted plant growth habits， resulting in inappropriate cultivation， potted plants grow poorly or even wither. A smart potting system based on STM32 and WIFI is designed for this situation， which uses multiple sensors and utilizes large data and cloud storage.

Key words： STM32 single-chip computer; WIFI; sensor; smart potting

該智能物聯網盆栽的設計采用STM32單片機，基于傳感器和無線通信的模式把采集到的數據發到云端進行處理，利用大數據分析不同盆栽植物生長不同階段的營養、水分等需求特性，把盆栽生長狀況通過手機App反饋給用戶，并給出處理意見，或直接做出相應的處理。利用計算機、物聯網等技術實現盆栽的智能化管理。

1 系統總體框架

1.1 硬件選用

智能盆栽采用STM32F407ZGT6單片機，此款單片機具有硬件FPU單元（Float Point Unit）和DSP（Digital Signal Processing）指令，同時STM32F4主頻較高能夠達到168Mhz[1]，適用于需要浮點運算或DSP處理的應用。

傳感器方面采用DHT12溫濕度傳感器，YL-69土壤濕度傳感器，BHT1750FVI光照傳感器。考慮到WIFI（Wireless Fidelity）模塊的體積及成本WIFI模塊采用樂鑫公司的ESP8266用于數據傳輸實現人機交互，該模塊具有性價比高、使用方便【2】等優點。另外采用2350ma的18650鋰電池進行供電。

1.2 系統框圖

1.3 系統結構簡述

該物聯網智能盆栽可分為硬件端和軟件網絡端，硬件端以STM32單片機為核心控制設備包括溫度、濕度、光照等傳感器設備和WIFI模塊等，傳感器采集數據通過WIFI模塊使用以太網發送到云端服務器進行數據分析匯總并做出相應的判斷處理，將相應的指令發送給STM32單片機并將信息通過手機App（Application）反饋給用戶，用戶可通過App對植物生長狀況進行實時上傳，同時云端服務器數據庫應有各種盆栽植物的生長數據，通過大數據分析給用戶提出相應的盆栽培育意見，并且可以通過手機App對盆栽實現遠程控制，如澆水、補光等處理。

1.4 硬件編程

單片機程序采用keil，keil是一款常用于單片機設計的集成開發環境[3]，keil具有像Windows的可視化操作界面【4】，使用方便支持C語言及匯編語等多種方式的單片機設計，庫函數豐富，編譯連接工具極大豐富，使用方便等特色。

2 軟件設計方面

2.1 用戶管理

為加強信息的安全性，App設計采用先注冊再使用的原則，并采用密碼確認機制，注冊成功后通過WIFI匹配設備選擇盆栽種類，用于監管盆栽生長情況時需要輸入正確的用戶名和密碼進行身份驗證登錄App，用戶可以增刪智能盆栽監測器，或修改檢測器對應的盆栽植物種類。

2.2 數據存儲

本系統采用OneNET云服務器，選用My SQL數據庫，數據庫中存放用戶身份信息，各種盆栽生長信息，監測設備信息，以及傳感器檢測到的數據信息，根據各類信息產生的各類數據，設計4張數據表，用戶身份信息表，監測器信息表，盆栽植物生活習性表，盆栽生長信息表。

2.3 信息分析處理

數據對比分析應答，當系統內環境發生變化時，通過與數據庫中的盆栽植物生活習性生長數據以及設定的一定值進行對比，比如數據庫中綠蘿對土壤濕度的要求不低于50%，當土壤溫濕度傳感器檢測到當前土壤濕度為40%，通過數據對比判斷此時綠蘿需要澆水，系統通過控制微型水泵進行灌溉或通知用戶進行澆水作業。

2.4 Android客戶端

本系統App編寫采用Android Studio集成開發環境，App的主界面采用底部菜單分布模式，從左到右計劃設置3到4個轉換按鈕，用于對應不同的功能界面。客戶端應增設盆栽培養信息交流推送功能，給用戶更好的體驗。

3 擴展應用

該物聯網智能盆栽系統可應用于盆栽的養護，但不局限于此，對該系統進行軟硬件方面的調整拆分組合，可應用于物聯網農業方面，將硬件系統進行拆分，將土壤溫濕度傳感器獨立出來，再增加土壤PH傳感器、土壤鹽分傳感器，用于檢測土壤實時變化，進行實時有效灌溉、施肥等，另外部分溫度傳感器、光照傳感器、再增加高清攝像頭，組成植物地面檢測系統，增加的高清攝像頭用于植物病蟲害的檢測，如果考慮到成本問題，可采用人工數據采集錄入系統。在云端數據庫錄入植物農作物成長大數據，可涉及植物生活習性，病蟲害防治對應措施等多樣數據，實現物聯網+大數據的精準高效農業生產管理。對于數據傳輸方面考慮到WIFI模塊的傳輸距離和農業生產的實際情況，可用GPRS（General Packet Radio Service）傳輸模塊替代WIFI模塊，為有效實時監控可開發PC端軟件。拆分兩部分用于土壤和地面植物的監測，提高系統的應用效率，可在物聯網農業生產中得到更廣泛的應用，如反季節蔬菜的培育、提高農作物產量及質量、合理施肥灌溉，減少過度施肥施藥、避免土壤板結等。

4 實現目標

該系統旨在為盆栽愛好者提供一個良好的盆栽培養平臺，用戶可以用科學的方法實現盆栽的養護培養，通過傳感器等對盆栽生長環境，生長情況進行收集匯總，利用大數據分析處理，通過手機App反饋給用戶，或直接作用于盆栽，提高盆栽生長質量。該物聯網智能盆栽實際上是一個物聯網農業微模型，對系統進行相應改動即可應用于農業生產之中。本文對技術方面涉及的體積量不多，旨在提供一種設計理念思維等，物聯網智能盆栽即是一個物聯網+農業生產模型，又是物聯網+生活模型，實現物聯網技術在生產生活方面的多方應用[5]。

5 總結

物聯網+大數據技術在生產生活有著極大的應用，在諸多方面帶來了極大便利。以該物聯網智能盆栽系統來看，該物聯網系統主要涉及物聯網感知層、網絡層、應用層等多層次物聯網技術，利用無線通信以及傳感器數據采集以及大數據分析等對盆栽的生長狀況進行實時判斷，該系統也可用于盆栽相關企業進行規模化培養，減少人力成本，旨在推動傳統盆栽栽培向智能化的轉換。

前面也說到該物聯網智能盆栽系統可看作成物聯網農業微模型，物聯網技術在農業生產方面有著巨大作用，農業物聯網受到世界各國關注[5]。物聯網農業是物聯網應用領域的重要組成部分，物聯網智慧農業的發展，可提高農業生產效率，和農產品產量和質量，物聯網技術將在生產生活等方面得到更廣泛的應用。

參考文獻：

[1] 牛妍燕，田子怡.基于STM32的嵌入式智能家居系統[J].電腦知識與技術，2016，12（13）：240-242.

[2] 黃振宇，王先杰，陳剛.基于STM32單片機智能盲杖的設計[J].電腦知識與技術，2018，14（33）：221-222，224.

[3] 陳智英.基于Proteus-Keil聯調與項目導向的單片機教學[J].電氣電子教學學報，2018，40（5）：107-111.

[4] 鄒傳民.基于Cortex-M4的嵌入式光學相干層析成像系統的研究[D].廣州：廣東工業大學，2013.

[5] 陸曉東.農業物聯網技術應用及創新發展策略[J].計算機流通，2020（10）：5.

【通聯編輯：梁書】