基于物联网的智能花盆系统的设计与实现

2022-09-12

目前, 电子商务平台在售的智能花盆种类繁多, 其中大部分都是通过花盆套叠方式实现“自动吸水”式浇水, 但是不能根据绿植实际要求最低湿度进行浇水;还有一部分花盆具有温、湿度传感器, APP能通过读取湿度进行读取, 但是价格不菲, 其中小米花盆是业界中做的比较好的一种产品, 它主要是利用非接触式电容检测探头及检测芯片, 实时监测植物养分、水分的情况, 通过蓝牙连接APP反映植物生长状态, 同时根据花盆上不同的灯光反映电量情况及是否缺水、养分是否充足, 通过已建立的植物数据库可达到根据叶形筛选检索植物的种类, 使植物能够得到细心的照料和实时监测, 但是不能自动浇水。

本文就自动浇水等问题提出了基于物联网技术的智能花盆解决方案, 本智能花盆是一种集盆花土壤湿度检测、自动浇水以及利用NFC技术进行音乐播放于一体的智能花盆。

一、系统需求分析

根据调研发现早在很多年前, 国外就已经开始普及, 而且一些平台上售卖的都是原装进口的, 因此价格昂贵。国内使用的电子类自动浇花器多数从国外进口的, 因此价格不菲;国内已有小米花盆等众多智能花盆耗电量较大, 并且还有大多只能设定一个定时浇水的时间, 很难做到给盆花适时适量浇水;也有一些盆花缺水报警器, 可以提醒人们及时的给盆花浇水, 可是这种报警器只能报警, 浇水还是需要人们亲自动手, 这样当家里无人时, 也起到不到智能作用;至于远程浇水也存在不安全隐患[1]。因此, 在花盆中引入了物联网技术, 通过土壤温湿度传感器对花盆土壤的温湿度以及PH值进行检测, 单片机根据传感器所采集的这些数据, 来判断植物是否需要浇水, 并且通过无线透传功能将数据上传后台服务器, 用户可以通过手机APP了解到花盆的温湿度, 并根据实际情况进行花盆的湿度阈值进行设置, 用户还可以通过APP查看花盆植物的名字和生长环境等[2]。

二、系统设计与实现

根据需求分析, 首先对智能花盆系统进行了硬件环境的设计, 然后再进行基于Android平台的APP设计, 最后实现了整个智能花盆系统。花盆的硬件包括传感器、主板、透传模块和NFC标签以及自动浇水模块和继电器模块。其中传感器包括数字湿度和温度传感器SHT-1、土壤PH值传感器、AT89C51单片机以及电动阀控制器、n RF905无线收发器。由于在设计的时候通信采用了无线透传所以还需要一张电话卡, 用来上传数据使用, 这里无需担心卡费问题, 只用到卡里的流量, 费用较低, 这时需要可以对上传数据的频数进行设置。

在搭建了硬件环境的技术上, 需要对传感器用C语言进行编程并且进行通信协议进行设置。硬件接口为RS232, 属于半双工通讯;波特率115200bps、起始1位、数据8位、停止1位、校验位无。分别对读写寄存器进行设置。分别如表1-表3所示。

其中:为帧起始标志, [CRLF]为帧结束标志, 回车换行 (0DH, 0AH) 。

而对于设备主动发出的实时信息格式为:Q0000111122223333[CRLF], Q表示实时信息标志, 其中0000表示PH值, 1111表示湿度, 2222表示温度, 3333表示光照。根据传感器所采集的这些数据, 以及用户通过手机APP设置湿度最低值来判断植物是否需要浇水。用以达到对不同环境下的不同植物进行科学的、精确的自动动态浇水, 使植物生长在更为适宜的土壤湿度环境中。增加NFC模块, 利用NFC的短距离识别功能, 在花盆上设置NFC芯片, 当没有无线网络时, 将带有NFC功能的手机贴在花盆上, 那么手机上便可显示出植物的相关信息, 还可以通过手机扫描NFC标签, 播放花盆的专属音乐。为了方便用户进行花盆植物所需湿度最小值设计、刷读NFC标签进行播放音乐、查看花盆的土壤信息和种植的绿植信息, 进行了基于Android平台的手机APP设计。为了方便用户, 系统导入了大量植物的养成攻略数据, 同时用户可以根据自己的经验进行设置自己的数据, 并分享给他人。通过手机APP能够设置次数、时间和温湿度最低值, 控制自动浇水;还能对花盆中种植绿植信息进行编辑、分享。因为植物都喜欢音乐, 因此带有NFC功能的手机或者设备靠近花盆, 可以播放预设音乐, 促进植物生长。

三、结束语

将物联网技术引入花盆中, 使得花盆具有智能性, 同时通过手机APP的开发和实现, 用户对智能花盆进行控制, 可以选择手动或者自动模式控制电机及时完成对植物的浇水。智能花盆的设计与实现能够解决人们利用花盆种植绿植室遇到的问题, 节省时间和经理具有一定的应用价值。

摘要：现代家居和办公环境都少不了用花盆种植绿植, 不但因其美丽, 而且绿植还能净化室内空气, 同时还能陶冶情操、丰富生活。但由于人们工作繁忙无暇照顾, 因此开发一款能够自动测试土壤温湿度、PH值以及能自动浇水的基于物联网智能花盆系统是必要的, 系统还能通过NFC技术为绿植播放音乐。本文将分别从智能花盆的硬件搭建和手机APP开发进行阐述。

关键词：智能花盆,物联网,自动浇水