CN111413912A - 一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统 - Google Patents

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许一辉
余威明
毛显惯
谢浩扬
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刘晟
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Abstract

本发明公开了智慧农业领域的一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，包括一触控面板，所述触控面板内部设有主控制器、电源模块、OLED显示屏、按键与LED指示灯、时钟模块、EEPROM存储器和WIFI通信模块，所述主控制器分别与电源模块、OLED显示屏、按键与LED指示灯、时钟模块、EEPROM存储器、WIFI通信模块相连，所述主控制器通过WIFI通信模块与外部手机或者远程电脑通信连接，所述主控制器通过数据线与温湿度传感器相连，所述主控制器通过继电器分别与4路植物生长灯、气泵、压缩机和风机相连，实现种植的极致体验，用户界面友好，开启和设置简单，造价成本低，可模块化用于各种新开发的种植设备上。

Description

一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统
技术领域
本发明涉及智慧农业技术领域，具体为一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统。
背景技术
随着人民生活水平的不断提升，人们对食品安全和特定环境(如，家居空间、办公场所、餐厅、边防哨所等)绿植的要求越来越高。特定场所的种植不但能改善环境调节心境，还能提供绿色安全的蔬菜、香草、中药材、菌菇等。普通人在种植管养上往往无太多精力或缺乏经验，急需操作简便、种植效果好的智能种植设备满足人们的种植需求，同时解决种植管养难点。种植设备能实现智能化的关键就是控制系统。通过控制系统提供了一个能够满足植物生长各阶段生理需求的微环境，无需太多的人工干预就能让人们密切关注植物生长状态，欣赏植物生长全过程。嵌入式种植硬件系统模块可灵活组合到各种智能种植设备上，方便各厂家开发个性化和差异化的种植设备。
目前，智能种植设备上的控制系统多为固定参数的种植模式，即种植需要的光、温、水、气、肥条件为固定值。固定的种植参数意味着所能适用的种植对象范围窄，比如常见仅适用于蔬菜的种植。根本不能满足人们不同的种植需求。能够实现多种种植条件的控制系统目前多数采用PLC集成，这种系统的价格非常昂贵，不利于在家庭、办公、餐饮场所使用的种植设备上运用。
基于此，本发明设计了一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，以解决上述提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种触控面板、操作简单，可嵌入种植设备使用的种植控制系统。该系统通过传感器监测种植环境的温湿度，并通过WIFI远程输送主板命令控制相应负载改变温湿度以及控制光周期参数。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，包括一触控面板，所述触控面板内部设有主控制器、电源模块、OLED显示屏、按键与LED指示灯、时钟模块、EEPROM存储器和WIFI通信模块，，所述主控制器分别与电源模块、OLED显示屏、按键与LED指示灯、时钟模块、EEPROM存储器、WIFI通信模块相连，所述主控制器通过WIFI通信模块与外部手机或者远程电脑通信连接，所述主控制器通过数据线与温湿度传感器相连，所述主控制器通过继电器分别与4路植物生长灯、气泵、压缩机和风机相连
优选的，所述主控制器采用STC15F2K16S2单片机。
优选的，所述电源模块包括外部电源接口、DC/DC转换芯片和线性稳压芯片，外部电源供电采用12V直流电源，通过DC/DC转换芯片稳压得到5V直流电源，再以线性稳压芯片将5V电源稳压得到3.3V直流电源，所述DC/DC转换芯片采用MP2307DC/DC转换芯片，所述线性稳压芯片采用AMS1117-3.3线性稳压芯片。
优选的，所述按键与LED指示灯包括“←、→、↑、↓、电源、确定”六个按键和“电源、通风、除湿、保湿、光合、气泵、水泵、制冷”八个工作状态指示LED灯，采用TM1638作为管理芯片，该芯片通过扫描的形式检测按键，驱动LED灯显示，通过三根数据线与主控制器进行通信。
优选的，所述OLED显示屏采用1.3寸的12864OLED显示屏，该显示屏采用SSD1963作为主控芯片，该液晶屏与主控制器之间采用IIC进行通信。
优选的，所述WIFI通信模块采用ESP8266WIFI通信模块，所述WIFI通信模块与主控制器之间采用串口进行通信。
优选的，所述主控制器采用4个继电器控制4路植物生长灯的开关，通过主控制器的四个I/O口进行控制。
优选的，所述时钟模块采用PCF8563芯片，主控制器通过IIC接口与PCF8563芯片进行通信，所述时钟模块连接有备用电池BT1。
优选的，所述EEPROM存储器采用24C02的EEPROM存储芯片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：用户既可直接调用自动专家模式进行傻瓜式种植管养，也可采用手动模式进行种植参数的自设定以摸索更多种植模式，实现更高的种植乐趣并满足更多种植需求，这样才能灵活满足用户个性化、差异化种植需求，可大大节约开发成本，实现种植的极致体验，用户界面友好，开启和设置简单，造价成本低，可模块化用于各种新开发的种植设备上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统原理框图；
图2为本发明触控面板界面图；
图3为本发明主控制器电路图；
图4为本发明电源模块电路图；
图5为本发明OLED显示屏电路图；
图6为本发明按键与LED指示灯电路图；
图7为本发明WIFI通信模块电路图；
图8为本发明植物生长灯驱动电路图；
图9为本发明压缩机与气泵驱动电路图；
图10为本发明时钟模块电路图；
图11为本发明EEPROM存储器电路图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、主控制器；2、电源模块；21、外部电源接口；22、DC/DC转换芯片；23、线性稳压芯片；3、OLED显示屏；4、按键与LED指示灯；5、时钟模块；6、EEPROM存储器；7、温湿度传感器；8、继电器；9、4路植物生长灯；10、气泵；11、压缩机；12、风机；13、WIFI通信模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供一种技术方案：一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，包括一触控面板，所述触控面板内部设有主控制器1、电源模块2、OLED显示屏3、按键与LED指示灯4、时钟模块5、EEPROM存储器6和WIFI通信模块13，，所述主控制器1分别与电源模块2、OLED显示屏3、按键与LED指示灯4、时钟模块5、EEPROM存储器6、WIFI通信模块13相连，所述主控制器1通过WIFI通信模块13与外部手机或者远程电脑通信连接，所述主控制器1通过数据线与温湿度传感器7相连，所述主控制器1通过继电器8分别与4路植物生长灯9、气泵10、压缩机11和风机12相连。
如图3所示，为主控制器1电路图，所述主控制器1采用STC15F2K16S2单片机，STC15F2K16S2单片机内部自动时钟系统和复位电路，只需要给芯片供电，即可使芯片正常工作。
如图4所示，为电源模块2电路图，所述电源模块2包括外部电源接口21、DC/DC转换芯片22和线性稳压芯片23，外部电源供电采用12V直流电源，通过DC/DC转换芯片22稳压得到5V直流电源，再以线性稳压芯片23将5V电源稳压得到3.3V直流电源，所述DC/DC转换芯片22采用MP2307DC/DC转换芯片22，所述线性稳压芯片23采用AMS1117-3.3线性稳压芯片23。
如图5所示，为OLED显示屏3电路图，所述OLED显示屏3采用1.3寸的12864OLED显示屏3，该显示屏采用SSD1963作为主控芯片，该液晶屏与主控制器1之间采用IIC进行通信。
如图6所示，为按键与LED指示灯4电路图，所述按键与LED指示灯4包括“←、→、↑、↓、电源、确定”六个按键和“电源、通风、除湿、保湿、光合、气泵10、水泵、制冷”八个工作状态指示LED灯，显示当前是否在运行状态。采用TM1638作为管理芯片，该芯片通过扫描的形式检测按键，驱动LED灯显示，通过三根数据线与主控制器1进行通信。
如图7所示，为WIFI通信模块13电路图，所述WIFI通信模块13采用ESP8266WIFI通信模块13，所述WIFI通信模块13与主控制器1之间采用串口进行通信。
如图8所示，为植物生长灯驱动电路图，所述主控制器1采用4个继电器8控制4路植物生长灯9的开关，通过主控制器1的四个I/O口进行控制。如图9所示，为压缩机11与气泵10驱动电路图，压缩机11与气泵10驱动电路与植物生长灯的驱动电路类似，也是采用继电器8进行驱动，通过单片机I/O口进行控制。
如图10所示，为时钟模块5电路图，所述时钟模块5采用PCF8563芯片，主控制器1通过IIC接口与PCF8563芯片进行通信，所述时钟模块5连接有备用电池BT1。
如图11所示，为EEPROM存储器6电路图，所述EEPROM存储器6采用24C02的EEPROM存储芯片。
具体工作原理如下所述：
如图1所示，本发明的控制系统以单片机为主控制器1。外部电源供电采用12V直流电源，通过DC/DC转换芯片22稳压得到5V直流电源，再以线性稳压芯片23将5V电源稳压得到3.3V直流电源。通过温湿度传感器7探测环境的温度和湿度，单片机连接一条数据线以读取传感器上的温度和湿度。通过芯片管理用户界面“←、→、↑、↓、电源、确定”按键，同时芯片可驱动用户界面的八个工作状态指示LED灯“电源、通风、除湿、保湿、光合、气泵10、水泵、制冷”显示当前是否在运行状态。通过继电器8驱动4路植物生长灯9、压缩机11和气泵10的开关。通过时钟模块5产生精确的时钟，为整个系统计时。通过存储器来存储系统运行的状态以及设置的参数。通过WIFI通信模块13建立与手机或远程电脑的数据通信，可通过手机或远程电脑操控种植设备的开关，并可将状态信息发送到手机或电脑上。
如图2所示，触控面板界面分为四个区：最上端的OLED屏幕区，中间的工作状态指示区，稍下方的启闭调控区，最下方的标志署名区。OLED屏幕区可显示日期、时间、种植模式类型(自动模式/手动模式)、可变显示(自动模式下显示为叶菜、菌菇、芽菜等具体种植模式；手动模式下显示为具体设定的温湿度数值)、还可将设备制造商标识呈现于屏幕上。工作状态指示区包含电源、通风、除湿、保湿、光合、气泵10、水泵、制冷八种负载，通过系统芯片控制相应的LED灯启闭以显示是否在工作。启闭调控区包含←、→、↑、↓、电源、确定六个按键，←和→键为模式切换，↑和↓键为设定数值的增减，电源键控制控制系统的启闭，确定键记录下模式切换或数值调整到需求时的状态。标志署名区可方便不同种植设备厂家进行品牌或企业宣传。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围的限制。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，其特征在于：包括一触控面板，所述触控面板内部设有主控制器、电源模块、OLED显示屏、按键与LED指示灯、时钟模块、EEPROM存储器和WIFI通信模块，，所述主控制器分别与电源模块、OLED显示屏、按键与LED指示灯、时钟模块、EEPROM存储器、WIFI通信模块相连，所述主控制器通过WIFI通信模块与外部手机或者远程电脑通信连接，所述主控制器通过数据线与温湿度传感器相连，所述主控制器通过继电器分别与4路植物生长灯、气泵、压缩机和风机相连。
2.根据权利要求1所述的一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，其特征在于：所述主控制器采用STC15F2K16S2单片机。
3.根据权利要求1所述的一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，其特征在于：所述电源模块包括外部电源接口、DC/DC转换芯片和线性稳压芯片，外部电源供电采用12V直流电源，通过DC/DC转换芯片稳压得到5V直流电源，再以线性稳压芯片将5V电源稳压得到3.3V直流电源，所述DC/DC转换芯片采用MP2307DC/DC转换芯片，所述线性稳压芯片采用AMS1117-3.3线性稳压芯片。
4.根据权利要求1所述的一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，其特征在于：所述按键与LED指示灯包括“←、→、↑、↓、电源、确定”六个按键和“电源、通风、除湿、保湿、光合、气泵、水泵、制冷”八个工作状态指示LED灯，采用TM1638作为管理芯片，该芯片通过扫描的形式检测按键，驱动LED灯显示，通过三根数据线与主控制器进行通信。
5.根据权利要求1所述的一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，其特征在于：所述OLED显示屏采用1.3寸的12864OLED显示屏，该显示屏采用SSD1963作为主控芯片，该液晶屏与主控制器之间采用IIC进行通信。
6.根据权利要求1所述的一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，其特征在于：所述WIFI通信模块采用ESP8266WIFI通信模块，所述WIFI通信模块与主控制器之间采用串口进行通信。
7.根据权利要求1所述的一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，其特征在于：所述主控制器采用4个继电器控制4路植物生长灯的开关，通过主控制器的四个I/O口进行控制。
8.根据权利要求1所述的一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，其特征在于：所述时钟模块采用PCF8563芯片，主控制器通过IIC接口与PCF8563芯片进行通信，所述时钟模块连接有备用电池BT1。
9.根据权利要求1所述的一种在种植设备上应用的多模式智能感知控制系统，其特征在于：所述EEPROM存储器采用24C02的EEPROM存储芯片。
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