基于HT66F2390单片机的智能家庭食用菌种植箱

邵浚 刘凯蒙 师静沙 刘国焕

摘要：蘑菇是人们日常生活中青睐的美食，现今人们更愿意体验家庭种植的乐趣，有家庭种植的需求。为了满足人们的蘑菇种植需求，设计一款基于远程控制的智能家庭食用菌种植箱。用户在手机APP上选择种植食用菌的种类，箱体就会自动将环境调控至适合该种食用菌生长的环境，实现食用菌种的全自动化培养，并且可以实时监测培养箱环境和蘑菇生长状况，调节菌种生长环境。

关键字：HT66F2390单片机;食用菌种植箱;自动培育;远程控制;实时监测;

0 引言

蘑菇被认为是现代人们在日常生活中最为青睐的一道美食，其热量低，也是营养丰富的维生素宝库，所含的蛋白质可以高达百分之三十。许多年轻人经常到店铺选购蘑菇，然而，一些商家在销售蘑菇的过程中并不会特别注意卫生，将蘑菇放在药剂中浸泡以保证新鲜的卖相，售卖时仅仅用水简单冲洗并包装。与此同时，现今的人们更愿意在自己家中种植一些花花草草，感受家庭栽培的乐趣，满足家庭栽培的需要。然而，想要在家里自己栽培好蘑菇也不是一件简单的事，蘑菇的生长过程对于温湿度和环境的要求极为严格，而且普通人们又缺少专门的种植技术知识，更无法抽出多余的时间照顾。为了更好地解决上述问题，本文设计了一款基于远程控制的智能家庭食用菌种植箱。系统以HT66F2390单片机为主控器芯片，配有云端和手机端、环境监测及执行机构组。用户在手机APP上选择种植哪种食用菌，箱体会自动将环境调控至适合该种食用菌生长的环境，并且可以实时监测培养箱环境和蘑菇生长状况，用户可以通过手机实时获取此类信息并做出调整。[1]

1 系统工作原理

本系统由云端和手机端、HT66F2390主控、环境监测及执行机构组成。图1为智能家庭食用菌种植箱系统架构图。

1.1 服务器云端控制、手机端

远程PC云端和手机APP端是基于阿里云平台搭建的，基于阿里云提供的接入协议和平台功能，用户终端与手机APP、云服务器共同构建了一套完整的智能家庭食用菌种监控系统。用户终端即时地将数据推送至云平台，云平台根据推送的数据进行云端和手机APP端同步更新。云端和手机APP端通过下发指令控制终端。[2]

1.2 种植控制终端设计

种植控制终端以WIFI的方式与服务器通信;HT66F2390负责各单元的功能协调及对外通信。种植控制终端架构如图2所示。

当种植箱和MCU上电后，通过WIFI连接用户家中路由器并接入互联网，服务器中储存好了市面上常见的各个蘑菇种类各个生长阶段的适宜的温湿度环境参数，当用户要在某个种植箱内种植某种蘑菇时，事先在手机APP上选择要种植的蘑菇的种类，之后服务器会将该种蘑菇的适宜环境种植数据下发至指定的种植箱，种植箱开始对箱体内温湿度环境的调控。当温度过高时，自动开启较大功率风扇来降低温度，温度过低时开启发热片来提高温度;当湿度过高时开启小功率风扇来降低湿度，湿度过低时打开加湿器来提高箱体内湿度。每隔一段时间，种植箱会将目前的温湿度数据和通过超声波测距模块测出的蘑菇生长高度通过wifi模块发给服务器，当蘑菇生长环境长期异常、加湿器内储水模块内部水量不足或蘑菇成熟时通过APP提醒用户，用户能够随时查看蘑菇的生长状况，同时拥有手控模式，用户能够通过手机自主开关指定的箱体内调控模块里的组件。

2 系统硬件设计

本系统由云端和手机端、HT66F2390主控、环境监测及执行机构组成。其中服务端由手机端和PC端组成通过WIFI通信模块与系统层进行通信;种植控制终端由HT66F2390主控、温湿度、WIFI、加湿、升温、超声波、风机等模块组成。

2.1 服务器云端控制、手机端

2.1.1 WIFI通信模块

本作品拟使用的wifi模块是EMW3080串口wifi模块，EMW3080模块拥有强大的片上处理技术、存储能力，因此降低了前期的开发难度、减少了系统运行时所占用的系统资源，同时模块的集成度极高，在设计整体系统时所占PCB的空间很小，最后还拥有着超低能耗的工作模式。模块的工作电压为3.3V，与单片机的通讯方式使用的是串口，操作简单，可行性高。串口wifi电路及实物如图3所示。

2.2种植控制终端

2.2.1 HT66F2390主控芯片

主模块采用HT66F2390，该系列单片机是一款8 位具有高性能精简指令集的A/D Flash 型单片机。该系列单片机具有一系列功能和特性，其Flash 存储器可多次编程的特性给客户提供了极大的方便。除了Flash 程序存储器，还包括RAM 数据存储器和用于存储序列数据、校准数据等非易失性数据的True EEPROM 存储器。[3]

在模拟特性方面，该单片机包含一个多通道12-bit A/D 转换器和两个比较器。其具有多个使用灵活的定时器模块，可提供定时功能、脉冲产生功能及PWM产生功能。内建完整的SPI、UART 和I2C 接口功能，为设计者提供了一个易于外部硬件通信的接口。内部看门狗定时器、低电压复位和低电压检测等内部保护特性，外加优秀的抗干扰和ESD 保护性能，确保单片机在恶劣的电磁干扰环境下可靠地运行。 该系列单片机提供了HXT，LXT，HIRC 和LIRC 振荡器功能选项，且内建完整的系统振荡器，无需外接元器件。其在不同工作模式之间动态切换的能力，为用户提供了一个优化单片机操作和减少功耗的手段。包含I/O 使用灵活、时基功能和其他特性确保了该系列单片机可以广泛应用于各种产品中，例如电子测量仪器、环境监控、手持式测量工具、家庭应用、电子控制工具、马达驱动等多方面。

3 系统软件设计

基于HT66F2390的智能家庭食用菌种植箱由HT66F2390单片机作为主控芯片，在其上集成一系列传感器，并通过物联网和互联网相配合进行数据传输。用各种传感器采集数据后进行回传并统计，让工作人员在pc端或手机APP的阿里云平臺上实现对食用菌生长状况的实时监测。[4]每隔一段时间，种植箱会将目前的温湿度数据和通过超声波测距模块测出的蘑菇生长高度通过wifi模块发给服务器，用户能够随时查看蘑菇的生长状况，同时拥有手控模式，用户能够通过手机自主开关指定的箱体内调控模块里的传感器组件。用于与手机APP传输数据软件设计图如图5所示。

4 系统测试

4.1测试步骤

4.1.1 dht11测试

连接dht11模块，通过usb转串检测环境温度，并发送到串口中。

4.1.2超声波测试模块

连接超声波测距模块，烧入代码，测试相关距离并发送到串口显示

4.1.3继电器模块

连接相关实物，通过WIFI下发的参数，继电器能够进行相关操作，并且相关模块能够运作。

4.1.4 WIFI测试

第一步将WIFI与电脑串口连接，用配置WIFI模块。

第二步，将WIFI与阿里云平台连接，检测WIFI模块与串口通信，并且检测云平台下发的数据格式，以便于之后代码的编写。

第三步，将WIFI模块连接开发板，检测阿里云平台与开发板的通信正常。

第四步，WIFI模块与温湿度模块都连接好，放入搭好的实物中，通过阿里云平台下发蘑菇相关生长环境，检测环境温度。

4.2 测试结果

WIFI模块能够成功下发相关的数据，并且能够向云平台发送温湿度的相关信息，继电器能够正常工作，随着相关开发板收到相关的信息，可以看到当温度过高时，风扇开始工作;当温度过低时，加热片开始发热;当湿度变大时，加湿模块开始喷水;湿度过低时，小风扇开始除湿。测试结果良好。

5 结语

本文基于HT66F2390单片机设计了一款智能家庭食用菌种植箱，并给出了具体的硬件和软件设计方案。测试结果表明，所设计的智能自动化种植箱达到预期目标，能够实现食用菌种的全自动化培养，并且用户可以通过APP远程监测菌种生长状态，调节菌种生长环境，具有一定的推广价值。

参考文献

[1]袁小平等.基于物联网的智慧农业监控系统[J].江苏农业科学，2015，43（3）：376-378.

[2]彭程.基于物联网技术的智慧农业发展策略研究.西安邮电大学学报，2012.

[3]HT66F2390数据手册

[4]刘春红等.基于无线传感器网络的智慧农业信息平台开发.中国农业大学学报，2011.

作者简介：

邵浚（2000-），女，漢族，山东诸城人，福建师范大学本科在读，新能源科学与工程测控方向。