基于ESP8266的智能盆栽控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、    基于esp8266的智能盆栽控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)    曹靜唐冰釗蓋曉華摘要：本文設(shè)計(jì)了一款智能盆栽控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以檢測盆栽的生長環(huán)境信息，自動(dòng)控溫控濕，補(bǔ)充光照。系統(tǒng)分為設(shè)備端和客戶端兩部分，設(shè)備端以esp8266為主控芯片，通過檢測ds18b20測溫傳感器、電容式土壤測濕傳感器、bh1705光照傳感器采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)，控制風(fēng)扇、電熱絲、水泵和補(bǔ)光燈等執(zhí)行元件工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫、控濕，補(bǔ)充光照;客戶端設(shè)計(jì)了微信小程序，使用阿里云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與設(shè)備端的通訊，用戶可以通過手機(jī)監(jiān)測植物的生長環(huán)境信息，并進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了盆栽的智能管理。關(guān)鍵詞：盆栽管理;溫度控

2、制;濕度控制;物聯(lián)網(wǎng)引言為適應(yīng)健康生活的潮流，越來越多的人選擇在家里和辦公場所種植綠色盆栽植物，這不僅是一種樂趣，讓生活更加豐富，同時(shí)綠植能夠凈化空氣，有益身心健康。植物的健康生長離不開適宜的溫度、濕度以及光照，但隨著生活節(jié)奏的加快，很多人因無暇照顧而導(dǎo)致綠植枯萎致死。因此，為了讓花草得到悉心照顧，設(shè)計(jì)一款能自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)光澆水的智能花盆有一定的實(shí)用價(jià)值。1 總體方案設(shè)計(jì)智能盆栽控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為設(shè)備端和客戶端兩大部分。設(shè)備端主要完成數(shù)據(jù)的采集、處理和發(fā)送功能：通過主控制器接收傳感器采集到的溫度、濕度、光照等環(huán)境信息，控制相關(guān)執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)對溫度、濕度、光照強(qiáng)度的控制。同時(shí)借助互聯(lián)網(wǎng)，將設(shè)備端采集的

3、數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器，再將其發(fā)送到客戶端用戶設(shè)備端，供用戶訪問，確保用戶在聯(lián)網(wǎng)條件下可隨時(shí)隨地獲取盆栽植物生長環(huán)境信息。設(shè)計(jì)方案如圖1所示。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)esp8266是一款具備32位tensilica處理器的聯(lián)網(wǎng)功能且集成度高、功耗低的wifi模塊，可以構(gòu)建獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)控制器。選用可以實(shí)現(xiàn)控制功能的esp8266 wifi模塊作為系統(tǒng)的控制器，既能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，又比采用獨(dú)立控制器+wifi模塊的常規(guī)模式降低了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。系統(tǒng)的硬件電路分為主控、電源、檢測和控制電路四部分。下面著重介紹檢測電路、控制電路兩部分。2.1檢測電路2.1.1溫度傳感模塊溫度檢測裝置選擇常用的數(shù)字溫度

4、傳感器ds18b20，其輸出的是數(shù)字信號(hào)，檢測范圍是-55+125，固有測溫誤差1。ds18b20的數(shù)據(jù)端dq接到主控板的d3引腳上用于數(shù)據(jù)傳輸，電源引腳vdd外接3.3v直流電源，gnd接地。2.1.2濕度檢測模塊土壤濕度的測量選用電容式土壤濕度傳感器，工作電壓3.35.5v，輸出電壓03v。檢測法是電容感應(yīng)原理，解決了電阻式傳感器容易被腐蝕的問題，工作壽命更長。電容式土壤濕度傳感器的三個(gè)引腳分別是gnd接地端，vdd電源引腳和dq數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。電容式土壤濕度傳感器是ad采集方式。2.1.3光照檢測模塊光照傳感器選用bh1750fvi，檢測范圍在1到65535 lx之間，光照檢測電路如圖

5、2所示。bh1750fvi共有五個(gè)引腳，分別是接地端gnd，iic地址引腳addr，iic總線數(shù)據(jù)線sda，iic總線時(shí)鐘線scl，電源引腳vcc。設(shè)計(jì)中bh1705采集光照協(xié)議是iic，將sda數(shù)據(jù)線和scl時(shí)鐘線分別接在主控的d1和d2，vcc外接3.3v直流電源，gnd接地，不使用addr引腳，將其接地。2.2控制電路模塊控制電路部分使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)板分別控制風(fēng)扇、電熱絲、水泵和補(bǔ)光燈?？刂颇K電路圖如圖3所示。為簡化電路，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)板輸入端口的所有接地端連接共同接地。電機(jī)驅(qū)動(dòng)板a+、b+、c+、d+端分別接主控板的d5d8引腳，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出pwm信號(hào)控制執(zhí)行裝置的通斷。3 系統(tǒng)軟件設(shè)

6、計(jì)3.1設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)軟件編譯環(huán)境選擇便捷靈活的arduino，設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。3.2用戶端軟件設(shè)計(jì)設(shè)備端程序編寫采用c語言，而微信端是java編程，二者在阿里云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)存在一些不兼容，為解決這一問題，需選用一種高效的策略統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，先將不同格式的編程語言進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一，再進(jìn)行優(yōu)化。本設(shè)計(jì)采用了json數(shù)據(jù)交換格式。json數(shù)據(jù)格式簡單，易于讀寫、解析和編寫，且都是壓縮格式，占用帶寬小，支持c ， java等多種語言。設(shè)計(jì)中基于json數(shù)據(jù)格式開發(fā)了一款編程語言標(biāo)準(zhǔn)化工具，能夠?qū)⒉煌木幊陶Z言設(shè)統(tǒng)一導(dǎo)出為json格式，便于自動(dòng)分析對比，提高策略梳理效率和準(zhǔn)確性。4 物

7、聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸通過阿里云平臺(tái)完成esp設(shè)備端與微信用戶端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)依據(jù)為：阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，對每個(gè)設(shè)備定義兩個(gè)分別用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的地址topic。云服務(wù)器平臺(tái)通過topic接受設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)或向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，不同topic之間的數(shù)據(jù)傳遞通過云服務(wù)器內(nèi)部云產(chǎn)品流程進(jìn)行傳遞。設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸如圖5所示。5 測試與分析系統(tǒng)測試主要包括三個(gè)方面：（1）esp設(shè)備端通過阿里云服務(wù)器能否將溫度、濕度、光照的檢測值準(zhǔn)確無誤地發(fā)送到微信用戶端;（2）微信用戶端通過阿里云服務(wù)器能否將溫度、濕度、光照的設(shè)定值發(fā)送到esp設(shè)備端。（3）當(dāng)esp設(shè)備端接收到用戶命令及現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，能否控制執(zhí)行裝置

8、及時(shí)動(dòng)作，使溫度、濕度和光照快速到達(dá)設(shè)定值。5.1微信用戶端接收數(shù)據(jù)測試開啟設(shè)備，傳感器開始檢測當(dāng)前溫、濕度和光照，每2s采集一次，并發(fā)送給阿里云服務(wù)器，再由阿里云服務(wù)器發(fā)送給微信端，測試結(jié)果是，云端和微信端均可接收到當(dāng)前值，數(shù)據(jù)一致且正常顯示，效果符合預(yù)期，測設(shè)結(jié)果如圖6所示。5.2 esp設(shè)備端接收命令測試通過微信端設(shè)置的滑動(dòng)條改變溫度、濕度、光照的設(shè)定值，例如設(shè)置溫度16，濕度44%rh，光照415%lx，通過阿里云將設(shè)定值發(fā)送給esp設(shè)備端， esp接收到的設(shè)定值通過串口發(fā)送到電腦串口調(diào)試窗口進(jìn)行顯示。測試結(jié)果為設(shè)備端可以準(zhǔn)確快速地接收到微信端發(fā)送的設(shè)定值。5.3 esp設(shè)備端控制測試

9、微信用戶端向esp設(shè)備端發(fā)送光照設(shè)定值，設(shè)定為600lx。如圖7所示，測試結(jié)果為執(zhí)行裝置能夠快速動(dòng)作，用戶端接收到的現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)能夠迅速到達(dá)設(shè)定值。6 結(jié)論通過搭建智能盆栽的硬件模型，進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及控制效果的測試，系統(tǒng)設(shè)備端和用戶端各項(xiàng)功能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了盆栽環(huán)境的智能控制，有一定的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1涂穎，劉葉林，李剛.基于stm32智能盆栽遠(yuǎn)程補(bǔ)光澆水設(shè)計(jì)j.電子制作，2018（13）：26-28.2王薇，祖靜，張瑜.簡易自動(dòng)澆花機(jī)的設(shè)計(jì)j.電子測試，2011（6）：106-109.3李升紅.基于stm32和wifi技術(shù)的家居盆栽植物智能監(jiān)控系統(tǒng)d.武漢輕工大學(xué)，2018.4劉博.基于bh1750光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)j.河南科技，2016：（13）：27-28.5韓國龍，王偉等.防火墻策略梳理與優(yōu)化辦法研究j.電力信息與通信技術(shù)，2018，16（6）：31-35.6許珂，楊旭東，范玉強(qiáng).一種基于json的防火墻策略標(biāo)準(zhǔn)化及優(yōu)化辦法j.電力信息與通信技術(shù)，2020，18（02）：42-48.7鮑軍民.mqtt協(xié)議與阿里云的紡機(jī)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2020，20（4）：32-35