CN105204480A - 一种家居阳台绿化智能控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Zigbee、嵌入式技术的家居阳台绿化智能控制装置。该装置包括传感器模块、终端设备控制模块、信息机、摄像头和智能手机五个组成部分，其特征在于：智能手机和摄像头利用无线网络与信息机连接，信息机与传感器、终端控制设备使用Zigbee无线传感器模块连接通信，通过传感器模块获取家居阳台环境信息经过嵌入式设备处理后，根据设定的参数值发送控制命令驱动终端设备控制模块正常工作以实现家居阳台绿化智能控制，安装的摄像头能及时了解阳台绿化情况。本装置操作简单、方便实用。

Description

一种家居阳台绿化智能控制装置

技术领域

本发明涉及一种智能控制装置，尤其是一种家居阳台绿化智能控制装置，属于智能家居领域。

背景技术

目前的喷淋系统主要用于大棚农业浇灌、农场大面积浇灌，还没有微型化、互联化、自动化。随着城市的不断扩张、绿色植被面积不断缩小，全球温室效应也显著升高，水源污染、大气污染、噪声污染、电磁辐射污染等已经成为世界的四大公害。如何扩大城市绿化面积、实现真正的绿色城市、减轻四大公害已成为当今城市发展急需要解决的问题。

一个城市首先要宜居、其次才考虑智慧，而绿色作为宜居的重要指标也越来越被广泛民众所认可。虽然各大城市的道路交通绿化也取得了一定的成绩，但是单单靠政府出资的力量所取得的成绩还远远不够。那么，该如何去解决这个大众绿化的问题、解决菜篮子问题，是我们现在需要去面对和待解决的问题。

当前城市家庭阳台绿化率不到1/10000。健康、绿色、环保已经成为城市发展的主流理念得到广泛普及，由此基于农业物联网应用之家居阳台绿化及阳台菜篮子工程的智能看护养护系统将进入千家万户，这个领域将随着无土载培技术、移动互联网和物联网技术的发展而进入高速发展阶段，既解决环境问题，又能解决部分菜篮子问题，是一举两得的好应用。

发展家居阳台绿化智能控制装置，开发智能看护养护系统，合理利用阳台的有效空间进行花草种植或有机蔬菜种植，建立基于物联网的远程可控的定时、定量、按需自动喷淋的阳台绿色植物智能看护、管理和控制系统，解决因浇灌不当、无人看管等造成植物种植养护难的问题，为有条件的家庭实施阳台有机蔬菜种植，解决部分菜篮子问题，为绿色城市、环境保护的全民普及提供技术支撑。阳台绿化能美化环境、缓解夏季阳光的强烈度,降温增湿、净化空气、降低噪声等，对健康居家起有益的补充。

随着城市的发展，人们生活的节奏越来越快，人们的各种商务活动增多，出差、旅游等工作休闲的原因短时间不在家的机会增多，对于拥有家居植物或家居宠物的人来说则提出了一个新的问题，可能经过一段时间回到家之后发现心爱的植物、动物已经死亡，对主人情感是一种打击，对自然资源造成一种浪费，人们迫切希望找到一种方法解决这个问题。

在已有智能家居设备的基础上，或是家中已经安装无线路由器的基础上实现与智能绿化阳台无线互联，既增加了设备的功能，又节省了成本。在智能家居中都有一个信号接收中转的装置，或是在普通的家庭中无线路由器使用越来越广泛，信号中转装置和路由器在家庭中长时间不断电工作的，这都为家居阳台绿化智能控制提供了前提和保障。

智能手机经过多年发展基本上已经普及，在每个普通家庭中都可能出现智能手机的身影，而且手机和人们相伴的时间越来越长，使得让手机加入家庭，加入智能家居成为一种可能和必须，人们可以随时随地查看家里的情况，及时互联、交流、控制，以满足越来越多人的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Zigbee、嵌入式技术的阳台绿化智能控制装置。通过智能手机利用无线网络与信息机连接，信息机与传感器、终端控制设备使用Zigbee模块连接通信，通过传感器模块获取家居阳台环境信息，经过嵌入式设备处理后，根据设定的参数值发送控制命令驱动终端设备控制模块正常工作以实现家居阳台绿化智能控制，安装的摄像头能及时了解阳台绿化情况。

为达到上述目的，本发明通过以下方式实现：

本发明家居阳台绿化智能控制装置，该装置包括传感器模块、终端设备控制模块、信息机、摄像头和智能手机五个部分组成；不同尺寸的种植植物花盆摆放在阳台之中，土壤温湿度传感器与探头用导线连接，探头直接埋入花盆土壤中，土壤温湿度传感器与Zigbee无线传感器模块设计在同一块电路板上，电路板安装对应花盆旁的阳台平面上；加热管位于花盆的底部，加热管与塑料保护导线互为一个整体，塑料保护导线与导线连接到无线强电控制模块上，塑料保护导线接口高于花盆两厘米；

步进电机与继电器模块使用导线连接，步进电机与滴灌喷头通过电机传送带连接，滴灌喷头嵌在输水管之中，继电器模块电路板嵌套有Zigbee无线传感器模块；储水箱位于阳台一侧，放在储水箱中的水泵和液位传感器利用导线与无线强电控制模块连接，无线强电控制模块电路板嵌套有Zigbee无线传感器模块，输水管一部分与水泵连接，另一部分横放在花盆之上，每个滴灌喷头对准花盆中土壤；

空气温湿度传感器模块、光线强度传感器模块、雨滴-结露传感器模块和光照传感器模块安装在阳台边沿，这四个传感器模块电路中嵌套有Zigbee无线传感器模块；卷帘安装在阳台上空的横梁表面，卷帘电机固定在卷帘一侧，卷帘电机的转轴横贯在卷帘内部，卷帘电机和无线控制插座使用控制数据线与导线连接；

LED灯安装在阳台上空楼顶平面或是安装在阳台对面的墙面上，LED灯和无线强电控制模块处在同一平面上，它们之间通过导线连接；摄像头安装在阳台上空楼顶平面上，信息机与无线路由器使用网线连接，摄像头通过WIFI信号与无线路由器连接到网络，无线路由器使用网线接入Internet互联网络，智能手机使用自带的WIFI模块与无线路由器连接，信息机与无线路由器放在与阳台相近的房间当中;

智能手机、信息机、带无线功能的摄像头与无线路由器为中心构建的网络无线连接，信息机电路板嵌套有Zigbee无线传感器模块，信息机与传感器、终端控制通过Zigbee无线传感器模块无线连接，摄像头镜头对准整个阳台，自由转动的摄像头镜头调整视觉角度。

该装置工作正常的情况下，信息机通过嵌入电路中的Zigbee无线传感器模块与各个传感器模块通信，获取散布在阳台上的土壤温湿度、空气温湿度、雨滴-结露、光照和光线强度的信息，对获取的传感器信息数据通过嵌入式系统平台处理之后发出控制命令给终端模块，终端模块通过接通开关、驱动电机的方式实现抽水滴灌、放下收起卷帘的效果实现控制的目的。信息机与无线路由器通过网线连接，摄像头内置WIFI模块，可以检测到无线路由器的WIFI连接到网络当中来，智能手机也可以通过自带的WIFI模块与无线路由器通信，智能手机打开应用软件实时获取阳台植物生长情况，控制摄像头的转动，在整个系统中起到中枢的作用。

在上装置所述中，土壤温湿度传感器通过埋入土壤中的探头获取花盆中土壤的温度和湿度，温度和湿度利用Zigbee无线传感器模块传输到信息机上后处理，如果获取的温度低于系统设定的阀值则发送控制命令到无线强电控制模块打开电源开关使得加热管开始加热，获取的湿度低于系统设定的阀值则发送控制命令到与水泵连接的无线强电控制模块打开电源开关使得水泵开始抽水，同时信息机也发送控制命令到对应的继电器模块控制步进电机转动，步进电机转动带动传送带打开滴灌喷头开始滴灌；当获取传感器的温度或湿度到达上限阀值之后，信息机发送控制命令关闭加热管、水泵和滴灌喷头。阳台上沿的空气温湿度传感器模块仅做获取阳台环境的温度和湿度，不作为控制判定参数使用；采用滴灌技术，水泵的出水量要适当调节，不宜调节过大。

植物在特定生长阶段需要长时间光线照射的时候，光线强度传感器获取当前光线强度值，通过Zigbee无线传感器模块发送到信息机上，如果获取的光线强度值低于系统设定的阀值则发送控制命令到无线强电控制模块打开电源开关使得LED灯发光，通过信息机调节LED发光强度以获取适合范围的光线强度；光照传感器获取当前太阳光的强度值，如果太阳光强度过大，信息机发送控制命令到无线控制插座通电打开卷帘电机放下卷帘遮光，当光照强度低于系统设定阀值的时候控制卷帘电机升起；雨滴-结露传感器模块获取当前雨滴和结露情况，没有雨滴和结露的时候卷帘正常卷起，当下雨或是结露过多的时候，信息机获取土壤温湿度传感器的值，当土壤湿度大于系统设定阀值的时候，发送命令给无线控制插座通电打开卷帘电机放下卷帘遮雨或结露，检测到没有雨滴和结露的时候卷帘正常卷起。卷帘使用的材料应具有透光性率低和不透水的性能，各个电路板模块外加装塑料保护模具。

摄像头安装在阳台上空楼顶平面上，通过无线网络与智能手机互联，在外打开智能手机客户端控制摄像头镜头自由转动，查看阳台实时情形，当通过摄像头发现实际的情况和阳台状态在智能手机上显示不符时，通过手动点击应用软件按钮发送控制命令；同样，各个传感器模块信息通过信息机，经由无线路由器与智能手机连接在应用软件上显示；根据实际情形，智能手机通过客户端点击发送控制命令，该命令经过无线网络传送到指定终端控制模块实现智能控制目的。

在上述一种家居阳台绿化智能控制装置中，各个同样的土壤温湿度传感器、继电器模块、无线强电控制模块和其他嵌有Zigbee无线传感器模块装置，通过嵌在电路板中Zigbee无线传感器模块装置中唯一的物理地址加以区分，每个物理地址都不会重复，接收信息和发送命令首先利用物理地址加以区分同样的传感器或控制模块，在软件设计中要区分好各个地址对应的传感器或是终端控制模块，各个模块独立处理可以实现自动化精细控制。

在上所述装置中，在使用之初要保证装置正确安装与配置，智能手机可以通过WIFI、2G、3G和4G方式连接到无线网络，可以在手机后台运行，软件可以实时监控阳台绿化信息，应用软件会主动告知信息机传感器和终端控制变化信息并在智能手机屏幕显示出来；智能手机要安装针对该装置开发好的应用软件，只有打开该应用软件装置才能起作用，关闭软件或是网络不通都可能导致装置失效。

本发明有益效果为：

本装置在阳台绿化中加入了无线技术、嵌入式技术实现了智能手机监控的功能，实现了阳台绿化环境的实时信息获取，通过智能手机应用软件反馈环境信息并发送控制命令实现智能控制，采用Zigbee技术降低电路功耗，延长了电池寿命，同时免去了需要全部有线布线的烦恼；本发明采用短距离无线通信技术与智能手机应用软件结合控制装置，具有智能化、方便快捷、操作简单等优点，具有很好的实用价值。

附图说明

图1为本发明家居阳台绿化智能控制结构框图，

图2为本发明家居阳台具体结构分布图。

图中标号：1.阳台，2.摄像头，3.卷帘，4.转轴，5.控制数据线，6.卷帘电机，7.导线，8.无线控制插座，9.无线强电控制模块，10.输水管，11.水泵，12.储水箱，13.花盆，14.探头，15.滴灌喷头，16.传送带，17.继电器模块，18.步进电机，19.Zigbee无线传感器模块，20.土壤温湿度传感器，21.液位传感器，22.光照传感器模块，23.雨滴-结露传感器模块，24.光线强度传感器模块，25.空气温湿度传感器模块，26.加热管，27.塑料保护导线，28.LED灯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示的本发明的结构框图，该装置主要由传感器、终端控制、无线传感器模块、信息机、无线路由器、摄像头、智能手机组成。

按照图1的方式，通过智能手机利用无线网络与信息机连接，信息机与传感器、终端控制设备使用无线传感器模块连接通信，信息机是能够安装嵌入式操作系统的嵌入式处理平台，带有Zigbee通信模块，通过传感器模块获取家居阳台环境信息经过嵌入式设备处理后，根据设定的参数值发送控制命令驱动终端设备控制模块正常工作以实现家居阳台绿化智能控制，安装的摄像头能及时了解阳台绿化情况。

如图1所示，信息机与无线路由器通过网线连接进行数据通信，智能手机、信息机、带无线功能的摄像头与无线路由器为中心构建的网络无线连接，信息机与传感器电路使用无线传感器模块无线连接;摄像头内置WIFI模块，可以检测到无线路由器的WIFI信号连接到网络当中来，无线路由器接入Internet互联网络，高清摄像头安装阳台上空墙壁上，高清摄像头可以自由转动不同角度观察阳台的情况。手机是正常运行该装置应用软件的智能手机，智能手机也可以通过自带的WIFI模块与无线路由器通信。

图2为本发明家居阳台具体结构分布图，不同尺寸的种植植物花盆13摆放在阳台1之中，土壤温湿度传感器20与探头14用导线7连接，探头14直接埋入花盆13土壤中，土壤温湿度传感器20与Zigbee无线传感器模块19设计在同一块电路板上；加热管26位于花盆13的底部，加热管26与塑料保护导线27互为一个整体，塑料保护导线27与导线7连接到无线强电控制模块9上，塑料保护导线27接口高于花盆13两厘米。

如图2，步进电机18与继电器模块17使用导线7连接，步进电机18与滴灌喷头15通过电机传送带连接，滴灌喷头15嵌在输水管10之中，继电器模块17电路板嵌套有Zigbee无线传感器模块19；储水箱12位于阳台1一侧，放在储水箱12中的水泵11和液位传感器21利用导线7与无线强电控制模块9连接，无线强电控制模块9电路板嵌套有Zigbee无线传感器模块19，输水管10一部分与水泵11连接，另一部分横放在花盆13之上，每个滴灌喷头15对准花盆13中土壤。

如图2，空气温湿度传感器模块25、光线强度传感器模块24、雨滴-结露传感器模块23和光照传感器模块22安装在阳台1上沿，这四个传感器模块电路中嵌套有Zigbee无线传感器模块19；卷帘3安装在阳台1上空的横梁表面，卷帘电机6固定在卷帘3一侧，卷帘电机6的转轴4横贯在卷帘3内部，卷帘电机6和无线控制插座8使用控制数据线5与导线7连接。

LED灯28安装在阳台1上空楼顶平面或是安装在阳台1对面的墙面上，LED灯28和无线强电控制模块9处在同一平面上，它们之间通过导线7连接；摄像头2安装在阳台1上空楼顶平面上，信息机与无线路由器使用网线连接，摄像头2通过WIFI信号与无线路由器连接到网络，无线路由器使用网线接入Internet互联网络，智能手机使用自带的WIFI模块与无线路由器连接，信息机与无线路由器放在与阳台相近的房间当中。

本发明家居阳台绿化智能控制装置实现方式如下：

土壤温湿度传感器20和Zigbee无线传感器模块19嵌套在同一电路板上，电路板模块安装在靠近该花盆13旁的阳台1平面上，探头14外加烧结网的防护增强了的耐温、耐压、耐损能力；通过埋入土壤中的探头14获取花盆13中土壤的温度和湿度，温度和湿度利用Zigbee无线传感器模块19传输到信息机上后处理。

土壤温湿度传感器20获取的温度无线传输到信息机处，判断低于系统设定的阀值则发送控制命令到无线强电控制模块9打开电源开关使得加热管26开始加热，获取的湿度低于系统设定的阀值则发送控制命令到与水泵11连接的无线强电控制模块9接通电源开关使得水泵11开始抽水，同时信息机也发送控制命令到对应的继电器模块17控制步进电机18正向转动，步进电机18转动带动传送带打开滴灌喷头15开始滴灌。同样的土壤温湿度传感器20和无线强电控制模块9通过连接的Zigbee无线传感器模块19中的物理地址不一样加以区分，对应的传感器信息获取和终端控制模块控制相互关联起来，在应用程序设计时一一对应。

当获取土壤温湿度传感器20的温度或湿度到达上限阀值之后，信息机发送控制命令到无线强电控制模块9断开电源，加热管和水泵11停止工作，发送控制命令到继电器模块17控制步进电机18反向转动带动传送带关闭滴灌喷头15。阳台1上沿的空气温湿度传感器模块25仅获取阳台1环境的温度和湿度，不作为控制判定参数使用；采用滴灌技术，水泵11的出水量要适当调节，不宜过大；加热管26只是在环境温度变化大时或是特定的植物特定生长阶段使用，大部分处于停止工作状态，可以手动关闭，在必要时候开启。

特定植物在特定生长阶段需要长时间光线照射的时候，光线强度传感器模块24获取当前光线强度值，通过Zigbee无线传感器模块19发送到信息机上，判断获取的光线强度值低于系统设定的阀值则发送控制命令到无线强电控制模块9接通电源开关使得LED灯28发光，通过信息机调节LED灯28发光强度以获取适合范围的光线强度，当外界条件达到光线强度范围，发送命令到无线强电控制模块9断开电源，关闭LED灯28。

光照传感器模块22安装在阳台1太阳光可以照射到的地方，光照传感器模块22获取当前太阳光的强度值无线发送到信息机，得到的太阳光强度值过大，信息机发送控制命令到无线控制插座8通电打开卷帘电机6正向带动转轴4转动，放下卷帘3遮光；当光照强度低于系统设定阀值的时候，发送控制卷帘电机6反向带动转轴4转动，遮光卷帘3升起。

雨滴-结露传感器模块23安装在阳台1可以获取雨滴和结露的地方，雨滴-结露传感器模块23获取当前雨滴和结露情况，没有雨滴和结露的时候卷帘电机6反向带动转轴4转动，遮雨卷帘3升起；当下雨或是结露过多的时候，信息机获取土壤温湿度传感器20的值，当土壤湿度大于系统设定阀值的时候，发送命令给无线控制插座8通电打开卷帘电机6正向带动转轴4转动，放下卷帘3遮雨，检测到没有雨滴和结露的时候卷帘3正常卷起。卷帘3使用的材料应具有透光性率低和不透水的性能，各个电路板模块外加装塑料保护模具。

摄像头2安装在阳台1上空楼顶平面上，摄像头自带WIFI功能，通过无线路由器与智能手机互联，在外打开智能手机客户端控制摄像头镜头自由转动，查看阳台1实时情形，当通过摄像头发现实际的情况和阳台1状态在智能手机上显示不符时，通过手动点击应用软件按钮发送控制命令；同样，各个传感器模块信息通过信息机，经由无线路由器与智能手机连接在应用软件上显示；根据实际情形，智能手机通过客户端点击发送控制命令，该命令经过无线网络传送到指定终端控制模块实现智能控制目的。

以上发明仅为实施示范案例，并不加以限制本发明，一种家居阳台绿化智能控制装置的阳台1尺寸可以不一样，花盆和传感器数量可以增加或减少；在本发明原则范围内的等同替换，均包含在本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种家居阳台绿化智能控制装置，包括传感器模块、终端设备控制模块、信息机、摄像头和智能手机五个组成部分，其特征是：

不同尺寸的种植植物花盆(13)摆放在阳台(1)之中，土壤温湿度传感器(20)与探头(14)用导线(7)连接，探头(14)直接埋入花盆(13)土壤中，土壤温湿度传感器(20)与Zigbee无线传感器模块(19)设计在同一块电路板上，电路板安装对应花盆(13)旁的阳台(1)平面上；加热管(26)位于花盆(13)的底部，加热管(26)与塑料保护导线(27)互为一个整体，塑料保护导线(27)与导线(7)连接到无线强电控制模块(9)上，塑料保护导线(27)接口高于花盆(13)两厘米；

步进电机(18)与继电器模块(17)使用导线(7)连接，步进电机(18)与滴灌喷头(15)通过电机传送带连接，滴灌喷头(15)嵌在输水管(10)之中，继电器模块(17)电路板嵌套有Zigbee无线传感器模块(19)；储水箱(12)位于阳台(1)一侧，放在储水箱(12)中的水泵(11)和液位传感器(21)利用导线(7)与无线强电控制模块(9)连接，无线强电控制模块(9)电路板嵌套有Zigbee无线传感器模块(19)，输水管(10)一部分与水泵(11)连接，另一部分横放在花盆(13)之上，每个滴灌喷头(15)对准花盆(13)中土壤；

空气温湿度传感器模块(25)、光线强度传感器模块(24)、雨滴-结露传感器模块(23)和光照传感器模块(22)安装在阳台(1)边沿，这四个传感器模块电路中嵌套有Zigbee无线传感器模块(19)；卷帘(3)安装在阳台(1)上空的横梁表面，卷帘电机(6)固定在卷帘(3)一侧，卷帘电机(6)的转轴(4)横贯在卷帘(3)内部，卷帘电机(6)和无线控制插座(8)使用控制数据线(5)与导线(7)连接；

LED灯(28)安装在阳台(1)上空楼顶平面或是安装在阳台(1)对面的墙面上，LED灯(28)和无线强电控制模块(9)处在同一平面上，它们之间通过导线(7)连接；摄像头(2)安装在阳台(1)上空楼顶平面上，信息机与无线路由器使用网线连接，摄像头(2)通过WIFI信号与无线路由器连接到网络，无线路由器使用网线接入Internet互联网络，智能手机使用自带的WIFI模块与无线路由器连接，信息机与无线路由器放在与阳台相近的房间当中;

智能手机、信息机、带无线功能的摄像头(2)与无线路由器为中心构建的网络无线连接，信息机电路板嵌套有Zigbee无线传感器模块(19)，信息机与传感器、终端控制通过Zigbee无线传感器模块(19)无线连接，摄像头(2)镜头对准整个阳台，自由转动的摄像头(2)镜头调整视觉角度。

2.根据权利要求1所述一种家居阳台绿化智能控制装置，其特征是：所述光线强度传感器模块(24)在LED灯(28)照射范围之内，安装在阳台(1)边沿的雨滴-结露传感器模块(23)在接收到雨滴-结露的范围之内，安装在阳台边沿光照传感器模块(22)正常情况下有阳光照射，卷帘3使用透光性率低并且不透水的材料，各个电路板模块外加装塑料保护模具。

3.根据权利要求1所述一种家居阳台绿化智能控制装置，其特征是：所述信息机是能够安装嵌入式操作系统的嵌入式处理平台，带有Zigbee通信模块；手机是正常运行该装置应用软件的智能手机。