智能花盆設計報告

全國大學生物聯(lián)網(wǎng)設計競賽設計方案智能花盆管家系統(tǒng)學校名稱： 遵義師范學院團隊名稱： 物and悟第一導師： 葛耿育（教師）第二導師： 姓名（職稱）隊長： 萬榮隊員1： 張清隊員2： 況承靜隊員3： 任炳貴全國大學生物聯(lián)網(wǎng)設計競賽組委會2015年5月誠信承諾申明本參賽隊全體隊員及指導教師已認真閱讀《全國大學生物聯(lián)網(wǎng)設計競賽章程》關于競賽作品的知識產(chǎn)權之全部條款，鄭重申明，在參加全國大學生物聯(lián)網(wǎng)設計競賽時所呈交的競賽作品及作品設計文檔均為參賽隊員在指導教師指導下獨立完成。盡本參賽隊所知，競賽作品及作品設計文檔中，除特別加以標注的部分外，不存在侵犯第三方知識產(chǎn)權的內(nèi)容。競賽作品及作品設計文檔并非由參加其他競賽之作品及作品設計文檔未經(jīng)改動直接參賽；如作品確參加過其他競賽的，本參賽隊承諾參加本次比賽之作品已經(jīng)過較大改動。指導教師簽名：葛耿育日期：2015年5月25日智能花盆管家系統(tǒng)摘要本次設計的花盆自動澆水系統(tǒng)包括土壤溫濕度、酸堿度的檢測和自動向蓄水器加水以及運用nRF905無線傳輸模塊傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)手機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為感應部件，與ADC0809相連接配合兩個電位器作為感應電路，將采集到的土壤溫濕度值和酸堿度值送入AT89C51單片機，在AT89C51單片機數(shù)據(jù)處理后通過nRF905無線傳輸模塊發(fā)出具體操作指令。自動澆水設計為智能和手動兩個部分，智能澆水部分是通過AT89C51單片機程序設定澆水的上下限值與檢測到送入AT89C51單片機的數(shù)值相比較，當?shù)陀谙孪迺r，AT89C51單片機輸出一個信號控制電磁閥打開，開始澆水，高于上限時再由AT89C51單片機輸出一個信號控制電磁閥關閉，停止?jié)菜?；手動部分是由手機app下發(fā)指令給AT89C51單片機設定澆水的水量與營養(yǎng)液添加量。這樣可以按時澆入營養(yǎng)液。蓄水箱自動上水及水位報警采用硬件電路控制，實現(xiàn)水箱水位實時監(jiān)測、自動上水及水位上下限報警的功能。關鍵詞： AT89C51單片機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設計背景 51.1.1需求分析 1.1.2功能要求 1.2所涉技術發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)外技術發(fā)展 1.2.2存在的技術問題 1.3倉U新點 1.3.1主要解決的問題 1.3.2設計內(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機械運作模塊 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設計背景隨著社會進步，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，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)花成敗的關鍵。但是，在生活中人們總是會有無暇顧及到時候，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?？墒牵瑹o奈與自己沒有時間照料，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，但是苦于不會照顧，所以也只能無奈感嘆。在市面上也有一些花盆自動澆水器，但是它實現(xiàn)的只是按時澆水，和提示作用，并沒有監(jiān)控出花草什么時候需要澆水，只是按照設定的時間進行沒有感知的澆水，還有的花盆只是提示人們澆水，實際操作還是需要人們親自動手完成。家里無人時，哪怕提示也無法給花草澆水。因此，我們想設計一種集花盆土壤的溫濕度檢測，自動澆水及儲蓄水箱自動供水，按時補充營養(yǎng)液于一體的自動澆水花盆系統(tǒng)。讓人們無暇顧及是也能及時的澆灌，讓不會養(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。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，澆多少是個頭疼的問題。澆多了不僅浪費水，而且植物會被“淹死”，澆少了，植物又會枯死。（2） 植物對于其所處的環(huán)境因素比較敏感。如濕度、溫度等都會影響花的生長。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，智能花盆就應然而生了。功能要求（1） 智能花盆應能隨時監(jiān)測植物所處環(huán)境的濕度、土壤酸堿度和光照強度。（2） 智能花盆應能根據(jù)植物的需求，控制水量和土壤酸堿度。（3） 智能花盆應能將所測信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（如圖像）或者聲音信號。（4） 智能花盆應能自動工作，即自動澆水或放水和添加一定的營養(yǎng)液。1.2所涉技術發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外技術發(fā)展隨著移動通信技術飛速發(fā)展，越來越多的信息采集和遠程控制系統(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、藍牙無線傳輸模塊、ZigBee無線傳輸模塊等。目前國際上的一些關于土壤溫濕度的檢測技術有：基于無線傳感器的農(nóng)田溫濕度檢測、基于GPRS的茶園遠程監(jiān)測系統(tǒng)、基于ARM的土壤溫濕度檢測器。存在的技術問題模塊的傳輸距離與調(diào)制信號頻率及幅度，發(fā)射電壓及電池容量，發(fā)射天線，收發(fā)環(huán)境有關。在有障礙的情況下，距離會縮短，由于無線電信號傳輸過程中的折射和反射會形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會有不同的收發(fā)距離。電數(shù)據(jù)信號與發(fā)射模塊輸入端能用電容耦合會導致發(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；單片機怎樣處理傳感器傳送過來的數(shù)據(jù)；單片機怎樣把處理好的數(shù)據(jù)結(jié)果反饋給用戶。1.3創(chuàng)新點通過物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸技術實現(xiàn)花盆的智能控制，將澆水和添加一定的營養(yǎng)液功能實現(xiàn)以及通過智能提醒或管理將我們沒時間養(yǎng)花，不會養(yǎng)花等問題以智能的方式解決，我們還增加了手機app應用功能，使得整個系統(tǒng)更智能更加適宜當前社會應用。主要解決的問題解決城市養(yǎng)花人因無時間或經(jīng)驗不足照顧不好花草時幫助養(yǎng)花人檢測花盆溫濕和酸堿度，提醒養(yǎng)花人何時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。同時運用app軟件達到虛擬事物現(xiàn)實化的特殊意義。設計內(nèi)容簡介整個系統(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單片機進行數(shù)據(jù)處理將的出結(jié)果一方面發(fā)到手機app，另一方面得出指令，此人們可以直接手動遠程控制或讓單片機自動控制，通過AT89C51單片機程序設定澆水的上下限值與檢測到送入AT89C51單片機的數(shù)值相比較，當?shù)陀谙孪迺r，AT89C51單片機輸出一個信號控制電磁閥打開，開始澆水，高于上限時再由AT89C51單片機輸出一個信號控制電磁閥關閉，停止?jié)菜?；使電動閥運作達到加水加營養(yǎng)液的作用。蓄水箱自動上水及水位報警采用硬件電路控制，實現(xiàn)水箱水位實時監(jiān)測、自動上水及水位上下限報警的功能。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：序言設計背景、需求分析、國內(nèi)外相應技術發(fā)展情況以及創(chuàng)新點第二章為：具體系統(tǒng)的設計方案第三章為：整個系統(tǒng)的硬件框圖第四章為：設計總結(jié)第二章系統(tǒng)方案2.1具體模塊劃分W據(jù)不同的功能實現(xiàn)進行相應的2.1具體模塊劃分W據(jù)不同的功能實現(xiàn)進行相應的■傳輸劃運作共化為了四塊，分別是:數(shù)據(jù)進行無線傳輸）、軟件模塊控制（通過軟件對系統(tǒng)一些功能進行具體控制）、機械運作模塊（系統(tǒng)中的機械運作部分如：開關閥門等）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：當一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配（AM）和數(shù)據(jù)準備好（DR）兩引腳通知微控制器。ShockBrusTM發(fā)送模式：nRF905自動產(chǎn)生字頭和CRC校驗碼（循環(huán)冗余碼校驗），當發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流動將主要依靠nRF905無線傳輸模塊中的ShockBrusrTM接收模式和ShockBrusTM發(fā)送模式進行，以此來使正個系統(tǒng)各項指令的能快捷方便的傳輸。其主要應用于土壤檢查模塊、單片機控制模塊和手機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。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)關系，幾乎與土質(zhì)和水里所含的鹽分無關。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、單片機運算處理、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，支持標準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，自動溫度補償?shù)裙δ埽脩艨勺远x查詢地址，波特率設置。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)傳到單片機控制模塊。機械運作模塊此模塊分為電動閥部分和指令接收部分：電動閥即電磁閥，就是利用電磁線圈產(chǎn)生的磁場來拉動閥芯，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化基礎元件，屬于執(zhí)行器;并不限于液壓，氣動。電磁閥用于控制液壓流動方向一般都由液壓鋼控制，所以就會用到電磁閥。因此我們設計的水箱和營養(yǎng)液箱都是靠電動閥來實現(xiàn)對水和營養(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單片機通過指令接收部分實現(xiàn)。2.1.4 單片機控制模塊通過給AT89C51單片機進行程序編程讓AT89C51單片機實現(xiàn)對土壤數(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)進行分析處理功能以及實現(xiàn)通過nRF905無線傳輸?shù)腟hockBrusrTM接收模式和ShockBrusTM發(fā)送模式實現(xiàn)手機app之間的指令處理。此模塊主要功能在于程序設計部分在此就不做詳細介紹了?？偠灾喈斢谡麄€系統(tǒng)的大腦有處理數(shù)據(jù)與智能下達指令的功能。電單片機電單片機方案總結(jié)本次設計的智能盆花管家系統(tǒng)以電子類的自動澆花器的工作原理為參考，運用溫濕度采集電路及單片機控制技術構(gòu)成一個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)字電路控制自動給水系統(tǒng)及時的澆水系統(tǒng)供水。整個智能盆花管家系統(tǒng)包括土壤溫濕度的采集和數(shù)據(jù)分析處理兩個個部分。土壤溫濕度的采集和酸堿度的采集以ADC0809配合兩個電位器為感應電路，以數(shù)字溫濕度傳感器SHT11和土壤PH值檢測傳感器AH311AS002T為感應部件，將檢測到的土壤溫濕度值送入AT89C51單片機，AT89C51單片機進行處理數(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。它設計為智能和手動兩個部分：智能澆水系統(tǒng)是通過單片機程序設定澆水的上下限值并與溫濕度采集電路送入單片機的土壤濕度值相比較，當傳感器檢測到的濕度值低于設定的下限值時，AT89C51單片機輸出一個信號，開始澆水，高于設定的上限值時再由單片機輸出一個信號，停止?jié)菜皇謩硬糠质怯蓡纹瑱C從接收手機app指令，通過軟件程序設定澆水的水量。通過本次參賽設計，讓我進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)的設計，雖然是一個人們?nèi)粘Ｉ钪械男∠到y(tǒng)，但也讓我明白了很多設計上應該注意的問題。比如實用性、經(jīng)濟性以及安裝條件等。參考文獻[1]王智，潘強，邢濤.面向物聯(lián)網(wǎng)的實體實時搜索服務綜述[D].中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所.2009.⑵機械工業(yè)出版社《物聯(lián)網(wǎng)技術概論》劉云浩.編著.《物聯(lián)網(wǎng)導論》無線模塊.工業(yè)無線模塊Nordic官方網(wǎng)站對于nRF905的介紹.nRF905官方網(wǎng)站李朝青.單片機原理及接口技術（簡明修訂版）[M].北京:北京航空航天大學出版社，1998.匡宇國.智能傳感器SHT11及其在便攜式溫濕度檢測儀