智能盆栽系统的设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 智能盆栽系统的设计 【摘 要】本文提出的基于互联 网技术的智能盆栽系统，由储水箱、滴 灌管道、电磁阀、显示屏、单片机、湿 度盐分传感器、温度传感器、WiFi 模 块等构成，最后与互联网技术相结合， 可以通过手机上相应的 APP 软件，时 刻查看盆栽生长情况，并且能够时时检 测盆栽周围的温度、湿度和盐分等数据， 进行有效调节来适应盆栽的生长情况。 中国论文网 /8/view-12933549.htm 【关键词】系统功能设计；结构 设计；控制系统设计 0 引言 据调研结果及资料显示，目前市 面上常见的盆栽种类主要有普通盆栽、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 懒人盆栽、太阳灯培育盆栽。普通盆栽 价格便宜，但不具备有其他功能，底部 带排水孔，直接排走多余水分，水资源 利用程度低，且需要人工定时浇水；懒 人盆栽是一种带储水功能的盆栽，但是 用棉线供水，容易造成土层湿度过大， 花草溺死烂根，同时此种盆栽不具备实 时监测植物生长状况的功能；太阳灯培 育盆栽是市面上价格较高的一种盆栽， 多用于植物种子发芽培育，补光以增加 存活率，其具有浇水提醒功能，但不能 实现自动给水。市面上的智能盆栽市场 仍存在空缺，没有一款价格适宜的集成 智能监控、智能补水功能同时能利用多 余水分重复浇灌的智能盆栽系统，基于 此，我们提出了一种智能盆栽系统，与 传统盆栽种植技术相比，具有以下优势： 1）节水滴灌，防止浪费；2）储存多余 水分，重复利用；3）精确监控湿度温 度肥力，通过 app 反馈植物健康程度 1 系统功能设计 该作品主要研究内容是设计一种 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 新型智能盆栽系统，可以解决现有过度 浇水浪费，植物吸水烂根，用户忘记浇 水导致植物枯死等问题，还可根据经验 在 APP 中选择种植方案，实时反馈植 物生长状况等，适应不同的作物，能够 很好地弥补传统盆栽种植方式的不足， 达到节水节省人力的目的。 为解决现有盆栽存在的过度浇水 浪费，植物根部长时间浸泡易腐烂等问 题以及用户需要定时浇水的麻烦，本作 品“智能盆栽系统 ”能给植物提供最佳的 生存环境。并在以上功能基础上，通过 温湿度和盐碱度传感器实现对土壤环境 的有效监控，收集雨水并通过手机 APP 与单片机控制器相结合实现对土壤的自 动排水、浇水，从而实现对整个盆栽系 统的智能化调节。同时通过 Wi-Fi 模块 将植物生长状况实时传输到终端，供用 户查看。 根据功能需要其设计要求为： 1）外盆栽能有效收集过多的雨水，同 时水量大时能及时将多余的水排出； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 2）单片机系统能通过采集盆栽环境数 据对浇水量进行控制；3）为方便远程 控制，需要将盆栽系统数据实时传出至 终端供用户查看。 为此，根据设计要求，将本作品 分为结构设计和智能控制两大模块。其 中结构设计要充分考虑到对雨水的收集、 雨水的重复利用、和灌溉方式，我们采 取了内外花盆、新型滴灌设计。智能控 制要考虑土壤的环境参数以及其相应的 检测方式，获取目标参数后要利用电磁 阀等装置对盆栽进行智能调控。我们采 用了以 STC89C52 单片机为核心的控制 模块进行智能调控。 实际使用时，还可根据需求对本 盆栽进行重新组合，实现不同的功能。 其主要使用方式如下： 1）家庭种植使用，家庭使用数 量有限，且种植植物种类各异，可全部 使用带完整功能的本盆栽，同时利用手 机 APP 向用户实时传输每一株植物的 生长状况； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 2）植物培育基地或科研基地使 用，在植物培育基地一般种植相同种类 植株几株，其可种植在几个盆栽内共用 一个检测模块以降低成本。同时科研所 需各项参数可通过本盆栽自带的检测系 统来读取，更加方便。也可通过人机交 互界面或远程终端调控盆栽环境，来满 足科研要求； 3）公路绿化带上的使用，考虑 到同一条绿化带上植物种类基本一致， 对土壤要求相似，同时公路上绿化带串 联，土壤所处环境也相似，故可采取设 置一个带检测模块的本盆栽利用同一根 浇水管道串联多个不带控制的本盆栽， 在保证实现相同功能的前提下节省能源， 降低成本。同时可通过 APP 向有关绿 化部门报告该条公路上绿化带情况。 2 结构设计 智能盆栽系统结构部分由内盆栽、 外盆栽和滴灌管道三部分组成。内盆栽 设置泥土层与保水层，外盆栽设有储水 腔，用以储存从内盆栽流下来的水；滴 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 灌管道可通过电磁阀调节进水大小，滴 灌管深插入土壤中，可实现对土壤不同 高度的滴灌，是土壤湿度更加均匀。电 磁阀连接进水管道，实现自给补水；同 时，通过温湿度传感器的实时监测，由 信号控制系统工作，实现智能按需喷灌。 系统中盆栽设计分为两种，即带 智能控制的盆栽与不带智能控制的盆栽， 其大w 设计相同，区别在于水量控制 结构设计，智能控制盆栽安装电磁阀， 与其后级相连接的不带智能控制的盆栽 仅具有进水口，而不具有电磁阀，从而 可实现一机控制，整体控制的效果。 2.1 双层盆栽设计 2.1.1 外盆栽结构设计 外盆栽设置储水槽与排水口，当 有雨水或者有多余的浇灌水从盆栽上部 流入时暂时储存在下层的集水槽中，当 水持续积攒时，则当水位到达排水口高 度时，水从排水口处流出，避免过多积 攒的水分把植物根部泡烂。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 2.1.2 内盆栽结构设计 内盆栽分为两层，上层为泥土层， 下层为保水花泥层，花泥伸入内盆栽底 部，从而能够较好的实现吸水，滴灌管 道插入泥土层中，其目的是为了保证出 水的平缓和使水能更好地被泥土所吸收。 2.2 水量控制结构设计 水量控制结构由两部分组成：输 水管道与电磁阀，当盆栽环境监测传来 信号表示需要进行浇灌时，电磁阀打开， 水流进入盆栽内部的滴灌管道当中。外 部输水管道采用串联设计，当有多组盆 栽时，可由一套系统共同控制，从而减 少阀门的使用数量和管道布置的复杂程 度，节约成本。 2.3 改进滴灌模块 滴灌模块外置于盆栽外，铺设管 道麻烦，且实际应用中比较麻烦，需要 手动调节水滴流速，且水滴滴在泥土表 面，水分容易蒸发，不便被土壤所吸收， 基于此我们设计了滴管模块，其于水量 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 控制结构中的外输水管通过电磁阀相连 接，由电磁阀即可以调节水流速度，水 流进铺设在土壤内部的管道后，流入多 孔滴灌管，再通过各个孔洞中滴入泥土 层中，此举可保证水分被泥土所均匀吸 收，使土壤湿度保持均匀，同时避免滴 灌管外露，减少了安装成本，既省水省 力，又美观大方。 3 控制系统 设计 3.1 整体方案设计 采用 STC89C52 单片机为控制核 心，该部分主要包括显示屏、单片机、 湿度盐分传感器、温度传感器、WiFi 模块、电磁阀等。为满足盆栽种植需求， 结合智能 app 实时反馈数据，实现盆栽 的自动灌溉，采用温湿度传感器模块对 盆栽的土壤湿度进行实时检测，把监测 到的湿度值与设定湿度（土壤所适合的 水分下限值）进行比较，当低于设定的 湿度值时，则启动系统进行灌溉。本系 统可实现按需灌溉，无需人工操作，节 省人力，同时相对于现有的棉线吸水方 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 式，更避免了植物烂根现象。 其外部电路结构简单紧凑，放置 于外置原件盒中，采用防水密封设计， 避免外部电路受雨水侵蚀，同时按作品 实际需求估算，本作品所需的能耗较低， 功率约为 2025W ，且其实际工作时间 （开闭电磁阀）较短，其供电方式可采 用锂电池供电，亦可再后续的设计中增 加小型太阳能板供电模块，其供电能力 符合本作品需求。 在实际使用中，组合盆栽系统中， 仅需要一台主控盆栽，其他联动控制的 盆栽均收主控盆栽的集中控制，其具有 省电、减少系统错误、便于检修等特点。 开机上电后进行初始化设置，依 据作物实际种植情况，通过手机 app 选 择植物种类，种植土类等情况，系统自 动设定参数值，包括温度 t 及设定湿度 值 m，肥力 s 等。 3.2 监测模块 监测模块由 MEC-10 湿度盐分二 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 合一传感器、光度传感器、温度传感器 和信号处理电路构成，温湿度传感器能 实时监测土壤中的温湿度值，通过信号 处理电路将模拟信号转换为数字信号， 再经由单片机与预设的湿度值进行比较， 当测定的湿度低于设定湿度，系统开始 工作，从而实现按需喷灌。土壤肥力可 由盐分传感器检测，再储存于单片机当 中，使用户实时关注土壤肥力。 3.3 显示及 WiFi 交互模块 通过 APP 设定植物的种植品种， 由 APP 查找数据库，自动设置该品种 所适宜的种植环境并通过无线网络反馈 到检测模块中，检测模块实时监测土壤 中的湿度环境，用以确定是否需补水而 打开自动滴灌模块，避免吸水过多导致 的烂根现象等，同时检测模块也能实时 反馈光照度及肥力等信息，反馈到 APP 上，由屏