CN111103818A - 家用智能浇花器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种具备单片机与传感器等核心设备的智能家电，通过RaspberryPi单片机和EC‑5土壤水分传感器等部件和微信小程序端的开发应用和搭接，完成浇花器实物和手机操作端的结合，旨在解决养花用户面临的长期出行时的浇花不便、新手浇花经验不足等难题，囊括用户日常各项养花需求，同时满足经济适用的效果。本发明主要可实现以下四项功能：(1)自动定时浇花；(2)智能浇花；(3)“花友圈”，即养花用户间的沟通交流平台，类似于微信“朋友圈”；(4)盆栽性能实时评估，该功能可实时反馈盆栽pH值、周围光照强度等情况，并通过摄像端实时上传盆栽现况图。
Description
技术领域
一种借助单片机与传感器等核心设备的智能家电。通过单片机和传感器等的开发使用，由开发者预置数据，通过实测数值与预置数值进行比对，可实现对盆栽的智能浇花。在实现智能浇花的硬件基础上，为充分满足用户使用体验，开发编写了包含多功能的微信端小程序，以解决养花用户面临的长期出行时的浇花不便、养花新手的浇花经验不足等难题，囊括用户日常各项养花需求。
背景技术
随着现今越来越多的人将养花作为爱好，不少问题也随之产生。其中，最为主要的便是人工浇花带来的局限性。为解决养花者外出导致的无人浇花难题，可研究出一款家用自动浇花器。目前市面上的自动浇花器主要功能为定时浇花，但缺少能够实现单片机自动判断并控制浇花这一功能的产品。
选用传统家庭蓄水箱和热水器常用增压水泵作为供水装置，利用单片机和布设的土壤水分传感器、pH值传感器、光照强度传感器、摄像头等部件获取植物多方面的健康参数，并使用微信小程序作为远程控制平台。不同植物最优需水量的数据由前期实验得到，并预置于控制程序中，通过实测数值与预置数值进行比对，可实现对盆栽的智能浇花，达到经济适用的效果，囊括用户日常各项养花需求。
发明内容
现代社会不断发展，使得人们的生活质量不断提升。在当下，越来越多的人喜爱在家中种植盆栽。然而与此同时，养盆栽过程产生了许多问题。其中，比较关键的一个问题是人工浇花的局限性：当养花者因事外出等长期不在家中时，不能及时对盆栽进行水分补充，给生活带来了不便；如果养花者是新手，不一定能做到针对不同种类的盆栽进行适当浇水，这对盆栽生长可能会产生不利的影响。
为了满足人们多功能、多元化的需求，且现在的各种工具为人所用，都在考虑智能的理念，研究提出了智能浇花器的构想。目前，市面上主流的自动浇花产品只能实现在每天的固定时段浇水，并且浇水量也只能根据设置好的内置参数固定，缺乏灵活性，无法很好地适应植物本身对水的需求量。另一大缺点是人们不能对浇花装置进行远程控制，而仅仅只是满足了日常的需求，对于在外长时间出差等情况来说适用程度仍远远不足。此外，浇花的水量等参数难以由用户掌控，可能存在水量过多，植物根系缺氧的情况；或水量不够，植物接近萎靡的问题。此外，目前市面上较为智能的浇花设备主要是主要针对大型农田，装置体型巨大笨重，需要较大的空间，无法在家庭或办公室等领域使用，而针对个人或家庭使用的智能浇花器产品开发目前相对空白，拥有巨大的市场前景。因此，我们的项目研究致力于：(1)实现自动浇花器的远程遥控功能，使得即使远在万里，也可以实现浇花。(2)达到实时监控的目的，可以随时观看植物的生长状况和一些健康参数。(3)控制浇水量和浇水时间等，使植物处于最适应的生长状态。(4)在实现以上功能的基础上，搭建养花用户间的沟通交流平台，用户在该平台上可与其他用户进行实时养花经验分享、养花知识查询和维护个人信息等，可有效提高养花的趣味性和交互性。
自动浇花器主要包括网页控制端、蓄水输水装置、土壤含水量测定传感器和数据处理单片机等部分。考虑到家庭用浇花器的成本问题和环保理念，计划选用性价比相对合适的材料进行制作。其中，输水装置包含水箱、水泵等主要部件，主要用于实现水的储存和供应；土壤含水量传感器通过对土壤水分的测量，将数据反馈至单片机；单片机依照所选模式，整合网页控制端设定数据或内置数据，控制阀门启闭，实现自动浇花过程。
小程序控制端为用户提供选择操作的可能性，能实现手动设置定时浇花与智能浇花的功能，旨在向更加智能的方向靠近，即通过分成不同的模块并进行搭接，最终形成一套集小程序端和装置设备端为一体的完整的系统和装置。其中对于智能浇花模块，可利用移动网络可以实现远程控制；对于植物状况实时监测模块，可进行植物健康状况的实时评估。
家用智能浇花器蓄水输水装置由水箱、水泵和管道等构成，并由与单片机相连接的阀门控制启闭。其中水箱选用常见方形储水箱，水泵选用普通自来水增压泵，并采用直流电源可控电动球阀。在水箱出口处配一水泵，以保障水的正常流出；水泵后接阀门，在单片机比对数据满足浇水条件后可自动开启，从而使水沿着管道流向盆栽土壤内。用户在实际操作时，应预先在水箱中储备一定量水。
在实现智能浇花的硬件基础上，为充分满足用户使用体验，我们开发编写了包含多功能的微信端小程序，以囊括用户日常各项养花需求。其各项功能简介如下：
(1)自动定时浇花功能。通过人工设定浇花时间与间隔，以实现自动控阀浇花过程。这一点与市场现有的大部分自动浇花器功能契合，但对其操作便宜度进行了优化，用户可直接通过手机操作实现自动浇花；
(2)智能浇花功能。该功能主要面向长期出行的养花人或养花新手，单片机通过获取用户提前选定的盆栽种类及其他参数数据，并及时通过将土壤水分传感器反馈的数据与内置数据比对后，实现无人控制浇花；
(3)“花友圈”功能。“花友圈”为养花用户间的沟通交流平台，类似于微信“朋友圈”，但功能更加丰富。用户在“花友圈”平台上可与其他用户进行实时养花经验分享、养花知识查询和维护个人信息等，可有效提高养花的趣味性和交互性；
(4)盆栽性能实时评估功能。该功能可实时反馈盆栽pH值、周围光照强度等情况，并通过摄像端实时上传盆栽现况图，为用户远程实时监控盆栽长势带来便利，用户可参考性能情况合理控制浇花过程。
附图说明
图1是装置各主要部分关联示意图。
图2是单片机与其他部分关联框架图。
图3是水阀，其中白线与单片机连接。
图4是本发明利用到的土壤含水率传感器EC-5。
图5是本发明利用到土壤pH值传感器。
图6是R11-11光强度传感器。
图7是raspberryPi单片机。
图8是土壤湿度传感器及摄像头连接图。
图9是微信小程序开放界面图。
图10是“花友圈”功能截图。
具体实施方式
1.硬件部分
家用智能浇花器蓄水输水装置由水箱、水泵和管道等构成，并由与单片机相连接的阀门控制启闭。其中水箱选用常见方形储水箱，水泵选用普通自来水增压泵，并采用直流电源可控电动球阀。
监测部分的主体为树莓派3代B型单片机，配合摄像头、土壤湿度传感器、pH传感器、光照传感器，实现对于盆栽的全方位监控。
利用python语言实现了自动浇花功能。一方面可以在设定好间隔时间的前提下，对植物进行定时浇花；另一方面，通过土壤湿度传感器取得土壤体积含水率后，通过和内置的数据进行比较，确定是否要进行浇水，从而实现了智能化的浇水模式。
阀门的启闭也是由python编程进行控制。通过改变GPIO引脚电平的高低，将阀门进行开启或者关闭。
摄像头直接连在单片机上，通过定时运行程序，控制摄像头拍摄照片，并将照片保存至相应的文件夹。
土壤湿度、pH传感器和光照传感器直接与单片机相连，通过各个传感器自带的通信协议，将传感器测量到的数据传输到单片机中，由树莓派进行数据的储存和分析。
2.软件部分
研究完成了网页搭建。在单片机内安装了Apache，将其作为一台服务器，提供网页服务。在此基础上，我们编写了自己的网页。网页主要有以下两个功能：第一，展示监测到的数据，如土壤湿度、pH值、光照强度以及拍摄到的照片；第二，对浇花功能进行设置，可以选择进行定时浇花还是智能浇花，定时浇花需要设置间隔时间，智能浇花需要设置土壤类型(营养土、砂土、壤土、粘土)和花的种类。
在网页的基础上，研究尝试开发微信小程序。微信小程序使用的语言包括wxml、wxss、 JavaScript等，其中wxml类似于html，wxss类似于css，这些语言都是在网页开发中常常用到的。之前网页的搭建对开发微信小程序起到了重要的帮助作用。
微信小程序功能在覆盖网页所有功能的基础上，增加了“花友圈”这一功能。这一灵感来自于微信朋友圈和知乎，可供花友提问、回答，展示自己的养花成果，为花友提供了相互沟通的渠道。
Claims (3)
1.本发明为一种自动浇花装置，其特征在于利用多个传感器的测量数据和单片机内预设的植物资料，实现用户对植物浇水的远程操作，或利用该装置进行自动浇水，用户可选择自行设置定时定量浇水，或依据传感器数据智能浇水两种浇花模式。
2.浇花装置所配套开发的微信小程序，具体特征为：实现远程查看盆栽的土壤含水量、pH值、环境光照强度、实时长势图像等状态。
3.浇花装置提供用户在线经验交流的平台，具体功能为：搭建养花用户间的沟通交流平台，用户在该平台上可与其他用户进行实时养花经验分享、养花知识查询和维护个人信息。
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