基于互联网的智能浇花系统

何伟 乔意凡 程万杰 杨宇航 刘涛 西北民族大学 软件工程专业 甘肃省 兰州市 730000

关键字：单片机 互联网技术 智能浇水 绿植

1 研究意义

目前市场上的自动浇花器的功能正在不断完善，在国内比较流行的是玻璃和陶瓷制作而成的纯物理浇花器。这种类型的自动浇花器由自身材质的物理结构构成，根据器皿的物理原理完成自动浇灌。因为是通过物理原理自动渗透，这样就可能会导致很大程度的误差，从而造成绿植不能很好的生长甚至是死亡。

本项目设计了一款智能浇花系统，使用土壤湿度传感器对土壤进行实时监测，同时传送相关数据到用户移动设备，实现了智能浇水和能够根据实际情况设定完成手动控制浇水这两种功能。这仅解决了绿植无人照料容易枯死的问题，也增加了用户的体验性和趣味性。同时，我们将单片机作为主要模块，近年来单片机的应用已经十分广泛，具有集成度高、体积小、可靠性高的特点，深受各行各业的青睐，这为我们系统的实现提供了可靠的支撑。

2 系统总体设计

自动浇花系统是利用单片机为核心来实现的。自动浇花系统的湿度检测电路是利用土壤进行设置，手动灌溉系统由用户根据植物实时情况发送指令到继电器以控制水泵浇灌。自动浇花系统的硬件电路由单片机系统电路、电源的电路、湿度传感器电路、继电器、水泵系统共同构成的；自动灌溉系统的软件程序选用高级语言编程,主要分为数据发送和接收模块与互联网模块。数据处理的原理是将湿度传感器收集到的电信号转换为与之相对应的湿度值，利用板载WIFI实现数据的发送和接收。互联网模块是用户提前配置好系统后，可以自由查看绿植状态和远程控制浇花系统。绿植浇水系统灵活可靠并且操作简单，最重要的是可实现。

2.1 系统软件部分

在智能化供水系统软件的设计中，采用了结构化和模块化的方法，方便了功能的扩展。系统总结构图如图2.4。主要包括以下几个模块。

图2.4 系统总结构图

2.1.1 湿度采集模块

自动浇水系统运行时，首先进行初始化，得到设定的湿度值。湿度采集模块主要包括芯片初始化、写入段操作、字节读取和湿度采集。芯片的读写字节和初始化程序按照器件手册工作协议时序编写，初始化程序检测总线是否存在对应器件，读写时序要注意采样时间。湿度采集程序设计主要包括湿度检测模块的初始化，启动湿度转换和读取寄存器的程序设计，读取时先读取低字节，再读取高字节，最后返回湿度值。经过处理之后，将相关信息发送到互联网进行实时更新；同时主循环判断当前环境的湿度值，对比当前的土壤湿度值是否低于设定值，若低于设定值，继电器就会驱动水泵进行抽水灌溉；若高于设定值，则不用工作。

2.1.2 数据发送和接收模块

为了让用户能够对路由器信息进行配置，芯片会广播一个WIFI热点。用户连接后，就可以配置好路由器信息。为了省电，数据传输模块会定期休眠。当系统定期唤醒时，它会自动连接到路由器并与Internet服务器交互。

在浇花系统将电信号转换为土壤对应湿度后，利用硬件的WIFI模块连接上用户提前配置好的网络，并将当前土壤湿度、最近一次浇水时间、日期等信息上传到互联网服务器进行存储。

在用户的数据接收部分，用户访问指定网址后，配合与硬件绑定的账号进行登陆操作。实现相应的网页远程查看，即用户可以通过网页查看相应的绿色植物数据。这样用户即使不在绿植旁边，也能时刻了解到植物的情况。

2.1.3 互联网模块

互联网模块主要是由云服务器构成，将浇花系统传输的绿植状态信息进行存储，同时将用户的指令信息进行缓存。为了让用户能够远程控制智能浇花系统，通过用户端和服务器端的网络通信交互，即通过控制网页端的开关按钮，可将指令传递云端进行缓存，每次系统唤醒后,都会获取互联网服务的缓存命令。因此，用户访问指定网址后，输入命令后，就可以控制硬件端继电器模块最终实现远程控制，从而增加用户的体验度和趣味性。

在绿植状态信息的存储部分，互联网服务器在接收到信息后会将湿度与数据收集部分所得到的阈值进行对比。从而得出绿植现在的生长环境情况，湿度百分比是否合理，是否可浇水等结论。用户在登陆指定网页后，即可查看相关结论，根据提示决定是否浇水或者是等待湿度低于阈值后系统自动浇水。

在用户指令信息缓存部分，我们会根据算法进行分析，从而判断用户的指令是否合理。如果用户输入不相关指令，则会给出提示，并不会对指令进行缓存。只有当用户输入相关指令并且指令与当前绿植情况不冲突时，才会将用户的指令进行缓存。

唤醒后，绿植浇水系统的数据模块将连接到已配置的网络，然后自动从互联网服务器获取命令。在执行命令前，首先判断该指令的唯一编码是否与硬件部分的编码一致，避免用户种养多株绿植时出现指令混乱的情况。然后会获取当前时间与指令时间进行对比，结合最后一次浇水时间判断出该指令是否执行。

3 本项目的特色与创新点

(1）该智能浇花系统与互联网进行紧密结合，摈弃了传统浇花器的纯物理模式。提高用户体验度，增加种养绿植的趣味性。让用户即使出门在外，也能查看绿植情况。

(2）用户可以远程控制智能浇花系统，解决用户由于各种原因不能及时地为绿色植物补充水分及养料的问题，让用户时刻体验种养绿植的乐趣。

(3）相比传统物理浇花器，能够精准的控制浇水量和浇水的最佳时间。

(4）系统所需硬件部分已经发展的足够成熟，为系统的实现奠定了扎实的基础。

(5）系统占地小，使用方便，易维护，便于推广。

目前在国内比较流行的是玻璃和陶瓷制作而成的纯物理浇花器和自动定时浇花器。这两种浇花器都有其明显的缺点。纯物理浇花器利用渗透原理进行浇花，这大大降低的浇水量的精确度，浇水时间也得不到控制。而定时浇花器因为是固定时间浇花，无法根据环境的具体情况，土壤的具体湿度进行浇水。所以我们的智能浇花系统不仅解决了传统浇花器的缺点，而且增加了互联网模块，让用户即使外出也能开心的种养绿植。