常州开发物联网的盆栽远程监控技术分析

2020-05-12 19:53

物联网技术在智能家居领域得到了推广和应用。其中，盆栽养护利用物联网技术可以远程监控植物所需的水、光和营养等环境数据，保证其能够健康生长。传统的物联网技术过分依赖感知终端和互联网的直接通信，这种方式会随着终端数量的增加而加重通信负担。

1 盆栽物联网监控系统设计

1.1 总体结构

盆栽物联网监控系统总体结构如图1所示，由下到上分别是感知执行层、网络层、应用层。其中，感知执行层包括传感器和执行模块，比如温度、湿度、光照强度等传感器以及水泵、遮阳电机、营养液投放器等执行单元。

1.2 系统主要功能

下面就基于物联网技术架构的盆栽监控系统，常州开发物联网APP公司点个赞科技分析其主要功能包括以下四大方面：

（1）实时监测。针对盆栽环境数据，采用DHT11温湿度传感器实时采集空气环境温度和湿度，YL69湿度传感器监测土壤湿度，利用光敏电阻获取光照强度。同时，采用图像传输、电压/电流测量等方式获取系统运行数据。最终在物联网架构下，利用上述监测方式获取实时监测数据，并通过通信网络传输给主控系统，完成数据存储和交互。

（2）智能保护。为提高盆栽远程监控系统的稳定性和可靠性，设定了智能保护、休眠与复位功能。当监测数据出现异常告警后，会通过用户端及时提醒用户处理异常和故障。警告信号包括感知层传感器数据的异常（比如光照过强、温度过高、土壤水分过少等）、系统自身状态异常（比如过电压、过电流、过热、电池电量不足、水箱缺水、营养液不足等）。

（3）自动控制。用户可以根据需要，通过手机APP设置系统的工作模式，分为手动、自动模式。自动模式下，根据实时获取的监测数据，主控制器进行分析和判断，实现自主浇水、施肥、遮阳等自动控制功能。手动模式下，用户可以根据监控数据直接下发控制命令，完成盆栽的养护。其中，自动施肥属于定期施肥，施肥周期根据植物类型对营养需求不同而设定。

（4）网络通信。系统的网络通信技术涵盖了串口通信、Z-Stack协议栈、Web服务器和互联网技术，完成由感知层节点控制器CC2530、中枢点树莓派三代控制器到远程用户端的网络通信，实现信息的实时交互。

1.3 软件设计
系统主程序流程图如图2所示，主要包括初始化，建立通信网络，数据采集、传输和存储，系统分析判断，命令执行等部分。其中，数据采集包括上述环境数据和系统运行状态。当检测到系统正常运行时，系统会自动进入休眠，降低功耗。

2 技术要点分析

系统涵盖了以下五方面关键技术，包括无线传感器网络技术、自动浇水/施肥、数据库、Web服务器、用户端远程监控平台设计。

2.1 无线传感器网络技术

为了避免多传感器终端负载过重的问题，设计了一套基于ZigBee/Z-Stack协议栈的轻型无线传感器网络，可将网络内全部感知终端数据由CC2530控制器形成汇聚节点。CC2530控制器电路设计如图3所示。

3 实际应用情况
手机小程序可以显示智能花盆环境信息和系统信息，并可以通过微型摄像头拍照获取盆栽实时状况和水位信息，如图5（a）所示。利用APP可以对盆栽远程控制，亦可以获取历史数据，获得养护建议等，如图5（b）所示。经实际测试，基于物联网技术的盆栽监控系统实现了相关功能，具有较好的稳定性和可靠性。