家用智能绿柜系统的设计与实现

钱月霞 杨保华

摘要：随着信息时代的飞速发展和人工智能的应运而起，智能家居在家庭生活中饰演着极其重要的角色。该文设计的是家用植物绿柜智能控制系统，其中包括STM32 CPU、数据采集模块、无线通信模块等。通过将数据采集模块采集到的数据输入 STM32 CPU，再利用无线通信模块把数据传送给云端服务器，最终实现系统的远程监测控制功能。

关键词：智能绿柜;STM32;监测

中图分类号：TP311      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2018）31-0078-02

Development of Household Intelligent Green Cabinet System

QIAN Yue-xia， YANG Bao-hua

（School of Information， Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology， Changzhou 213164， China）

Abstract： With the development of information age and artificial intelligence， smart home plays an extremely important role in family life. The intelligent control system of household plant green cabinet is designed in this paper， including STM32 CPU， data acquisition module， and wireless communication module and so on. Inputting the data collected by the data acquisition module into STM32 CPU， and then transferring the data to the cloud server by the wireless communication module， the remote control function of the system is realized finally.

Key words： Intelligent plant cabinet system; STM32; Monitor

1 緒论

从国内市场层面来看，随着生活水平和审美情趣的提高，几乎每家每户都有这种家用植物的种植需求。

本文研究家用植物绿柜远程智能控制系统，合理地将互联网、智能手机设备和智能控制以及家居植物种植完美结合起来，实现家用植物种植的智能化。它能够对植物成长的环境进行本地监测和智能调控，也可以采用手机APP对其实现远程监测和智能调控。

2 系统分析

2.1 系统功能

1） 参数监测功能：可检测包含空气、土壤湿度、PM2.5等参数;

2） 手动控制功能：用户可以通过本地人机交互显示触摸屏和远程手机APP实现手动浇灌、补光、加湿、通风、空气净化控制;

3） 智能控制功能：按照预先设定的控制策略，自动进行浇灌、补光、加湿等操作，调节植物生长环境;

4） 报警提示功能：当水位、PM2.5等参数异常时，提示报警信息;

5） 远程通信功能：主控板通过无线WiFi 网络和云端服务器通信，确保手机APP远程监测和控制的正常。

2.2 系统总体方案

家用植物绿柜远程智能控制系统总体结构方案如图1所示，它包括了本地端控制器、云端服务器和智能手机移动端设备三大组成部分。其中，本地端控制器负责显示出植物生长环境的各类参数以及供用户进行本地触控操作，同时还与远程手机端进行数据交换协同控制植物的生长环境。本地端控制器通过无线WiFi网络与云端服务器保持实时连接;云端服务器是基于Apache Mina框架构建的，它可以稳定的为本地控制器和移动端设备同步数据提供通信服务;远方的移动手机APP端可以通过云端服务器的连接与本地控制器交换数据，最终实现远程的参数显示与生长环境改善操控。

3 系统硬件电路设计

系统硬件电路包括CPU模块、电源模块、传感器模块（温湿度传感器、光强传感器、PM2.5传感器和甲醛传感器）、输出控制模块、人机交互触控模块、无线通信模块、EEPROM存储模块组成，下面以CPU模块和无线通信模块为例。

1） CPU模块：考虑到本系统所涉及的传感器等硬件较多，需要较多的串口、GPIO等片上外设资源，本系统的CPU采用了STM32F103ZET6处理器，如图2所示。结合S1按键复位、外部8MHz晶振、电容电感滤波、wifi指示灯等组成了CPU核心处理模块。

2） 无线通信模块

系统的无线Wifi通信模块采用的是USR-C322，可同时支持AP和STA两种工作模式。当把它配置在STA工作模式时，能够将本地控制器端通过串口发出的AT命令传输到Wifi网络上，最终完成本地控制器和云端服务器的数据通信功能，如图3所示。模块与主控芯片STM32的USART2相连，通过AT命令配置模块工作方式。S1是模块复位重启按键，两个led灯D3分别是“模块准备好”和“连接正常”指示灯。

4 系统软件程序开发

通过RVMDK系统进行开发，主要是对涉及传感器、迪文屏、网络模块等的片上GPIO等外设进行底层功能配置。DRIVER项目文件夹内代表功能驱动层，里面是用户自编外部传感器、液晶屏等接口驱动文件，封装了用户自编的各个传感器参数检测、迪文屏串口数据帧通信等函数，方便应用层调用。NETWORK项目文件夹代表网络驱动层，里面是网络Wifi模块的网络连接驱动文件，里面封装了用户自编的串口Wifi透传模块USR-C322的网络连接配置等函数。APP项目文件夹内代表应用层，里面是用户自编应用程序，包含主函数等用户应用层应用程序，是系统各个控制策略最终实现之所在。由于本系统是一个综合项目，功能较其他系统相对复杂，代码量也相对较大，受篇幅所限，不将代码展示。

5 系统整体测试

系统测试阶段是检验系统功能是否达标以及发现系统存在的潜在问题的重要阶段。本系统的测试分为模块测试阶段和系统整机联机调试阶段两个部分。如图4所示，系统整机运行后，可以对植物生长的环境参数进行本地检测显示以及智能操控，同样可以通过位于远方的手机APP对植物生长环境进行远程检测显示和手动智能调整。

6 小结

本文设计了一套家用植物绿柜远程智能控制系统，可以实 （下转第95页）

（上接第79页）

现本地控制和手机APP来远程两种控制方式，采用自动工作方式检查植物生长环境的各项参数指标，自动进行改善环境操作。采用了STM32内部GPIO、TIMER、中断、USART串口、I2C总线等片上外设，对系统控制程序进行分层，分别编写了基于STM32F103ZET6芯片的本地端BSP板级驱动层、DRIVER功能驱动层、NETWORK网络驱动层和APP应用层程序，最后进行了联合调试。

参考文献：

[1] 徐登，周汉清，余宏.家用植物种植远程智能控制系统设计[J].常州信息职业技术学院学报，2017，16（2）：19-24.

[2] 李云乐，程升.日本设施蔬菜产业发展经验对我国的启示[J].中国园艺文摘，2017（6）：15-68.

[3] 李振杰，李军.基于GSM控制的家庭绿色植物灌溉系统设计与实现[J].赤峰学院学报：自然科学版，2017，33（3）：19-21.