温室花卉智能灌溉系统设计

湖南文理学院芙蓉学院 梁志鹏 李建英 姜慧彬 陈敏杰

本文采用STM32F103ZET6处理器和ESP8266芯片WIFI模块为核心设计了基于WIFI的温室花卉智能灌溉系统，完成了系统终端硬件电路和软件系统设计以及手机端APP的设计，制作了实物样机并完成了系统样机测试。系统可以实现Android手机客户端和灌溉系统终端之间的操作，实现数据实时查询和智能灌溉。

花卉种植的智能化是通过监测各种自然因素，及时进行针对性调整，进而营造为花卉养殖提供适宜的生长环境，从而能够实现更大的社会效益和经济效益。本文基于STM32微处理器、ESP8266 WIFI模块和嵌入式实时操作系统uC/OS-II为平台实现基于物联网的温室花卉智能灌溉系统设计，实现土壤湿度的检测、二氧化碳浓度的检测、水箱水流速度控制，以及数据在OLED上的显示、数据上传到终端可以通过网络查看数据、智能的根据土壤温湿度进行实时控制等。

1 系统总体设计方案

系统总体设计方案如图1所示。

图1 系统总体设计方案

该系统利用WIFI组网，采用ESP8266WIFI无线模块连接网络，实现数据的实时上传和数据实时查询和显示。采用STM32F103ZET6微处理器和相应的传感器模块进行空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、土壤湿度以及水流速度等温室参数检测，并把检测的数据实时传给微处理器进行实时处理，通过微处理器进行阈值判断并控制各个模块的正常工作，同时可以把数据通过WIFI上传到网络，让花卉或盆栽种植人通过手机APP进行实时数据查询和人工调节。

2 系统硬件设计

2.1 空气温湿度检测

选用功耗低，体积小的DHT11传感器检测空气温湿度，该传感器输出信号为数字量，与STM32的数字I/O口直接相连，通过单总线协议读取DHT11的数据。

2.2 土壤温湿度检测

选用低功耗、体积小、测量准确的YL-69传感器用来检测土壤的温湿度，电路如图2所示，其D0引脚可以直接与STM32的A/D引脚直接相连，读取输出的数字量。

图2 土壤温湿度检测电路

2.3 二氧化碳检测

选用MG811二氧化碳检测模块实现空气中二氧化碳的检测，该模块具有高灵敏性、高适应性和高稳定性，同时带有温度补偿输出，通过单总线协议读取数据。

2.4 电源模块设计

电源模块首先通过变压将220V交流电压变成低压，再通过整流桥，将交流整成直流，并通过SPX29302稳压芯片进行稳压，得到5V供电电压，再通过LM117-3.3稳压芯片稳压得到3.3V电压，用于对STM32微处理器进行供电。如图3所示。

图3 电源模块

3 系统软件设计

系统控制总流程如图4所示，首先是相关函数的初始化，然后进入主循环开始工作，进行土壤温湿度、二氧化碳浓度、水速等实时检测，检测是否超出设定的阈值，是否需要进行调节，是的话就需要打开，否的话就进行关闭电机操作。

图4 系统软件流程图

4 系统测试

4.1 逆变器实验样机

制作了基于WIFI的温室花卉智能灌溉系统的实验样机，并设计了用户界面，如图5所示。

图5 实验样机物和用户界面图

对系统进行了联合测试，通过手机APP利用WIFI与系统终端进行联接，实现终端空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳以及水速等参数的实时采集，并通过微处理对相应各项数据进行处理，根据所设定的阈值进行判断，实现对水泵和风机的控制，从而达到智能灌溉的目的。系统还可以通过WIFI在手机APP上发送控制指令远程控制水泵和风机。图6所示给出了系统平台的部分数据检测结果。

图6 数据检测结果

结束语：设计了一套基于WIFI的温室花卉智能灌溉系统，该系统主要由手机客户端和系统终端构成，系统终端实现温室空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳等花卉种植相关参数的检测，并通过微处理器处理与设定的阈值进行对比，实现温室花卉的智能灌溉；手机客户端主要利用WIFI获得终端检测的数据，实现数据的实时和历史查询，以及远程控制终端水泵或风机实现远程手动灌溉。测试结果验证了系统设计的正确性。