基于物联网的智能浇花系统的设计与实现

陶云霞 崔忠伟 朱德孙 杨江清

摘要：基于物联网的智能浇花系统，提出了一款基于CC2530 （Zigbee）网络的智能浇花系统设计方案。该系统通过CC2530节点挂上土壤温湿度传感器并实现采集數据，处理后上传CC2530网关，网关通过WiFi实时传到手机APP；网关上挂OLED屏幕液晶，实时显示土壤温湿度值。CC2530对传感器的信号处理，通过按键或手机APP设置土壤温湿度阀值，控制水泵浇水，从而实现对植物的全天候监管。经过实验的数据证明，该系统使用简单，且反应精确灵敏等优势，成功地实现了设计要求，在实际生活工作中具有一定的应用价值。

关键词：智能浇花系统；CC2530无线传输网络；ZigBee无线网络；土壤温湿度传感器；手机APP。

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）16-0174-03

1 概述

随着社会的不断发展和人们生活水平的逐渐提高，人们逐渐追求高质量的生活，很多人都会选择在家里或办公室种植一些花卉以净化家庭空气，陶冶情操，但是很多人忙于工作、学习、出差、旅游或者一些其他的原因，不能及时地对花卉进行照料，短时间内导致很多花卉因缺水分而影响正常生长，长时间不照料有些名贵的花卉直接死亡。基于上述状况，提出了此基于物联网的智能浇花系统。该系统采用工业级高精度土壤温湿度传感器采集花盆中的突然温湿度，通过ZigBee无线网络实时上传当前的土壤温湿度数据，通过app或者按键设定某种花适宜的生长的突然条件，实现自动控制给花浇水，即能让花卉生长在适宜的湿度下，与目前市场上的自动浇花系统相比，该系统的特点具有低成本、极高的资源利用率、操作简单和反应灵敏等。

2 系统总体设计

该系统的网关主要是由电源电路、ZigBee、ESP8266、USB转UART、OLED液晶接口、按键电路；节点主要由电源电路、ZigBee、RS485、USB转UART接口、按键、继电器；系统首先通过土壤温湿度传感器采集花盆中土壤温湿度数据，通过ZigBee处理之后自动控制是否浇花，并将此数据上传至网关。

3 系统电路设计方案

3.1智能浇花系统的主芯片用TI的CC2530

系统主要由一个网关板和二个节点板。所有节点的数据都发往协调器（网关），由CC2530无线SOC芯片和ESP8266组成。其基本功能包括：组建了一个ZigBee的无线网络，即可允许其他的监测终端节点加入该网络，并且可以对整个网络进行管理，然后将汇总好的数据通过ESP8266上传至APP的客服端。在本系统中，我们将给每个终端节点分配一个唯一地址，通过传感网方便监测和控制每一个终端节点，通过无线传感网络将监测到的数据实时上传到处理器进行处理，并实实时处理上传的数据判断是否要控制是否给花卉浇水。

3.2传感器的输入电路

土壤温湿度传感器采用的是工业级RS485接口的传感器，其主要特点为体积小、测量精度高、响应速度快、互换性好，并且它的三根不锈钢防水防腐，长期插入土壤中不易生锈、腐烂等，延长其使用寿命。适合在花卉、大棚、农田、草坪等需要检测土壤温湿度的环境中使用，并且其探头可直接插入或者埋入土壤中。由于传感器是RS485接口，则RS485接口原理图，如图1：

3.3系统供电电路

由于土壤温湿度传感器是5V供电，而CC2530、CH340T等芯片是3.3V供电，则系统由5V电源适配器通过DC--DC接到系统板为系统供电，土壤温湿度传感器和继电器均为5V供电，直接冲适配器去电，而CC2530是3.3V供电，所以用ASM31117（LDO）降压到3.3V，系统图，如图2：

3.4调试电路

由于CC2530上带UART，为了方便在电脑上调试，在系统板上加USB转UART；选用CH340T将USB转为UART原理图，如图3：

3.5 WiFi通信电路

选用ESP8266WiFi模块，该模块使用了3.3V的直流电源，体积小，功耗低，支持透传，丢包现象不严重，而且价格超低；支持AT命令修改rom，直接有AT命令设置大部分参数，同时也能将芯片设置为透传模式，这样ESP8266就相当于是在互联网和UART之间有了通讯桥梁。WiFi原理图，如图4：

3.6 液晶显示

OLED选0.96Inch3.3V供电并且与CC2530通信方式为I2C，主要用在网关显示节点的传感器检测到的温湿度数据。

3.7 浇花控制电路

CC2530控制是否浇花主要通过继电器去控制水泵，CC2530IO输出高低电平，当输出高电平时水泵浇水，低电平时停止浇水，原理图，如图5：

3.8指示灯按键

LED灯及按键，LED灯主要由电源显示灯和功能显示灯，按键主要分为功能按键及复位按键，功能按键用来设置土壤温湿度阈值。

3.9 ZigBee选择星型拓扑

星型拓扑是一种简单的拓扑形式，其有一个协调器节点和一系列的终端节点。并且其终端节点也只能和协调器节点进行通讯，而不能和终端节点相互通信。在两个终端节点之间进行通讯，就必须要通过协调器节点来对信息进行转发。网络通信1图，如图6：

4 系统软件设计

系统软件设计包括路由器和终结点程序，其中终结点主要和路由器组网，实现由传感器数据采集、处理，上传至路由器和控制水泵是否浇花。路由器主要实现收集终结点的采集的数据，处理上传至安卓APP、和显示到液晶显示器上。终结点的软件流程图：如图7所示；路由器的软件流程图：如图8所示：

5 结论

本设计基于ZigBee无线传感网实时进行数据采集、组网、数据传输、数据处理等，设计思路还可以应用在大棚自动灌溉系统、夏天花园草坪浇水等。最后，希望这个基于物联网的智能浇花系统可以得到广泛地应用，之后，将不断升级其功能和性能，望系统能用到更多的领域中去，比如农业系统，提高农产率，减少人员开销，希望能使之成为一款能够吸引大多数人目光的产品。

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