基于家居智能服务体系的植物养护者

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　　【摘 要】随着Internet、大数据以及5G技术的发展，智能化、自主化设备将成为智能家居的重要组成，满足人们对舒适、高效、便捷家居生活的追求。为创造一个更加便捷、智能、自由的家居生活，智能家居设备有着广阔的应用前景，在不久的將来并将引发新一轮的革命，论文主要介绍了一种基于家居智能服务体系的植物养护者。
　　【Abstract】With the development of internet， big data and 5G technology， intelligent and autonomous devices will become an important component of smart home to meet people's pursuit of comfortable， efficient and convenient home life. In order to create a more convenient， intelligent and free home life， smart home appliances have broad application prospects and will bring a new round of revolution in the near future. The paper mainly introduces a kind of plants caregivers that based on the intelligent server system of household.
　　【关键词】物联网；5G；智能家居；分布式组网；无线通信
　　【Keywords】 internet of things； 5G； smart home； distributed networking； wireless communication
　　【中图分类号】TP311 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）03-0129-02
　　1 引言
　　如今社会生活节奏加快，一场说走就走的旅行成为新一代年轻人的主潮流，但是一些烦琐的事物往往牵绊了人们的双脚，如浇花、养鱼等。为了解绑现代人的双脚，满足人们对旅行的需求，增加人们生活的乐趣，智能家居便应运而生，智能浇花系统不仅能够帮助人们解决按时浇花的问题，还有效地促进了家养植物的茁壮生长。
　　2 浇花系统的设计与实现
　　本系统由硬件系统和软件系统组成，硬件部分包括一个STM32主控中心、两个STM32智能终端控制器、Arduino小车驱动系统、Wi-Fi无线传输模块以及多种传感器。
　　湿度传感器将采集到的湿度数据传输到STM32终端控制器，通过Wi-Fi模块将湿度数据传给STM32主控中心，如果湿度值低于设定值，就向浇水小车发送浇水信号。小车上的液位传感器会实时监测水箱水位，并与终端同步，若水位较低则启动小车至水阀处请求加水，若水量充足则直接至植物处浇水。当土壤湿度满足要求时，主控模块发送停止浇水信号，小车关闭水阀，并返回原地。
　　整个系统由6个模块构成，分别为：程序下载与在线调试端口模块、电源及其输入输出接口模块、STM32串口模块、定时器中断（通用定时器）模块、STM32的ADC模块和三种传感器元件。它们以STM32f103开发板为中心，以Wi-Fi232模块为信号交换中心，实现不同的功能。
　　3 软件设计与流程
　　3.1土壤观测节点湿度监测
　　当土壤传感器感受到土壤干湿度的变化时，通过AD转换出的电位的变化经ARM控制板与预设的电压阀值作比较，监测值低于阀值时，控制板发送信号到Wi-Fi模块，通过简易通信协议向主控单元模块发送浇水信号。
　　3.2 “护花使者”液位监测节点和运载
　　节点接收到主控单元模块发送的浇水请求信号后，ARM控制板则将液位传感器传送的数字信号与预先设定的阀值对比。若液位的电位信号高于阀值则发送启动信号给Arduino板，开启电机驱动，通过红外循迹指示小车将水运输到花盆处。到达目的地，关闭电机。接着发送浇灌信号控制水阀以滴灌的方式予以浇水。若液位的信号低于阀值则向Ardunio板发送缺水信号和启动信号，开启电机驱动，指示小车开往加水处。到达加水处之后，小车的ARM控制板通过简易传输协议向主控单元模块发送加水信号。
　　3.3 主控单元模块接收和发布信号
　　主控单元模块设置在加水处，从启动程序开始，便一直请求和接收土壤湿度数据并通过I/O口发送至LCD屏予以实时显示土壤湿度情况。当主控单元接收到请求信号后，通过ARM控制板进行湿度与阀值的比较，若湿度低于阀值则向液位监测节点发布浇水信号，同时请求小车水箱的液位数据。接收到的液位信号低于预设阀值时，向液位监测节点发布加水信号。若主控单元模块收到液位监测节点发送的加水信号则打开水阀，予以加水。此时，假如收到小车Wi-Fi模块发送来的停止加水信号，则关闭水阀，再次等待土壤湿度数据。
　　4 调试与误差分析
　　为了小车能够正确循迹到达盆栽处，需要不断搜集和更新轨道信息。在此次设计中，采用了红外感应作为循迹元件。因为它利用的是红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应而转化为电信号，为了避免信号发生误读，所以在多次测试之后，选择色差最大的黑白作为轨迹来使红外传感器识别，最终使小车能够较为准确地循迹运水。
　　5 结论
　　基于无线网络的家庭植物看护者，是以家庭园艺养护为前提的研究，具有较强的应用性。为了突出监控信息无线传输、满足全方位向光性需求和全自动智能补给水的三大特点，相关研究人员对基于无线网络的家庭植物看护者的硬件部分，包括采集端、控制端、网关三个部分进行了相应的设计。首先在嵌入式处理器的基础上扩展了土壤传感器、液位传感器、红外传感器，充分满足系统的信息采集要求；扩展了无线Wi-Fi模块，在物理层面上扩大了控制范围，更具简易性。另外加入自主设计的简单协议，避免了信息同时传输的冲突；扩展RS232口，下载程序用于调试。扩展了LCD辅助显示系统接口，可以轻松地进行图像、文字显示。
　　本作品基于STM32和Arduino板为控制平台实现了监测、控制、空间运载等功能，通过Wi-Fi定义控制节点并提供了可靠的分布式网络，以实现与室内的家居智能电子设备的信息交互。在家居看护网络控制系统的实时控制之下，通过软件及硬件相应的执行机制，对所有连接到智能看护网络上的各种设备实现监测和控制。整个设计以无线通讯作为控制方式、嵌入式系统来实现智能家居系统软、硬件的裁剪以及扩展，为人们实现便捷的、舒适的、网络化的生活提供了有效的解决方案。
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