CN105700590A

CN105700590A - Android系统下的智能植物生长柜测控装置

Info

Publication number: CN105700590A
Application number: CN201410697144.7A
Authority: CN
Inventors: 梁帆; 代凤辉
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-22

Abstract

一种Android系统下的智能植物生长柜测控装置，包括上位机Android系统主控模块(1）；其特征在于，还包括与Android系统主控模块（1）相连的摄像头模块（2）、wifi模块（3）和触摸屏（4）；与Android系统主控模块（1）相连的下位机单片机控制模块（5）；连接上位机Android系统主控模块（1）与下位机单片机控制模块（5）的USB转串口线（6）；与下位机单片机控制模块相连的温湿度二氧化碳一体变送器（7）、光照度传感器模块（8）和温度传感器模块（9）三个采集模块；与下位机单片机控制模块连接的压缩机（10）、加热棒（11）、雾化器（12）、气泵（13）和LED灯光板（14）五个生长柜中环境调节设备，结构简明，操作方便，功能强大，具有一定推广实用价值。

Description

Android系统下的智能植物生长柜测控装置

技术领域

本发明涉及一种基于Android系统的智能植物生长柜测控装置，具体来说是涉及一种在Android系统的智能植物生长柜中环境的测控设备，利用Android（Cortex_A9）友好的人机交互界面显示和操作stm32单片机，共同完成对智能植物生长柜中植物生长环境多参数的实时监测与控制，从而使智能生长柜中的植物得到更适宜的生长条件，属于现代农业监控领域。

背景技术

Android系统下的智能植物生长柜测控装置是专门为生长柜中植物的生长环境提供的监测与控制装置。智能植物生长柜是模拟自然界中的植物生长环境，影响植物生长的主要条件有环境温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等。一种参量变化或多种参量同时变化，都会对植物生长产生很大影响，这也对植物生长柜的测控装置提出更高要求。当前智能植物生长柜测控装置也有不少，但同时模拟自然界五个参量的智能植物生长柜很少见，而且用最新流行的Android系统作为智能植物生长柜的测控中心更是没有。通常的智能植物生长柜测控装置通常存有不足之处：或硬件资源有限或操作界面不友好或成本太高，导致相关指标较差及无法普及使用。

陕西旭田光电农业科技有限公司开发的一种植物生长柜控制系统总控单元作为智能植物生长柜的监测与控制中心，实现生长柜的环境参数的采集与控制。通过温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度传感器采集到的数据首先发送到单片机进行处理，紧接发送到触摸屏显示，同时可以通过触摸屏控制驱动外围设备调节生长柜的生长环境。

该智能生长柜的测控装置存在如下缺陷：

1、虽然实现了单片机对各个传感器的数据处理及外围设备的控制，但由于硬件资源和CPU的局限无法实现生长柜的进一步开发，例如摄像头、wifi通信无法同时架构等。

2、该单片机的测控装置不具有存储、记忆和查询功能，不利于对智能植物生长柜的环境参数跟踪。

3、由于单片机功能的局限性，无法开发出丰富多彩的人机交互界面，而且单片机驱动的触摸屏灵敏度以及分辨率比较低，人机交互效果不好。

上海精胜科学仪器公司生产的智能植物生长箱采用微电脑全智能控制系统作为智能植物生长柜的监控中心，处理生长柜的环境参数送到液晶触摸彩色视屏显示，而且可以通过触摸屏进行环境参数设置控制驱动外围设备调节生长柜的环境。

该智能生长柜的测控装置存在如下缺陷：

1、使用微电脑作控制中心，虽然拥有了丰富的硬件资源和强大的CPU，但是仍不能查看生长柜内部的情况，实时性效果不好。

2、微电脑成本高，不利于智能植物生长柜的普及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型智能植物生长柜的测控装置。通过采用Android系统与stm32单片机的合理设计，实现对智能植物生长柜中五个环境参数正确采集、处理、显示以及控制，为植物的生长创造适宜的条件，同时通过Android系统下的摄像头查看生长柜中植物的生长状况，解决了现有智能植物生长柜测控装置仅针对单一参量或较少参量的监测与控制、无法跟踪生长柜的环境参数、生产成本高等问题。

本发明的具体技术内容：

本发明的Android系统的智能植物生长柜测控装置具有上位机Android系统主控模块(1）；其特征在于，还包括与Android系统主控模块（1）相连的摄像头模块（2）、wifi模块（3）和触摸屏（4）；与Android系统主控模块（1）相连的下位机单片机控制模块（5）；连接上位机Android系统主控模块（1）与下位机单片机控制模块（5）的USB转串口线（6）；与下位机单片机控制模块相连的温湿度二氧化碳一体变送器（7）、光照度传感器模块（8）和温度传感器模块（9）三个采集模块；与下位机单片机控制模块连接的压缩机（10）、加热棒（11）、雾化器（12）、气泵（13）和LED灯光板（14）五个生长柜中环境调节设备。

所述的主控模块为最新的Android4.0系统，硬件资源为Cortex-A9ARM，通过串口与下位机单片机进行通信，对生长柜中环境参数进行监控。

所述的与Android系统主控模块相连的摄像头和LCD触摸屏在Android系统下随时查看植物生长状况和环境参数。

所述的下位机单片机控制模块控制温湿度二氧化碳一体变送器、光照度传感器和温度传感器五个传感器对智能植物生长柜中环境参数的采集，并通过串口将数据发送到Android系统主控模块进行处理与显示。

所述的智能植物生长柜中环境调节设备为压缩机制冷、加热棒加热、雾化器加湿、气泵使二氧化碳发生装置启动以及根据时间调节LED灯光板。

本发明的智能植物生长柜的测控装置由Android设备9的FS_V210系统开发板和基于stm32开发板13的stm32单片机两大部分组成，两者之间通过USB转串口线USB接口端7进行连接，摄像头模块10和wifi模块6与Android设备9的FS_V210系统开发板相连，CO2-T100温湿度二氧化碳一体变送器15、KZD-V3-1光照度传感器11和DS18B20温度传感器14五个传感器与基于stm32开发板13的stm32单片机连接，与基于stm32开发板13的stm32单片机相连接的还有加热棒16、压缩机17、雾化器18和气泵19。

根据本发明，采用stm32单片机作为下位机数据采集与驱动外围设备调节智能植物生长柜环境参数的控制中心。

根据本发明，stm32单片机将采集到的各传感器数据通过USB转串口发送到运行Android系统的FS_V210开发板。

根据本发明，在Android系统下对串口接收到的数据进行处理和显示，并且调用摄像头查看生长柜中植物生长状况。

根据本发明，通过Android设备触摸屏设置传感器的上下限，由stm32单片机负责驱动相应外围设备调节环境。

工作过程描述：

下位机基于stm32开发板的stm32单片机负责控制CO2-T100温湿度二氧化碳一体变送器、KZD-V3-1光照度传感器和DS18B20温度传感器对生长柜中的空气温湿度、二氧化碳浓度、光照强度及营养液温度五个参数进行采集、然后通过USB转串口发送到Android系统下，在该平台上进行数据处理，并实时显示在触摸屏上，此外创建数据库用以存放接收的各传感器数据，以方便记录研究。通过触摸屏向下位机stm32发送四个传感器的上下限调节值，生长柜中空气温度超过设置上限值stm32单片机驱动压缩机进行制冷，空气温度低于设置下限值stm32单片机驱动加热棒进行加热，营养液温度也是通过该方法进行控制；生长柜中湿度只会降低，所以超过设置下限值，stm32单片机驱动雾化器进行加湿；生长柜中湿度只会降低，二氧化碳浓度低于设置下限值，stm32单片机则会驱动气泵使二氧化碳发生装置产生二氧化碳，准确的控制智能生长柜中的环境；光照强度是根据时间改变的，在Android系统中通过软件定时发送时间到stm32单片机，由单片机调节LED灯光板。Android系统中调用摄像头随时查看智能植物生长柜中的植物生长状况，以避免环境条件不适宜或种子问题造成损失。

本发明与现有技术相比所具有的优点及效果，最好能从结构上进行分析，并具有适当的数据。

1、采用Android系统和单片机的合理设计，通过USB转串进行通信，相互补充不足，既克服了Android系统底层驱动开发周期长的难题，又解决了单片机CPU处理速度慢和硬件资源不足的问题，本发明结构简明，开发效率高，实用性强。

2、下位机stm32单片机的外围设备有CO2-T100温湿度二氧化碳一体变送器、KZD-V3-1光照度传感器和DS18B20温度传感器五个传感器，环境参数调节设备有压缩机、加热棒、雾化器、气泵。通过五个传感器比以往小于五个传感器的测控装置更准确地调控植物生长的环境，加上调节机构，植物生长条件更加优越。

3、在Android系统下创建数据库存储各传感器的数据，方便随时查询智能植物生长柜中某时刻环境参数，植物生长状况的问题查找以及研究具有重大意义。

4、Android系统能开发出丰富多彩的交互界面，而且驱动的触摸屏灵敏度以及分辨率高，设计更加人性化。

5、Android操作系统拥有强大的软件系统，通过软件驱动摄像头查看生长柜中植物的生长状况，无需开发底层驱动。提高开发效率。

6、Android系统的移植性好，操作简单，成本低，在生活中随处可见，有利于智能植物生长柜的普及。

说明书附图

图1智能植物生长柜结构示意图

图2智能植物生长柜测控装置示意图

下面是图1-2的标号说明。

1-Android系统下的智能植物生长柜2-智能植物生长柜的测控装置

3-LED灯光板4-植物生长槽

5-植物生长柜电源开关6-wifi无线模块

7-USB转串口线USB接口端8-Android设备电源接口

9-Android设备10-摄像头模块

11-KZD-V3-1光照度传感器12-stm32单片机电源接口

13-stm32开发板14-DS18B20温度传感器

15-CO2-T100温湿度二氧化碳一体变送器16-加热棒

17-压缩机18-雾化器

19-气泵。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种基于Android系统的智能植物生长柜测控装置的智能植物生长柜结构示意图，Android系统下的智能植物生长柜智能植物生长柜1为竖立长方体，Android系统下的智能植物生长柜测控装置2安装在1的右上角。

如图2所示，本发明一种基于Android系统的智能植物生长柜测控装置的智能植物生长柜测控装置示意图，包括有Android系统下的智能植物生长柜1、智能植物生长柜的测控装置2、LED灯光板3、植物生长槽4、植物生长柜电源开关5、wifi无线模块6、USB转串口线USB接口端7、Android设备电源接口8、Android设备9、摄像头模块10、KZD-V3-1光照度传感器11、stm32单片机电源接口12、stm32开发板13、DS18B20温度传感器14、CO2-T100温湿度二氧化碳一体变送器15、加热棒16、压缩机17、雾化器18、气泵19。

运行Android设备9的FS_V210系统开发板，Android设备电源接口8通电后，进入Android系统，可以启动摄像头模块10进行监控，USB接口端USB转串口线7连接FS_V210开发板的USB接口和stm32单片机串口，wifi无线模块6通过USB接口连接。

stm32开发板13负责操作CO2-T100温湿度二氧化碳一体变送器15、KZD-V3-1光照度传感器11、DS18B20温度传感器14各个传感器的数据采集，并且根据上下限设置值通过IO口驱动相应调节环境参数的外围设备加热棒16、压缩机17、雾化器18和气泵19，同时将数据通过串口发送到Android设备9的FS_V210系统开发板进行处理与显示。

Claims

1.一种Android系统下的智能植物生长柜测控装置，具有上位机Android系统主控模块(1）；其特征在于，还包括与Android系统主控模块（1）相连的摄像头模块（2）、wifi模块（3）和触摸屏（4）；与Android系统主控模块（1）相连的下位机单片机控制模块（5）；连接上位机Android系统主控模块（1）与下位机单片机控制模块（5）的USB转串口线（6）；与下位机单片机控制模块相连的温湿度二氧化碳一体变送器（7）、光照度传感器模块（8）和温度传感器模块（9）三个采集模块；与下位机单片机控制模块连接的压缩机（10）、加热棒（11）、雾化器（12）、气泵（13）和LED灯光板（14）五个生长柜中环境调节设备。

2.根据权利要求1所述的Android系统下的智能植物生长柜测控装置，其特征在于：所述的主控模块为最新的Android4.0系统，硬件资源为Cortex-A9ARM，通过串口与下位机单片机进行通信，对生长柜中环境参数进行监控。

3.根据权利要求1所述的Android系统下的智能植物生长柜测控装置，其特征在于：所述的与Android系统主控模块相连的摄像头和LCD触摸屏在Android系统下随时查看植物生长状况和环境参数。

4.根据权利要求1所述的Android系统下的智能植物生长柜测控装置，其特征在于：所述的下位机单片机控制模块控制温湿度二氧化碳一体变送器、光照度传感器和温度传感器五个传感器对智能植物生长柜中环境参数的采集，并通过串口将数据发送到Android系统主控模块进行处理与显示。

5.根据权利要求1所述的Android系统下的智能植物生长柜测控装置，其特征在于：所述的智能植物生长柜中环境调节设备为压缩机制冷、加热棒加热、雾化器加湿、气泵使二氧化碳发生装置启动以及根据时间调节LED灯光板。