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智慧型植物栽培管理系统开发

已有 1206 次阅读 2022-7-10 09:55 |个人分类:IT咨询|系统分类:教学心得

一、智慧型植物栽培系统产品说明

 

随着社会的进步,人们的生活质量越来越高。在家里养养盆花可以陶冶情操,丰富生活。同时盆花可以通过光合作用吸收二氧化碳,净化室内空气,在有花木的地方空气中阴离子聚集较多,所以空气也特别清新,而且许多花木还可以吸收空气中的有害气体,因此,养盆花如今被许多人喜爱。

盆花浇水量是否能做到适时适量,是养花成败的关键。但是,在生活中人们总是会有无暇顾及的时候,比如工作太忙,或者出差、旅游等。花草生长问题80%以上是由花儿浇灌问题引起的;好不容易种植几个月的花草,因为浇水不及时,长势不好,用来美化环境的花草几乎成了“鸡肋”;不种植吧,家里没有绿色衬托,感觉没有生机;保留吧,花草长得不够旺盛,还影响家庭装饰效果。虽然市场上有卖盆花自动浇水器,但价格十分昂贵,并且大多只能设定一个定时浇水的时间,很难做到给盆花自动适时适量浇水。夜有较经济的盆花缺水报警器,可以提醒人们及时的给盆花浇水。可是这种报警器只能报警,浇水还需要人们亲自动手。当家里无人时,即使报警也无人浇水,就起不到应有的作用了。因此,我想设计一种集盆花土壤湿度检测,自动浇水以及蓄水箱自动供水于一体的盆花自动浇水系统。让人们无暇顾及时也能得到及时的浇灌。

微喷系统是近几年利用国内外先进技术组装的新型灌溉设施,主要是利用水流通过管道系统以一定速度从特制的喷头喷出,在空气中分散成细小的水滴着落在花草植物。作物及周围的地面上,从而达到及时补充水分的目的。该系统具有用水量少、冲击力小的灌溉特性,适用于栽培密度大、植被柔软细嫩的植物。自动浇水器的诞生时随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快而诞生的一种懒人园艺用品。它把微喷的概念应有家庭盆花浇灌中,通过相应地改进,达到合理给盆花自动浇水的目的。

早在很多年前,国外就已经开始普及,国内实用的电子类自动浇水器多数从国外进口的,价格昂贵,但质量比较可靠。不过这不太适用于国内,目前国内外比较流行的是玻璃制作的自动浇水器。这种类型的浇水器多数在我国山西和浙江一带生产的,价格比较低廉,实用性没有电子类自动浇水器好。随着国内居民消费水平和生活质量的提高,居家园艺市场异常火爆,但是由于生活节奏加快,种花容易养花难,浇水问题就暴露出来,因此国内上加已经看到了这种需求潜力。目前这类小居家用品的厂家主要集中在广东,上海,浙江一带。现在市场上所出售的自动浇水器主要有电子类自动浇水器和玻璃、陶瓷类自动浇水器。

电子类自动浇水器

电子类自动浇水器又叫时控喷淋装置,系统构成为:主机(或者)、主管(可以是花园管也可以是七分之四毫米的微喷淋管)、分水接头(3通、4通、5通、6通、分水器)、副管(五分之三毫米)喷淋管(雾化喷头、旋转喷头、折射雾化喷头等)。电子类自动浇水器根据电源的不同分为交流电自动浇水器和电池自动浇水器两种。控制器的一般性能有:电磁阀控制;智能时控电路、微电脑芯片控制;适用电源为AC220V/50Hz;最适水压0.3-0.6Mpa;待机功率(4VA,浇水时小于12VA);可控制连续作业时间试1分钟至168个小时;可每天自动完成十次以上浇水作业,可每天、隔天、隔多天自动循环进行浇水,手动自动两用;每天计时误差小于正负3秒;电器适应环境温度为-10~50摄氏度;相对湿度小于90%RH。

玻璃、陶瓷类自动浇水器

玻璃陶瓷类自动浇水器又叫自动渗水装置,它由本身材质的物理结构构成,根据器具的物理渗水原理完成自动浇灌,当自动浇水器内部存水,自身形成一定的压力,当遇到干燥的土壤,水就会自上而下的流出,当土壤湿润以后,会形成一个堵塞压力,从而导致水流速度变慢或者停止。器具工艺不同,效果也不一样,当然也因土壤的疏松情况决定器具内水流的速度。当前传感器技术与单片机技术发展迅速,其应用逐步由工业、军事等领域向其它领域渗透,已经和我们的日常生活息息相关。而且智能家居概念也越来越受到人们的推崇,因此,微电脑控制的电子类自动浇水系统有很好的发展前景。

产品设计与应用

本产品是设计一种单片机控制的自动浇水系统,实现室内盆花浇水的自动化系统。该系统可对土壤的湿度进行监控,并对作物进行适时适量的浇水。其核心是单片机和温湿度采集和显示电路以及浇水驱动电路构成的检测控制部分。主要研究土壤湿度与浇水量之间的关系、浇灌控制技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分。检测部分,单片机选用AT89C51单片机,软件选用C51语言编程。土壤温湿度采集于显示电路可将检测到的土壤温湿度模拟量放大转换成数字量通过单片机内程序控制精确的将温度与湿度分别显示在LCD显示屏上,同时把程序发给另外一块单片机,通过单片机内的中断服务程序判断是否要给盆花浇水,若需浇水,则单片机系统发出浇水信号,开始浇水,若不需要浇水,则进行下一次循环检测。在浇水系统中也同时设计一个定时浇水部分,通过按键开关设置不同的浇水时间段,在时间段以内时,单片机驱动浇水系统,开始浇水,如不在时间段内,则不浇水。

 

二、产品设计

本系统是电子技术、计算机控制技术、数字传感器技术、机电技术、手机APP开发技术等结合的软硬件一体产品。

背景技术

植物的生长环境是个复杂的系统,需要合适的土壤湿度、酸碱度、温度、光照强度、养分、空气等,不同的植物对土壤的要求也不同,因此尽可能的将植物的各种参数实时监测,以量化后的数字提示,反馈各种环境参数,并手动或自动控制执行器动作,如浇水、施肥等,这样养盆栽就会变得更加容易。整个管理系统需要电子设计、自动控制、机械设计、园艺知识等,相应器皿还需要与材料、工美完美结合。

此智慧型植物栽培管理系统能通过传感器探测植物的生长环境状况,包括湿度、土壤酸碱度、温度、光线强度、养分等,将测得参数及时显示在屏幕上,并在植物需要照顾时及时提醒主人。此智能旨在于给人们的生活带来便利,解决人们在盆栽等时遇到的问题,节省了人们的时间和精力,给忙碌工作生活的人们带来方便。

本系统可以选择手动或者自动模式控制电机及时的来完成对植物的浇水、施肥等操作。这样能够即保证了植物的健康生长,也使人们能够体验到种植物的乐趣。

本系统配备APP系统,所有传感器测得参数可传送给APP平台 ,也可通过APP发送指令,驱动执行器完成浇水、增肥功能。APP平台内置的各类植物的栽培知识,使那些不擅长种植盆栽的人和促使更多的人很也容易享受到种植盆栽带来的益处。

智慧型植物栽培管理系统整体设计,包括:a、栽培器皿,b、蓄水装置,c、传感器,d、执行器,e、app平台。栽培器皿,其特征是:如说明书附图1所示产品设计结构,含陶瓷、金属、塑料、木质等材质制品。蓄水装置,其特征是:如说明书附图2所示产品设计结构,供水原理及控制方法。执行器,其特征是:采用自控阀门的浇水、施肥装置。APP平台,其特征是:app平台的内容、人机界面及数据传递方式。


三、电路与软件设计

该系统包括土壤干湿度采集与显示系统和定时器的设置与显示系统两个系统。

1、土壤温湿度采集与显示

土壤温湿度采集与显示系统以单片机AT89C51为控制核心,通过软件设置达到具体动作实现。土壤的温湿度是由ADC0809和两个点位器进行模拟并送入单片机,通过单片机的I/O口把检测到的土壤温湿度值用LCD显示出来。同时,如果系统在智能浇水设置情况下,则该值与设定的浇水上下限值相比较,若低于下限值,则单片机发出一个控制信号,开始浇水。若高于上限值时,单片机再发出一个控制信号控制,停止浇水。如果系统设置在手动浇水情况下,则按照设定好的定时浇水时间进行浇水,温湿度检测电路把检测到的土壤温湿度值显示在LCD上,以达到对土壤温湿度实时监测的目的。

土壤温湿度检测与控制系统由AT89C51单片机、ADC0809、电位器、LCD显示屏、电阻等组成。

对于LCD显示屏将D0-D7通过排阻RESPACK8连接到单片机的P0.0-P0.7上,E、R/W、RS与P3.7、P3.6、P3.5连接。

 

 

定时器部分以单片机AT89C51为控制核心,通过软件设置达到具体动作实现。通过按键开关对当前时间以及定时浇水时间进行设置,共阴数码管显示,当时间处在所设置的浇水时间内时,单片机发出控制信号,开始浇水。否则,停止浇水。

 

附录A  产品原理图

  附录B 仿真图

 





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