一种手机蓝牙或pc机控制的智能浇花系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统及其控制方法，包括信号采集处理模块，信号采集处理模块的输入端连接有土壤湿度传感器和参数控制模块，信号采集处理模块的输出端连接有浇水模块，信号采集处理模块的通信信道上连接有终端控制模块；其中，土壤湿度传感器用于检测花草土壤湿度状态；参数控制模块用于设置预设浇水阈值；信号采集处理模块用于将接收到的花草土壤湿度与电位器预设的浇水阈值进行比较，并通过终端控制模块与终端装置进行交互后对浇水模块进行开启或关闭的指令控制。本发明能够通过土壤湿度传感器获取花盆中土壤中的湿度，浇水模块能够根据土壤湿度与浇水阈值的对比进行水泵的开启或关闭，从而能实时监控花草的状态。
【专利说明】一种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及灌溉装置领域，尤其涉及一种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]上班族工作紧张，生活压力大，空闲时间较少，长期不在家时需要花草被照料。而中老年人空闲时间虽然较多，但往往把握不好浇水的时机和水量。到底什么时候适宜给花草浇水，花草无人照料时怎么办等问题时常困扰着花卉养殖者。因此，家庭用户对花草浇灌设备的智能化要求也越来越高。
[0003]现有的技术中，大多采用虹吸原理，即渗透的原理进行浇灌，这种方法是连续不断的进行浇灌，该方式不能持续的保持灌溉的进行，并且浇灌水量无法合理控制，对于用户带来许多不便。
[0004]现有的浇花系统虽然也有使用手机作为终端控制器的，但主要基于红外、GPRS或者WIFI等无线通信技术的支持。建立红外无线通信需要增加额外的控制器；使用GPRS或者WIFI进行无线通信均需要网络的支持，对于家庭用户而言，网络的配置和成本较高。
【发明内容】
[0005]针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统及其控制方法，达到了根据土壤湿度对花草进行浇灌目的。
[0006]为达到以上 目的，本发明的目的技术方案为:
[0007]—种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，包括:信号采集处理模块，信号采集处理模块的输入端连接有土壤湿度传感器和参数控制模块，信号采集处理模块的输出端连接有浇水模块，信号采集处理模块的通信信道上连接有终端控制模块；
[0008]其中，土壤湿度传感器用于检测花草土壤湿度状态；
[0009]参数控制模块用于设置预设浇水阈值；
[0010]信号采集处理模块用于将接收到的花草土壤湿度与电位器预设的浇水阈值进行比较，并通过终端控制模块于终端装置进行交互后对浇水模块进行开启或关闭指令控制；
[0011]浇水模块用于根据信号采集处理模块的开启或关闭指令后，开启或关闭水泵；终端控制模块用于与信号采集处理模块交互。
[0012]还包括用于当信号采集处理模块检测到土壤湿度值低于电位器预设的浇水阈值时发出提醒的报警模块。
[0013]还包括用于显示工作模式的状态指示模块。
[0014]所述信号米集处理模块为Arduino Uno R3单片机。
[0015]所述参数控制模块为电位器。
[0016]所述浇水模块包括继电器以及与继电器相连接的水泵。
[0017]所述浇水模块还包括用于控制出水管道改变方位的舵机，出水管道安装于舵机的方向盘上，舵机的输入端与信号采集处理模块的输出端相连接。
[0018]所述终端控制模块包括手机蓝牙以及安装于信号采集处理模块中的XBEE蓝牙模块，或PC机。
[0019]一种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统的控制方法，包括以下步骤:
[0020]I)、用户利用终端控制模块与信号采集处理模块通信信道，并向信号采集处理模块发送工作模式选择指令；
[0021]2)、信号采集处理模块根据工作模式选择指令选定的工作状态，进入自动工作模式或人工工作模式；
[0022]3)、土壤湿度传感器检测花草土壤湿度状态，并将土壤湿度状态对应的参数发送到信号采集处理模块；
[0023]4)、信号采集处理模块将土壤湿度状态对应的参数与参数控制模块设置预设的浇水阈值进行比较:
[0024]当土壤湿度状态对应的参数小于浇水阈值，且终端控制模块选择自动工作模式时，开启浇水模块进行浇水，并且实时的将土壤湿度状态对应的参数通过通信信道发送到用户终端；当土壤湿度状态对应的参数小于浇水阈值，且终端控制模块选择人工工作模式时，将土壤湿度状态对应的参数通过通信信道发送到用户终端，并根据用户终端发送的浇水控制指令开启浇水模块进行浇水；
[0025]当土壤湿度状态对应的参数大于浇水阈值时，则继续进行土壤湿度状态检测。
[0026]所述步骤4)中，开启浇水模块进行浇水具体包括:
[0027]通过土壤湿度状态对应的参数获取需要浇水花盆的位置；
`[0028]控制浇水模块改变出水口的位置，选择需要浇水的花盆进行浇水。
[0029]与现有技术比较，本发明的有益效果为:
[0030]本发明提供了一种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统及其控制方法，能够通过土壤湿度传感器获取花盆中土壤中的湿度，控制模块能够根据土壤湿度来进行浇灌的开启或关闭水泵，通过从而能实时的监控花草的状态，进一步的，能够利用电位器设置湿度参数，进而保证了不同植物在不同湿度要求下的灌溉要求，实现了智能灌溉的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明智能浇花系统的电路结构图；
[0032]图2为本发明智能浇花系统电路连接原理图；
[0033]图3为本发明智能浇花系统的结构示意图；
[0034]图4为本发明智能浇花系统控制方法的方法流程图；
[0035]图5为本发明手机蓝牙通信软件的程序流程图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对本发明做详细描述。
[0037]如图1所示，本发明提供了一种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，包括:信号采集处理模块1，信号采集处理模块I的输入端连接有土壤湿度传感器2和参数控制模块3，信号采集处理模块I的输出端连接有浇水模块6、报警模块4，以及状态指示模块5，信号采集处理模块I的通信信道上连接有终端控制模块7 ；
[0038]其中，土壤湿度传感器2用于检测花草土壤湿度状态；
[0039]参数控制模块3用于设置预设浇水阈值；
[0040]信号采集处理模块I用于将接收到的花草土壤湿度与电位器预设的浇水阈值进行比较，并通过终端控制模块于终端装置进行互动后对浇水模块进行开启或关闭指令控制；
[0041]浇水模块6用于根据信号采集处理模块I的开启或关闭指令后，开启或关闭水泵；终端控制模块7用于信号采集处理模块I互动。
[0042]报警模块4用于当信号采集处理模块I检测到土壤湿度值低于电位器预设的浇水阈值时发出提醒。
[0043]状态指示模块5用于显示工作模式的状态，所述参数控制模块3为电位器。
[0044]需要说明的是本发明中信号采集处理模块I为Arduino Uno R3单片机。
[0045]Arduino是一种基于AVR指令集的单片机，除继承AVR系列单片机的优点外，Arduino更加灵活、易用，主要表现在以下几个方面:
[0046]Arduino基于入门级的C/C++开发语言进行编程，编程门槛低，并且很多功能均已函数化处理了，用户只需要直接调用函数或者直接从网络上下载使用库文件即可，易于掌握和使用；
[0047]Arduino开发 环境简洁，不要求开发者具有太多的单片机基础，便可简单地与传感器、各种电子元件进行连接，实现丰富的高级应用；
[0048]Arduino与手机、平板电脑等终端设备对接方便，既可以独立作为智能系统的控制核心，也可以与PC机、智能手机连接实现交互；
[0049]Arduino电路板价格比普通单片机便宜，并且只有巴掌大小，不占摆放空间，非常适合家庭使用；
[0050]Arduino软件平台和硬件平台均开源,功能扩展容易；
[0051]Arduino运行环境大众化,常用的计算机操作系统(Windows、Linux等)均支持Arduino软件,而大部分的单片机只能运行在Windows操作系统中。
[0052]Arduino具有体积小、性价比高、与终端设备对接方便等特点，更加适合盆栽数量和摆放距离有限的家庭花园。目前官网已经推出Arduino Uno R3,是Arduino最新的控制板。该版本在前两个版本的基础上不断进行修改，消除了前面版本的bug，增加了 I2C总线接口，改进了复位电路设计，USB接口芯片由ATmegal6U2替代了 ATmega8U2，在Mac和Linux系统中无需安装驱动。因此，本系统采用Arduino Uno R3开发板进行硬件电路设计。
[0053]本系统采用的无线通信技术
[0054]由于目前市场上Android智能手机应用广泛，蓝牙与智能手机、平板电脑等终端设备对接方便，用户熟悉且容易接受，蓝牙4.0的推出使蓝牙具有良好的发展潜力，因此，本系统采用蓝牙无线通信技术进行软硬件的通信，使用Android平台进行通信软件的开发。
[0055]本系统的终端控制技术
[0056]本系统不仅可以采 用USB连接线通过PC机进行控制，而且在不增加额外的控制器、节约成本的情况下，也可以采用操作简便的Android智能手机作为系统的终端控制器。使用Android智能手机作为系统的终端控制器时，由于采用了蓝牙无线通信技术，因此自行开发了适于任意一款Android智能手机安装使用的以图形界面展示的蓝牙通信软件。用户在Android智能手机安装了该软件之后，即可选择软件中相应的功能按钮或者输入预定的系统指令来控制Arduino硬件电路工作,如图5所示。
[0057]综上所述，本系统采用Arduino+Android+Bluetooth技术开发，弥补了现有智能浇灌系统的不足，目前国内市场未见同样的设计。
[0058]①Arduino平台无线网关的功能
[0059]实时采集并向Android智能手机反馈花草的土壤湿度值，接收通过XBEE蓝牙模块传送的Android智能手机控制指令，并按照指令要求完成控水、浇水等模块的驱动实现智能灌溉。
[0060]②蓝牙通信的功能
[0061]实现信息无线传递，即将Android智能手机控制指令传递给Arduino平台无线网关完成各功能模块的驱动，并将无线网关采集的土壤湿度值实时传递给Android手机显
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[0062]③Andro i d智能手机的功能
[0063]Android智能手机是系统的控制中心。在Android智能手机中安装自行开发的手机通信软件后，用户即可使用智能手机通过XBEE蓝牙模块发出指令控制Arduino平台无线网关完成花草的智能浇灌功能，同时也可以在智能手机中实时显示花草的土壤湿度值。
[0064]本系统涉及物联网和智能家居领域，提供了一套智能浇花系统和智能控制方法。一是提供人工控制和自动控制两种模式供用户选择使用，二是可以完成两盆花的智能灌溉，三是系统内置蓝牙XBEE模块，可以使用Android智能手机的蓝牙进行控制，四是在浇花结束时可以循环播放系统预置音乐，实现了浇花过程的智能控制，解决了不同用户对浇花控制方式不同需求的问题，系统结构示意图如图3所示。
[0065]Android智能手机110通过手机蓝牙与XBEE蓝牙模块109建立蓝牙无线信道，进行蓝牙无线双向通信。
[0066]用户在手机蓝牙通信软件中输入工作模式指令，并通过建立的蓝牙无线信道传送至Arduino单片机101,系统进入相应的工作模式开始工作。
[0067]显示模块107显示当前工作模式和下一步操作提示信息。
[0068]土壤湿度传感器1021和1022分别置于花盆I和2之中，用于实时监测两盆花的
土壤湿度值。
[0069]土壤湿度传感器将监测的土壤湿度值返回给Arduino单片机101, Arduino单片机101将土壤湿度信号值通过建立的蓝牙无线信道传输给手机，并连续不断的显示在手机蓝牙通信软件的界面中。
[0070]电位器103可以调节浇水阈值。
[0071]Arduino单片机101将接收到的两盆花土壤湿度值分别与电位器103设置好的浇水阈值进行比较，判断是否浇水。
[0072]潜水泵1061和细水管1062共同构成浇水装置。
[0073]舵机104调整细水管1062的方向。
[0074]继电器105控制潜水泵1061开启与关闭。[0075]当任一花盆的土壤湿度值小于浇水阈值时，Arduino单片机101首先驱动报警模块108进行报警，然后根据当前工作模式信号判断是否进行自动浇水。如果处于自动控制模式，Arduino单片机101启动舵机104转动至相应花盆对应的角度，然后控制继电器105开启潜水泵1061抽水、浇水。如果处于人工手机控制模式，则根据用户发送的手机指令来控制Arduino单片机101是否启动舵机104、继电器105控制浇水装置浇水，以及控制浇水装置的浇水方向。
[0076]当两盆花的土壤湿度值同时均小于当前的浇水阈值，在自动控制模式下，先驱动舵机104转动至花盆I的位置完成浇水工作，再驱动舵机104转动至花盆2的位置完成浇水工作。在人工控制模式下，用户可以发送给两盆花均浇水的手机指令完成浇水工作。
[0077]不论在哪种工作模式下，浇水结束时Arduino单片机101均可驱动无源蜂鸣器完成预置音乐的循环播放。
[0078]本系统包括采集、报警、浇水和显示四个功能模块，各模块组成和功能具体如下:
[0079]信号采集处理模块
[0080]土壤湿度传感器是该模块的主要器件，它可以实时采集土壤湿度值，然后通过Arduino单片机反馈给Android手机端,并通过Arduino控制程序与电位器设置的烧水阈值进行比较来判断花草是否需要浇水。
[0081]报警模块
[0082]该模块主要由LED指示灯和蜂鸣器组成，当采集模块采集的土壤湿度值低于电位器预设的浇水阈值时，自动启动该模块报警。报警时，需要浇水的植物对应的LED指示灯亮，同时蜂鸣器发出报警声。
[0083]浇水模块
`[0084]该模块由电位器、继电器、舵机、潜水泵和水管组成。电位器用于调节浇水阈值，继电器用于控制潜水泵抽水动作的开启与关闭，舵机用于控制水管转动角度以对应需要浇水的植物方向，潜水泵和水管用于进行抽水浇水。
[0085]显示模块
[0086]LCD液晶屏是该模块的主要器件，用于显示系统当前的工作模式和用户手机控制指令提示。
[0087]传统浇花系统的浇水过程只是一连串机械动作的简单重复，乏味枯燥，并不能给人们带来种植花草、浇水施肥的乐趣和幸福感。本系统特别增加了浇花音乐伴奏的功能，即在每次潜水泵抽水、浇水时(自动浇花模式或者人工控制模式均可)，有源蜂鸣器就会播放不同的歌曲伴奏，并可实现多首预置歌曲(本系统预置两首歌曲)的循环播放。
[0088]本发明还提供了一种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统的控制方法，包括以下步骤:
[0089]I发明、用户利用终端控制模块7与信号采集处理模块I通信信道，并向信号采集处理模块I发送工作模式选择指令；
[0090]2发明、信号采集处理模块I根据工作模式选择指令选定的工作状态，进入自动工作模式或人工工作模式；
[0091]3发明、土壤湿度传感器2检测花草土壤湿度状态，并将土壤湿度状态对应的参数发送到信号采集处理模块I ;[0092]4信号采集处理模块I将土壤湿度状态对应的参数与参数控制模块3设置预设的浇水阈值进行比较:
[0093]当土壤湿度状态对应的参数小于浇水阈值，且终端控制模块7选择自动工作模式时，开启浇水模块6进行浇水，并且实时的将土壤湿度状态对应的参数通过通信信道发送到用户终端；当土壤湿度状态对应的参数小于浇水阈值，且终端控制模块7选择人工工作模式时，将土壤湿度状态对应的参数通过通信信道发送到用户终端，并根据用户终端发送的浇水控制指令开启浇水模块6进行浇水；
[0094]当土壤湿度状态对应的参数大于浇水阈值时，则继续进行土壤湿度状态检测。
[0095]所述步骤4中，开启浇水模块6进行浇水具体包括:
[0096]通过土壤湿度状态对应的参数获取需要浇水花盆的位置；
[0097]控制浇水模块6改变出水口的位置，选择需要浇水的花盆进行浇水。
[0098]如图2所示，以Arduino单片机为例进行说明，单片机的连接方法说明如下:
[0099]I本发明使用数字接口的D3~D6、D9、D11和D13管脚分别连接蜂鸣器、LED指示灯、舵机11、继电器5和水泵4。
[0100]2本发明使用模拟接口的AO~A2管脚连接电位器6、土壤湿度传感器7。
[0101]3本发明使用I2C接口连接IXD液晶屏。
[0102]务必使用外接直流电源作为舵机和水泵的接入电源。
[0103]本发明的工作过程为:`
[0104]如图4所示，首先，搭建好智能浇花系统的硬件电路。其次，将土壤湿度传感器安装于待检测的花盆中，然后，进行初始化设置，通过读取手机或PC机传送的工作模式指令，并根据工作模式指令进入一种工作模式，即当指令为I时，进入自动控制模式，否则进入人工控制模式；
[0105]Arduino单片机101根据土壤湿度传感器1021和1022传输的土壤湿度，做出控制:
[0106]系统工作在自动控制模式时，当Arduino单片机101检测到土壤湿度值低于电位器103预设的浇水阈值时，系统自动通过继电器105开启水泵1061进行抽水，从而进行灌溉；当灌溉一定时间，土壤湿度大于电位器103预设的浇水阈值时，Arduino单片机101通过继电器105关闭水泵1061，结束灌溉。
[0107]系统工作在人工控制模式时，当Arduino单片机101检测到土壤湿度值低于电位器103预设的浇水阈值时，系统读取手机或PC机的浇水控制指令浇花，如果读取到控制指令合法，系统则通过继电器105开启水泵1061进行抽水灌溉，直至土壤湿度大于电位器103预设的浇水阈值时，Arduino单片机101驱动报警模块报警，且继续读取手机/PC机指令，根据指令进行相应的，循环缓则工作模式，或者Arduino单片机101通过继电器105关闭水泵1061，结束灌溉。
[0108]无论系统在哪种工作模式下，当Arduino单片机101读取到手机或PC机的模式切换指令时，可以切换系统工作模式。
[0109]本系统主要有以下优点:
[0110]1、通过舵机控制水泵细水管方向，可以对两种植物进行智能灌溉，基于此方法，可以很方便的扩展到多盆花的智能灌溉。[0111]2、浇水阈值可由用户可以根据季节、气候、植物习性等因素通过电位器自行调节。
[0112]3、每次浇花结束时可以自动循环播放系统预置的音乐。
[0113]4、终端控制器使用PC机或者任意的Android智能手机均可。
[0114]5、Android智能手机市场占有率闻，使系统易于推广。
[0115]6、手机通信软件可以方便的移植到任意的Android智能手机中使用。
[0116]7、蓝牙与移动终 端对接方便，使系统无需互联网的支持或自行组网。
【权利要求】
1.一种手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，其特征在于，包括:信号采集处理模块(O,信号采集处理模块(I)的输入端连接有土壤湿度传感器(2 )和参数控制模块(3 )，信号采集处理模块(I)的输出端连接有浇水模块(6)，信号采集处理模块(I)的通信信道上连接有终端控制模块(7); 其中，土壤湿度传感器(2)用于检测花草土壤湿度状态； 参数控制模块(3)用于设置预设浇水阈值； 信号采集处理模块(I)用于将接收到的花草土壤湿度与电位器预设的浇水阈值进行比较，并通过终端控制模块(7)于终端装置进行交互后对浇水模块(6)进行开启或关闭指令控制； 浇水模块(6)用于根据信号采集处理模块(I)的开启或关闭指令后，开启或关闭水泵；终端控制模块(7)用于与信号采集处理模块(I)交互。
2.根据权利要求1所述的手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，其特征在于，还包括用于当信号采集处理模块(I)检测到土壤湿度值低于电位器预设的浇水阈值时发出提醒的报警模块(4)。
3.根据权利要求1或2所述的手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，其特征在于，还包括用于显示工作模式的状态指示模块(5 )。
4.根据权利要求1或2所述的手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，其特征在于，所述信号采集处理模块(I)为Arduino Uno R3单片机。
5.根据权利要求1或2所述的手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，其特征在于，所述参数控制模块(3)为电位器。
6.根据权利要求1或2所述的手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，其特征在于，所述浇水模块(6)包括继电器以及与`继电器相连接的水泵。
7.根据权利要求6所述的手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，其特征在于，所述浇水模块(6)还包括用于控制出水管道改变方位的舵机，出水管道安装于舵机的方向盘上，舵机的输入端与信号采集处理模块(I)的输出端相连接。
8.根据权利要求1或2所述的手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统，其特征在于，所述终端控制模块(7 )包括手机蓝牙以及安装于信号采集处理模块(I)中的XBEE蓝牙模块、或PC机。
9.一种基于权利要求1所述的手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)、用户利用终端控制模块(7)与信号采集处理模块(I)通信信道，并向信号采集处理模块(I)发送工作模式选择指令； 2)、信号采集处理模块(I)根据工作模式选择指令选定的工作状态，进入自动工作模式或人工工作模式； 3)、土壤湿度传感器(2)检测花草土壤湿度状态，并将土壤湿度状态对应的参数发送到信号采集处理模块(I); 4)、信号采集处理模块(I)将土壤湿度状态对应的参数与参数控制模块(3)设置预设的浇水阈值进行比较: 当土壤湿度状态对应的参数小于浇水阈值，且终端控制模块(7)选择自动工作模式时，开启浇水模块(6)进行浇水，并且实时的将土壤湿度状态对应的参数通过通信信道发送到用户终端；当土壤湿度状态对应的参数小于浇水阈值，且终端控制模块(7)选择人工工作模式时，将土壤湿度状态对应的参数通过通信信道发送到用户终端，并根据用户终端发送的浇水控制指令开启浇水模块(6)进行浇水； 当土壤湿度状态对应的参数大于浇水阈值时，则继续进行土壤湿度状态检测。
10.根据权利要求1所述的手机蓝牙或PC机控制的智能浇花系统的控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，开启浇水模块(6)进行浇水具体包括: 通过土壤湿度状态对应的参数获取需要浇水花盆的位置； 控制浇水模块(6)改变出水口的位置`，选择需要浇水的花盆进行浇水。
【文档编号】A01G27/00GK103875508SQ201410088034
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】张白一, 王希娟, 王莹, 丁小妮 申请人:长安大学