CN206078306U - 一种基于物联网的家庭智能温室系统 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网的家庭智能温室系统，属于物联网技术领域；该系统包括：亚克力温室箱、系统感知层、系统应用层和系统网络层；所述系统感知层包括：ZigBee网络装置、设置于亚克力温室箱中的检测设备和执行设备；所述系统应用层包括移动终端；所述系统网络层包括智能网关控制器；本实用新型可根据用户需求选择，系统规模灵活多变，具备对植物生长环境所必需的光照、温度、土壤水分、环境湿度等条件的实时检测及控制功能，可将各类传感器采集的温室环境数据及温室内设备运行情况实时上传至用户的各类移动终端设备中，用户可通过移动终端不受距离限制地采集温室内的环境数据，并且控制温室内部各类执行机构设备。

Description

一种基于物联网的家庭智能温室系统

技术领域

本实用新型属于物联网技术领域，具体涉及一种基于物联网的家庭智能温室系统。

背景技术

随着生活科技的发展，人们对生活质量的要求逐步提升，绿色环境对与人们的健康生活越来越重要，快节奏下生活的城市人群对自然和绿色有着强烈的向往，人们想在家中拥有一片绿色，却又无暇顾及对植物的呵护与培养。

国内外对智能温室的研究普遍集中在农业生产领域，考虑到成本、功耗、开发难度等因素，家庭环境内的智能温室无论在技术研究领域还是市场层面都有着相当大的空白。所以现在急需一种家庭智能温室，可通过移动终端不受距离限制地采集温室内的环境数据，并且控制温室内部各类执行设备。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型提供一种基于物联网的家庭智能温室系统。

本实用新型的技术方案：

一种基于物联网的家庭智能温室系统，包括：

亚克力温室箱、系统感知层、系统应用层和系统网络层；

所述系统感知层包括：ZigBee网络装置、设置于亚克力温室箱中的检测设备和执行设备；所述系统应用层包括移动终端；所述系统网络层包括智能网关控制器；

所述检测设备包括环境温湿度传感器、土壤湿度传感器和环境光照强度传感器；所述执行设备包括加热灯、加湿装置、滴灌、风扇和植物蓝紫光灯；所述风扇包括：散热风扇、右侧除湿进风风扇和左侧除湿出风风扇；所述滴灌包括滴灌进水管和滴灌喷头。

所述检测设备和执行机构设备分别与ZigBee网络装置连接，ZigBee网络装置与智能网关控制器连接，智能网关控制器与移动终端连接。

所述智能网关控制器通过带有SPI接口的以太网网络模块与移动终端无线连接。

所述ZigBee网络装置包括ZigBee协调器和ZigBee功能节点，ZigBee协调器通过UART串口与智能网关控制器连接，ZigBee协调器与ZigBee功能节点连接，ZigBee功能节点分别连接检测设备和执行设备。ZigBee功能节点包括：ZigBee环境温湿度节点、ZigBee光照节点和ZigBee土壤湿度节点。

所述亚克力温室箱包括：亚克力箱体、水槽排水管、潜水泵、水桶、亚克力支撑筋骨、土壤过滤棉、水槽、栽培土、可开闭顶盖和铁丝网；

所述亚克力箱体与可开闭顶盖通过亚克力合页相连，铁丝网和植物蓝紫光灯放置在可开闭顶盖上，加热灯和散热风扇放置在铁丝网上；右侧除湿进风风扇和左侧除湿出风风扇分别悬挂在亚克力箱体两侧的排风口上；土壤过滤棉放置于亚克力箱体内底部；栽培土放置于土壤过滤棉上；滴灌进水管一端与放置在水桶中的潜水泵相连，另一端埋在栽培土中并与多个滴灌喷头相连；水槽排水管连接水槽和水桶，水槽设置在亚克力箱体下方；亚克力支撑筋骨与亚克力箱体外底部连接；加湿装置放置于栽培土上；土壤湿度传感器插在栽培土中，环境光照强度传感器和环境温湿度传感器设置与亚克力箱体内。

有益效果：本实用新型的一种基于物联网的家庭智能温室系统与现有技术相比，具有如下优势：

(1)针对家居环境而设计，功能可根据用户需求选择，系统规模灵活多变，适用范围广，方便用户搭建造景；

(2)具备对植物生长环境所必需的光照、温度、土壤水分、环境湿度等条件的实时检测及相关控制功能，用户可根据自身栽培植物种类选择智能温室具备的各项功能，同时根据用户的种植规模和家居面积大小，灵活选择系统的大小和规模，并轻松完成温室搭建和个性化的美观造景；

(3)作为基于物联网的家庭智能温室，可将各类传感器采集的温室环境数据及温室内设备运行情况实时上传至用户的各类移动终端设备中，同时，用户可通过移动终端不受距离限制地采集温室内的环境数据，并且控制温室内部各类执行机构设备。

附图说明

图1是本实用新型一种基于物联网的家庭智能温室系统结构示意图；

图2是本实用新型一种基于物联网的家庭智能温室系统硬件连接示意图；

图3是本实用新型一种基于物联网的家庭智能温室系统的亚克力温室箱、检测设备及执行设备示意图；加热灯1，植物蓝紫光灯2，散热风扇3，右侧除湿进风风扇4，土壤湿度传感器5，滴灌喷头6，滴灌进水管7，水槽排水管8，潜水泵9，水桶10，亚克力支撑筋骨11，土壤过滤棉12，水槽13，栽培土14，加湿装置15，左侧除湿出风风扇16，环境光照强度传感器17，环境温湿度传感器18，可开闭顶盖19，铁丝网20，亚克力箱体21，背景板22。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的一种实施方式作详细说明。

如图1所示，本实施方式的一种基于物联网的家庭智能温室系统，包括：

亚克力温室箱、系统感知层、系统应用层和系统网络层；

所述系统感知层包括：ZigBee网络装置、设置于亚克力温室箱中的检测设备和执行设备；所述ZigBee网络装置由ZigBee cc2530无线模块构成，包括ZigBee协调器和ZigBee功能节点，ZigBee协调器通过UART串口与智能网关控制器通信，ZigBee协调器与ZigBee功能节点连接，ZigBee功能节点分别连接检测设备和执行机构设备。

系统感知层可以实时获取并上传环境参数和报警信号，并控制执行设备；所述检测设备包括环境温湿度传感器、土壤湿度传感器、环境光照强度传感器；所述执行设备包括：加热灯、风扇、加湿装置、滴灌、植物蓝紫光灯；本实施方式中，风扇包括散热风扇、右侧除湿进风风扇和左侧除湿出风风扇；滴灌包括滴灌喷头和滴灌进水管；

所述系统应用层包括多个移动终端；所述移动终端可选用各类运行Android系统的移动设备，例如智能手机、平板电脑，移动终端具有网络连接、系统环境数据显示、系统执行设备状态、控制执行设备、系统报警信号显示的功能；用户通过移动终端，可实时获取家居环境情况，接收环境异常报警，控制处于系统感知层的各类执行设备。

如图2所示，所述系统网络层包括智能网关控制器；智能网关控制器是以STM32F103VCT6芯片作为核心处理器的控制器，智能网关控制器与移动终端通过以太网网络模块连接，以太网网络模块为带有SPI接口的ENC28J60模块，智能网关控制器连接SPI接口，通过ENC28J60网络模块与移动终端无线连接。

智能网关控制器通过串口通信与系统感知层的ZigBee网络装置进行数据交互，实现系统各层间数据实时快捷的交互，确保系统感知层与系统应用层的数据流通，智能网关控制器可以分析系统感知层检测的异常环境报警数据，并向系统感知层发送相应的命令，控制系统感知层的执行设备，处理环境异常并消除报警。

本实施方式中，智能网关控制器上设有控制按钮、LED工作状态指示灯和LCD触摸显示屏。

系统中层间通信协议包括命令协议和数据协议，命令协议包括系统应用层与系统网络层命令协议和系统网络层与系统感知层命令协议，数据协议包括系统网络层与系统感知层数据协议和系统应用层与系统网络层数据协议，系统应用层与系统网络层命令协议和系统应用层与系统网络层数据协议结构为：帧头、长度、地址、类型、命令或数据，系统网络层与系统感知层命令协议和系统网络层与系统感知层数据协议结构为：帧头、长度、地址、类型、命令或数据、结束位高、结束位低。

如图3所示，本实施方式中，亚克力温室箱包括：水槽排水管8、潜水泵9、水桶10、亚克力支撑筋骨11、土壤过滤棉12、水槽13、栽培土14、可开闭顶盖19、铁丝网20、亚克力箱体21和背景板22；

所述亚克力箱体21为拼接式亚克力箱体，加热灯1、散热风扇3放置在铁丝网20上，铁丝网20和植物蓝紫光灯2放置在可开闭顶盖19上，可开闭顶盖19与亚克力箱体21通过亚克力合页相连；右侧除湿进风风扇4和左侧除湿出风风扇16分别悬挂在亚克力箱体21两侧的排风口上；土壤过滤棉12放置于亚克力箱体21内底部，用于防止栽培土14流失并排除栽培土14中多余水分；栽培土14放置于土壤过滤棉12上；滴灌进水管7一端与放置在水桶10中的潜水泵9相连，滴灌进水管7另一端埋在栽培土14中并与多个滴灌喷头6相连；水槽排水管8连接水槽13和水桶10，水槽13设置在亚克力箱体21下方，用于盛放栽培土14多余水分；亚克力支撑筋骨11与亚克力箱体21外底部连接，用于防止亚克力箱体21底面板受力不均；加湿装置15包括加湿器和装水瓷碗，放置于栽培土14上；背景板22设置在亚克力箱体21内背面，用于美化整体亚克力温室箱效果，土壤湿度传感器5插在栽培土14中，环境光照强度传感器17和环境温湿度传感器18设置与亚克力箱体21内，分别用来检测亚克力箱内光照强度和环境温湿度。

本实施方式的基于物联网的家庭智能温室系统工作过程如下：

步骤1：系统感知层的环境温湿度传感器、土壤湿度传感器、环境光照强度传感器分别实时采集温室箱内的环境温湿度、土壤湿度、环境光照强度，并将实时环境数据发送给系统网络层的智能网关控制器；

步骤2：智能网关控制器将数据解码后判断环境数据是否超过对应阈值，是，产生报警，并将将报警信号和执行设备状态通过TCP/IP发送给系统应用层的移动终端；报警信号包括：当环境温度过高达到上限值产生环境温度高报警，当环境温度过低达到下限值产生环境温度低报警，环境湿度过高达到上限值产生环境湿度高报警，环境湿度过低达到下限值产生环境湿度低报警，土壤湿度过低达到下限值产生土壤湿度低报警，光照强度过低达到下限值产生光照强度低报警；

步骤3：移动终端实时更新温室箱内的环境数据和执行设备状态；

步骤4：用户选择使用移动终端控制执行设备或使用智能网关控制器控制执行设备，使用移动终端控制执行设备时，用户可以主动控制执行设备是否启动；选择使用智能网关控制器控制执行设备时，向智能网关控制器发送授权信号；

步骤5：智能网关控制器得到授权信号，控制执行设备：

当报警信号为环境温度高报警，智能网关控制器将控制散热风扇打开信号发送给ZigBee协调器，ZigBee协调器通过环境温湿度节点控制散热风扇打开；

当报警信号为环境温度低报警，智能网关控制器将控制加热灯打开信号发送给ZigBee协调器，ZigBee协调器通过环境温湿度节点控制加热灯打开；

当报警信号为环境湿度高报警，智能网关控制器将控制风扇打开信号发送给ZigBee协调器，ZigBee协调器通过环境温湿度节点控制右侧除湿进风风扇和左侧除湿出风风扇打开；

当报警信号为环境湿度低报警，智能网关控制器将控制加湿装置打开信号发送给ZigBee协调器，ZigBee协调器通过环境温湿度节点控制加湿装置打开；

当报警信号为土壤湿度低报警，智能网关控制器将控制滴灌喷头打开信号发送给ZigBee协调器，ZigBee协调器通过土壤湿度节点控制滴灌喷头打开；

当报警信号为光照强度低报警，智能网关控制器将控制植物蓝紫光灯打开信号发送给ZigBee协调器，ZigBee协调器通过光照节点控制植物蓝紫光灯打开；

步骤6：智能网关控制器中报警信号消失后，智能网关控制器通过ZigBee协调器和ZigBee节点关闭相应执行设备。

Claims (6)

1.一种基于物联网的家庭智能温室系统，其特征在于，包括：

亚克力温室箱、系统感知层、系统应用层和系统网络层；

所述系统感知层包括：ZigBee网络装置、设置于亚克力温室箱中的检测设备和执行设备；所述系统应用层包括移动终端；所述系统网络层包括智能网关控制器；

所述检测设备包括环境温湿度传感器、土壤湿度传感器和环境光照强度传感器；所述执行设备包括加热灯、加湿装置、滴灌、风扇和植物蓝紫光灯；

所述检测设备和执行机构设备分别与ZigBee网络装置连接，ZigBee网络装置与智能网关控制器连接，智能网关控制器与移动终端连接。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的家庭智能温室系统，其特征在于，所述智能网关控制器通过带有SPI接口的以太网网络模块与移动终端无线连接。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的家庭智能温室系统，其特征在于，所述ZigBee网络装置包括ZigBee协调器和ZigBee功能节点，ZigBee协调器通过UART串口与智能网关控制器连接，ZigBee协调器与ZigBee功能节点无线连接，ZigBee功能节点分别连接检测设备和执行设备。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的家庭智能温室系统，其特征在于，所述风扇包括：散热风扇、右侧除湿进风风扇和左侧除湿出风风扇；所述滴灌包括滴灌进水管和滴灌喷头。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的家庭智能温室系统，其特征在于，所述亚克力温室箱包括：亚克力箱体、可开闭顶盖、铁丝网、潜水泵、水桶、亚克力支撑筋骨、土壤过滤棉、栽培土、水槽和水槽排水管；

所述亚克力箱体与可开闭顶盖通过亚克力合页相连，铁丝网和植物蓝紫光灯放置在可开闭顶盖上，风扇包括散热风扇、右侧除湿进风风扇和左侧除湿出风风扇，加热灯和散热风扇放置在铁丝网上；右侧除湿进风风扇和左侧除湿出风风扇分别悬挂在亚克力箱体两侧的排风口上；土壤过滤棉放置于亚克力箱体内底部；栽培土放置于土壤过滤棉上；滴灌包括滴灌进水管和滴灌喷头，滴灌进水管一端与放置在水桶中的潜水泵相连，另一端埋在栽培土中并与多个滴灌喷头相连；水槽排水管连接水槽和水桶，水槽设置在亚克力箱体下方；亚克力支撑筋骨与亚克力箱体外底部连接；加湿装置放置于栽培土上；土壤湿度传感器插在栽培土中，环境光照强度传感器和环境温湿度传感器设置与亚克力箱体内。

6.根据权利要求3所述的基于物联网的家庭智能温室系统，其特征在于，ZigBee功能节点包括：ZigBee环境温湿度节点、ZigBee光照节点和ZigBee土壤湿度节点。