智能花盆設(shè)計(jì)報(bào)告

全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競賽設(shè)計(jì)方案智能花盆管家系統(tǒng)學(xué)校名稱： 遵義師范學(xué)院團(tuán)隊(duì)名稱： 物and悟第一導(dǎo)師： 葛耿育（教師）第二導(dǎo)師： 姓名（職稱）隊(duì)長： 萬榮隊(duì)員1： 張清隊(duì)員2： 況承靜隊(duì)員3： 任炳貴全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競賽組委會(huì)2015年5月誠信承諾申明本參賽隊(duì)全體隊(duì)員及指導(dǎo)教師已認(rèn)真閱讀《全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競賽章程》關(guān)于競賽作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)之全部條款，鄭重申明，在參加全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競賽時(shí)所呈交的競賽作品及作品設(shè)計(jì)文檔均為參賽隊(duì)員在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成。盡本參賽隊(duì)所知，競賽作品及作品設(shè)計(jì)文檔中，除特別加以標(biāo)注的部分外，不存在侵犯第三方知識(shí)產(chǎn)權(quán)的內(nèi)容。競賽作品及作品設(shè)計(jì)文檔并非由參加其他競賽之作品及作品設(shè)計(jì)文檔未經(jīng)改動(dòng)直接參賽；如作品確參加過其他競賽的，本參賽隊(duì)承諾參加本次比賽之作品已經(jīng)過較大改動(dòng)。指導(dǎo)教師簽名：葛耿育日期：2015年5月25日智能花盆管家系統(tǒng)摘要本次設(shè)計(jì)的花盆自動(dòng)澆水系統(tǒng)包括土壤溫濕度、酸堿度的檢測和自動(dòng)向蓄水器加水以及運(yùn)用nRF905無線傳輸模塊傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)app控制功能。土壤溫濕度和酸堿度的檢測以數(shù)字溫濕度傳感器SHT-11和土壤PH值檢測傳感器A-H311-AS002-T為感應(yīng)部件，與ADC0809相連接配合兩個(gè)電位器作為感應(yīng)電路，將采集到的土壤溫濕度值和酸堿度值送入AT89C51單片機(jī)，在AT89C51單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后通過nRF905無線傳輸模塊發(fā)出具體操作指令。自動(dòng)澆水設(shè)計(jì)為智能和手動(dòng)兩個(gè)部分，智能澆水部分是通過AT89C51單片機(jī)程序設(shè)定澆水的上下限值與檢測到送入AT89C51單片機(jī)的數(shù)值相比較，當(dāng)?shù)陀谙孪迺r(shí)，AT89C51單片機(jī)輸出一個(gè)信號(hào)控制電磁閥打開，開始澆水，高于上限時(shí)再由AT89C51單片機(jī)輸出一個(gè)信號(hào)控制電磁閥關(guān)閉，停止?jié)菜皇謩?dòng)部分是由手機(jī)app下發(fā)指令給AT89C51單片機(jī)設(shè)定澆水的水量與營養(yǎng)液添加量。這樣可以按時(shí)澆入營養(yǎng)液。蓄水箱自動(dòng)上水及水位報(bào)警采用硬件電路控制，實(shí)現(xiàn)水箱水位實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動(dòng)上水及水位上下限報(bào)警的功能。關(guān)鍵詞： AT89C51單片機(jī)nRF905無線傳輸數(shù)字溫濕度傳感器SHT-11PH值檢測傳感器A-H311-AS002-T目錄第一章緒論 1.1設(shè)計(jì)背景 51.1.1需求分析 1.1.2功能要求 1.2所涉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展 1.2.2存在的技術(shù)問題 1.3倉U新點(diǎn) 1.3.1主要解決的問題 1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容簡介 1.3.3文檔框架 第二章系統(tǒng)方案 102.1具體模塊劃分 2.1.1無線傳輸模塊 2.1.2土壤檢測模塊 2.1.3機(jī)械運(yùn)作模塊 2.1.4軟件控制模塊 第三章硬件框圖 第四章方案總結(jié) 致謝 第一章緒論1.1設(shè)計(jì)背景隨著社會(huì)進(jìn)步，人們生活質(zhì)量越來越高，在家里養(yǎng)養(yǎng)花草可以陶冶情操、豐富生活，在人們享受生活的同時(shí)，花草可以通過光合作用吸收二氧化碳，凈化我們生活的環(huán)境，在有花草的地方空氣中的陰離子聚集較多，所以空氣也特別清新，而且有些花草還可以吸收一些空氣中的有害氣體，因此，養(yǎng)養(yǎng)花草如今被許多人喜愛?；ú轁菜渴欠衲茏龅竭m量，是養(yǎng)花成敗的關(guān)鍵。但是，在生活中人們總是會(huì)有無暇顧及到時(shí)候，比如工作太忙、出差、旅游等，花草的許多生長問題都是由于澆灌問題引起的。有時(shí)候，工作者們想要養(yǎng)花草，希望自己的家里有綠色，看起來有生機(jī)?？墒牵瑹o奈與自己沒有時(shí)間照料，所以一直徘徊在養(yǎng)不養(yǎng)花的邊緣。還有一類朋友是想養(yǎng)花草，但是苦于不會(huì)照顧，所以也只能無奈感嘆。在市面上也有一些花盆自動(dòng)澆水器，但是它實(shí)現(xiàn)的只是按時(shí)澆水，和提示作用，并沒有監(jiān)控出花草什么時(shí)候需要澆水，只是按照設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行沒有感知的澆水，還有的花盆只是提示人們澆水，實(shí)際操作還是需要人們親自動(dòng)手完成。家里無人時(shí)，哪怕提示也無法給花草澆水。因此，我們想設(shè)計(jì)一種集花盆土壤的溫濕度檢測，自動(dòng)澆水及儲(chǔ)蓄水箱自動(dòng)供水，按時(shí)補(bǔ)充營養(yǎng)液于一體的自動(dòng)澆水花盆系統(tǒng)。讓人們無暇顧及是也能及時(shí)的澆灌，讓不會(huì)養(yǎng)花草的朋友無后顧之憂，讓家里輕輕松松有綠色，快快樂樂有生機(jī)。需求分析（1） 室內(nèi)種植植物，勢必需要用花盆來盛放，如果用普通的花盆的話，需要定期澆水，但是，多久澆一次，澆多少是個(gè)頭疼的問題。澆多了不僅浪費(fèi)水，而且植物會(huì)被“淹死”，澆少了，植物又會(huì)枯死。（2） 植物對(duì)于其所處的環(huán)境因素比較敏感。如濕度、溫度等都會(huì)影響花的生長。普通的花盆不能很好的控制這些因素。（3） 有時(shí)候我們需要在外地出差或者出外旅行，這樣家里的盆栽就沒有人照料了。（4） 基于上述原因，智能花盆就應(yīng)然而生了。功能要求（1） 智能花盆應(yīng)能隨時(shí)監(jiān)測植物所處環(huán)境的濕度、土壤酸堿度和光照強(qiáng)度。（2） 智能花盆應(yīng)能根據(jù)植物的需求，控制水量和土壤酸堿度。（3） 智能花盆應(yīng)能將所測信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（如圖像）或者聲音信號(hào)。（4） 智能花盆應(yīng)能自動(dòng)工作，即自動(dòng)澆水或放水和添加一定的營養(yǎng)液。1.2所涉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展隨著移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展，越來越多的信息采集和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用了無線數(shù)據(jù)傳輸模塊來收發(fā)數(shù)據(jù)。國際上有基于GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、基于ARM的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、藍(lán)牙無線傳輸模塊、ZigBee無線傳輸模塊等。目前國際上的一些關(guān)于土壤溫濕度的檢測技術(shù)有：基于無線傳感器的農(nóng)田溫濕度檢測、基于GPRS的茶園遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)、基于ARM的土壤溫濕度檢測器。存在的技術(shù)問題模塊的傳輸距離與調(diào)制信號(hào)頻率及幅度，發(fā)射電壓及電池容量，發(fā)射天線，收發(fā)環(huán)境有關(guān)。在有障礙的情況下，距離會(huì)縮短，由于無線電信號(hào)傳輸過程中的折射和反射會(huì)形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會(huì)有不同的收發(fā)距離。電數(shù)據(jù)信號(hào)與發(fā)射模塊輸入端能用電容耦合會(huì)導(dǎo)致發(fā)射模塊將不能正常工作。如何檢測土壤的溫濕度及酸堿度的值并把檢測到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)；單片機(jī)怎樣處理傳感器傳送過來的數(shù)據(jù)；單片機(jī)怎樣把處理好的數(shù)據(jù)結(jié)果反饋給用戶。1.3創(chuàng)新點(diǎn)通過物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)花盆的智能控制，將澆水和添加一定的營養(yǎng)液功能實(shí)現(xiàn)以及通過智能提醒或管理將我們沒時(shí)間養(yǎng)花，不會(huì)養(yǎng)花等問題以智能的方式解決，我們還增加了手機(jī)app應(yīng)用功能，使得整個(gè)系統(tǒng)更智能更加適宜當(dāng)前社會(huì)應(yīng)用。主要解決的問題解決城市養(yǎng)花人因無時(shí)間或經(jīng)驗(yàn)不足照顧不好花草時(shí)幫助養(yǎng)花人檢測花盆溫濕和酸堿度，提醒養(yǎng)花人何時(shí)需要澆水和需要多少水分。起到輔助養(yǎng)花人管理盆栽的作用。同時(shí)運(yùn)用app軟件達(dá)到虛擬事物現(xiàn)實(shí)化的特殊意義。設(shè)計(jì)內(nèi)容簡介整個(gè)系統(tǒng)通過數(shù)字溫濕度傳感器SHT11和土壤PH值檢測傳感器AH311AS002T從土壤中測出數(shù)值由nRF905無線傳輸?shù)紸T89C51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理將的出結(jié)果一方面發(fā)到手機(jī)app，另一方面得出指令，此人們可以直接手動(dòng)遠(yuǎn)程控制或讓單片機(jī)自動(dòng)控制，通過AT89C51單片機(jī)程序設(shè)定澆水的上下限值與檢測到送入AT89C51單片機(jī)的數(shù)值相比較，當(dāng)?shù)陀谙孪迺r(shí)，AT89C51單片機(jī)輸出一個(gè)信號(hào)控制電磁閥打開，開始澆水，高于上限時(shí)再由AT89C51單片機(jī)輸出一個(gè)信號(hào)控制電磁閥關(guān)閉，停止?jié)菜皇闺妱?dòng)閥運(yùn)作達(dá)到加水加營養(yǎng)液的作用。蓄水箱自動(dòng)上水及水位報(bào)警采用硬件電路控制，實(shí)現(xiàn)水箱水位實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動(dòng)上水及水位上下限報(bào)警的功能。文檔框架本文共分為四章，每章的主要內(nèi)容如下：第一章為：序言設(shè)計(jì)背景、需求分析、國內(nèi)外相應(yīng)技術(shù)發(fā)展情況以及創(chuàng)新點(diǎn)第二章為：具體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案第三章為：整個(gè)系統(tǒng)的硬件框圖第四章為：設(shè)計(jì)總結(jié)第二章系統(tǒng)方案2.1具體模塊劃分W據(jù)不同的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行相應(yīng)的2.1具體模塊劃分W據(jù)不同的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行相應(yīng)的■傳輸劃運(yùn)作共化為了四塊，分別是:數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸）、軟件模塊控制（通過軟件對(duì)系統(tǒng)一些功能進(jìn)行具體控制）、機(jī)械運(yùn)作模塊（系統(tǒng)中的機(jī)械運(yùn)作部分如：開關(guān)閥門等）2.1.1 無線傳輸模塊選用的無線傳輸模塊是nRF905,利用nRF905的ShockBrusrTM接收模式接收其他模塊傳來的數(shù)據(jù)和ShockBrusTM發(fā)送模式將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給其他需要數(shù)據(jù)的模塊。ShockBrusrTM接收模式：當(dāng)一個(gè)包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配（AM）和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好（DR）兩引腳通知微控制器。ShockBrusTM發(fā)送模式：nRF905自動(dòng)產(chǎn)生字頭和CRC校驗(yàn)碼（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)），當(dāng)發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流動(dòng)將主要依靠nRF905無線傳輸模塊中的ShockBrusrTM接收模式和ShockBrusTM發(fā)送模式進(jìn)行，以此來使正個(gè)系統(tǒng)各項(xiàng)指令的能快捷方便的傳輸。其主要應(yīng)用于土壤檢查模塊、單片機(jī)控制模塊和手機(jī)app之間的數(shù)據(jù)交換充分的利用了物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸技術(shù)。土壤檢測模塊土壤數(shù)字溫濕度傳感器SHT-11：土壤中的體積含水量與土壤表現(xiàn)出來的介電常數(shù)成固定的某種函數(shù)關(guān)系，幾乎與土質(zhì)和水里所含的鹽分無關(guān)。那么采用頻域測量方法，測量中間探針與兩側(cè)探針之間的電容量，該電容與介電常數(shù)成正比，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換、單片機(jī)運(yùn)算處理、非線性矯正和DA轉(zhuǎn)換輸出，即可獲得與土壤體積含水量成正比的線性電壓輸出。土壤PH值檢測傳感器AH311AS002T:土壤酸堿度傳感器采用高靈敏度電解質(zhì)，并且采用抗污的聚四氟乙烯環(huán)形液接界可長期在線檢測。電極使用時(shí)可根據(jù)不同的場合，采用不同的電極敏感膜，在不同條件下進(jìn)行PH的測量。A-H311-AS002-T智能數(shù)字傳感器采用高精度PH電極，支持標(biāo)準(zhǔn)MODBUSRTU/ACSII工業(yè)數(shù)據(jù)總線協(xié)議，采用RS-232/RS-485接口輸出能夠完成PH數(shù)據(jù)采集、外部命令校準(zhǔn)，自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?，用戶可自定義查詢地址，波特率設(shè)置。通過將土壤數(shù)字溫濕度傳感器SHT-11?和土壤PH值檢測傳感器AH311AS002T收集到的數(shù)據(jù)接入無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)控制模塊。機(jī)械運(yùn)作模塊此模塊分為電動(dòng)閥部分和指令接收部分：電動(dòng)閥即電磁閥，就是利用電磁線圈產(chǎn)生的磁場來拉動(dòng)閥芯，從而改變閥體的通斷，線圈斷電，閥芯就依靠彈簧的壓力退回。？電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器;并不限于液壓，氣動(dòng)。電磁閥用于控制液壓流動(dòng)方向一般都由液壓鋼控制，所以就會(huì)用到電磁閥。因此我們?cè)O(shè)計(jì)的水箱和營養(yǎng)液箱都是靠電動(dòng)閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)水和營養(yǎng)液的具體需求量的智能控制，而控制的指令完全是由中心控制AT89C51單片機(jī)通過指令接收部分實(shí)現(xiàn)。2.1.4 單片機(jī)控制模塊通過給AT89C51單片機(jī)進(jìn)行程序編程讓AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤數(shù)字溫濕度傳感器SHT-11?和土壤PH值檢測傳感器AH311AS002T收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理功能以及實(shí)現(xiàn)通過nRF905無線傳輸?shù)腟hockBrusrTM接收模式和ShockBrusTM發(fā)送模式實(shí)現(xiàn)手機(jī)app之間的指令處理。此模塊主要功能在于程序設(shè)計(jì)部分在此就不做詳細(xì)介紹了?？偠灾喈?dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的大腦有處理數(shù)據(jù)與智能下達(dá)指令的功能。電單片機(jī)電單片機(jī)方案總結(jié)本次設(shè)計(jì)的智能盆花管家系統(tǒng)以電子類的自動(dòng)澆花器的工作原理為參考，運(yùn)用溫濕度采集電路及單片機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成一個(gè)土壤溫濕度和酸堿度采集、無線傳輸系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。再用數(shù)字電路控制自動(dòng)給水系統(tǒng)及時(shí)的澆水系統(tǒng)供水。整個(gè)智能盆花管家系統(tǒng)包括土壤溫濕度的采集和數(shù)據(jù)分析處理兩個(gè)個(gè)部分。土壤溫濕度的采集和酸堿度的采集以ADC0809配合兩個(gè)電位器為感應(yīng)電路，以數(shù)字溫濕度傳感器SHT11和土壤PH值檢測傳感器AH311AS002T為感應(yīng)部件，將檢測到的土壤溫濕度值送入AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)進(jìn)行處理數(shù)據(jù)，再由nRF905無線傳輸模塊發(fā)出具體操作指令。同時(shí)此濕度值酸堿度值也是是否給盆花澆水和添加營養(yǎng)液的參考值。它設(shè)計(jì)為智能和手動(dòng)兩個(gè)部分：智能澆水系統(tǒng)是通過單片機(jī)程序設(shè)定澆水的上下限值并與溫濕度采集電路送入單片機(jī)的土壤濕度值相比較，當(dāng)傳感器檢測到的濕度值低于設(shè)定的下限值時(shí)，AT89C51單片機(jī)輸出一個(gè)信號(hào)，開始澆水，高于設(shè)定的上限值時(shí)再由單片機(jī)輸出一個(gè)信號(hào)，停止?jié)菜?；手?dòng)部分是由單片機(jī)從接收手機(jī)app指令，通過軟件程序設(shè)定澆水的水量。通過本次參賽設(shè)計(jì)，讓我進(jìn)一步了解了微電腦控制的智能系統(tǒng)。也使我真正接觸到了檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，雖然是一個(gè)人們?nèi)粘Ｉ钪械男∠到y(tǒng)，但也讓我明白了很多設(shè)計(jì)上應(yīng)該注意的問題。比如實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性以及安裝條件等。參考文獻(xiàn)[1]王智，潘強(qiáng)，邢濤.面向物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)體實(shí)時(shí)搜索服務(wù)綜述[D].中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所.2009.⑵機(jī)械工業(yè)出版社《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論》劉云浩.編著.《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》無線模塊.工業(yè)無線模塊Nordic官方網(wǎng)站對(duì)于nRF905的介紹.nRF905官方網(wǎng)站李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998.匡宇國.智能傳感器SHT11及其在便攜式溫濕度檢測儀