引 言

隨著社會(huì)的發(fā)展，室內(nèi)花草種植越來越受到人們的喜愛。智能植物養(yǎng)護(hù)裝置作為智能家居的一部分，已成為備受喜愛的新型家居商品之一。但是現(xiàn)有技術(shù)大多停留在對(duì)花盆自動(dòng)補(bǔ)水階段，功能單一，不能自動(dòng)補(bǔ)光，也無法獲取植物當(dāng)前的生長狀態(tài)。

本設(shè)計(jì)通過藍(lán)牙裝置實(shí)現(xiàn)與手機(jī)客戶端的通信，用戶可在移動(dòng)終端自主選擇智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。此系統(tǒng)解決了用戶因忙碌無法照看栽種植物帶來的不便，可廣范應(yīng)用于家居生活中。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

該裝置由花盆容體、控制系統(tǒng)、Android 端、供水裝置、溫濕度傳感器及光強(qiáng)傳感器組成，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。花盆容體底部裝有托盤，托盤與底盤通過法蘭聯(lián)軸器連接。當(dāng)光強(qiáng)傳感器檢測(cè)到的光照強(qiáng)度大于用戶設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)中的電機(jī)模塊驅(qū)動(dòng)底盤旋轉(zhuǎn)，底盤帶動(dòng)整個(gè)花盆旋轉(zhuǎn)，使植物能夠均勻接受光照，確保植物充分地進(jìn)行光合作用。埋在土壤中的濕度傳感器檢測(cè)濕度小于用戶設(shè)定值時(shí)，水泵繼電器閉合，啟動(dòng)水泵澆水。此外，通過藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)花盆本體與上位機(jī) Android 端 APP 的通信，可將單片機(jī)監(jiān)測(cè)到的溫度、濕度、光照信息實(shí)時(shí)發(fā)送到手機(jī)客戶端，方便用戶掌握植物生長狀況。此外，APP 還具有拍照識(shí)別功能，通過花、果、葉等特征部位圖片，快速識(shí)別植物花卉，獲取植物百科信息， 包括植物的名稱、介紹、相關(guān)詩詞、價(jià)值功用、花語寓意、分布地區(qū)、養(yǎng)護(hù)技術(shù)、表型特征及花開時(shí)節(jié)等信息，增加養(yǎng)護(hù)植物的趣味性。

2 軟硬件設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

整體功能模塊包括上位機(jī)模塊、下位機(jī)模塊，上位機(jī)即手機(jī)端，下位機(jī)為花盆端。整體控制方案如圖 2 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 硬件模塊設(shè)計(jì)

智能花盆的下位機(jī)核心為單片機(jī) STC89C52， 可讀取DS18B20 溫度傳感器、BH1750FVI 數(shù)字環(huán)境光傳感器及土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)，其還與電機(jī)、水泵繼電器相連，可自動(dòng)根據(jù)溫濕度、光照、土壤濕度的數(shù)據(jù)做出加水、調(diào)整角度旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作。

通過手機(jī) APP 可實(shí)時(shí)查看智能花盆綠植的生長狀態(tài)。每次獲得傳感器數(shù)據(jù)后，回傳上位機(jī)并顯示在 APP上。手機(jī)客戶端和智能花盆通過藍(lán)牙連接，智能花盆硬件部分主要由單片機(jī)、電源模塊、電機(jī)和傳感器模塊等組成。

2.2 溫度檢測(cè)模塊

DS18B20 溫度傳感器是一款溫度復(fù)合傳感器，采用單總線的接口方式與微處理器連接，僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通信。

2.3 濕度檢測(cè)模塊

濕度檢測(cè)模塊采用 YL-69 濕度傳感器，其數(shù)字量輸出可直接與單片機(jī)相連，通過單片機(jī)檢測(cè)高低電平來檢測(cè)土壤濕度，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定濕度時(shí)，自動(dòng)澆水。

2.4 光強(qiáng)檢測(cè)模塊

采用GY-30 數(shù)字光照傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境光照強(qiáng)度，調(diào)節(jié)靈敏度電位器改變光強(qiáng)閾值。采用I2C 通信，供電電壓范圍為 3 ～ 5 V， 光照度范圍為 0 ～ 65 535 Lx， 傳感器內(nèi)置16 b A/D 轉(zhuǎn)換器。

2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

采用 ULN2003芯片驅(qū)動(dòng) 12V五線四相步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電路利用繼電器控制交流電機(jī)帶動(dòng)托盤轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)由光照強(qiáng)度決定。當(dāng)光照強(qiáng)度大于設(shè)定閾值時(shí)，單片機(jī)控制繼電器常閉觸點(diǎn)接通，交流電機(jī)通電帶動(dòng)托盤旋轉(zhuǎn) ；光強(qiáng)較弱時(shí)， 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.6 電源模塊

電源由 8 節(jié) 1.5 V 電池或通過 220 V 的 AC/DC 適配器轉(zhuǎn)化為 12 V 的交流電源組成，通過電源模塊將 12 V 電源轉(zhuǎn)化為3.3 V 和 5 V 電源給各檢測(cè)模塊供電。

3 軟件模塊設(shè)計(jì)

用戶在手機(jī)端 APP 的主界面上可通過圖片識(shí)別或文字搜索植物。當(dāng)選用圖像識(shí)別時(shí)，調(diào)用阿里云中存放植物圖象識(shí)別資源的API 接口，通過花、果、葉等特征部位圖片，快速識(shí)別植物花卉，增加養(yǎng)護(hù)植物的趣味性 ；選擇文字搜索時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲爬取植物百科網(wǎng)站上的信息，并將提取的相關(guān)信息顯示在手機(jī)上。

手機(jī)端與花盆本體連接成功后，手機(jī)端可接收由設(shè)備提供的花草數(shù)據(jù)及對(duì)智能花盆控制的各種操作。程序流程如圖 3 所示。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)澆水補(bǔ)光的可旋轉(zhuǎn)式智能花盆，具

備APP 實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制的優(yōu)點(diǎn)，解決了現(xiàn)有花盆結(jié)構(gòu)簡單、功能單一及無法實(shí)時(shí)了解植物生長狀態(tài)的問題。藍(lán)牙通信仍然存在位置的局限性，因此還需要在這一領(lǐng)域繼續(xù)探索，使產(chǎn)品更加成熟完善。