自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆的制作方法

本发明涉及一种智能花盆，具体涉及一种自寻光式智能花盆。

背景技术：

随着社会经济的不断的发展及社会消费水平不断的提高，人们的生活质量也随着不断的提高，人们对居家绿化的需求也越来越大，很多人喜欢在家里或者办公室种植盆栽花卉。通过种植花卉可以放松心情、陶冶情操、净化室内空气、美化家庭环境。

合理的浇灌以及适宜均衡的光照不仅仅有利于植物的生长，也是对水资源、光能的一种高效的利用。但是快节奏的生活使得种花容易养花难的问题显现出来，研究表明家庭盆栽90％的死亡原因是浇灌不当或光照不够。目前绿化浇水工作仍然依赖于人工操作，由于人们工作繁忙，往往无法及时浇灌盆栽，并且人工浇水的质量不能得到保证。同时，人们在浇水时往往凭借经验进行，导致浇水不合理，直接影响植物生长，造成水资源浪费。除此之外，由于各种环境因素的限制，使得花卉光照不均衡从而导致盆栽植物枯萎死亡。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决人为的打理方式不能满足花卉需求，不利于花卉成长的问题，从而提供自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆。

本发明所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆，包括湿度传感器模块、温度传感器模块、光照传感器模块、水泵控制模块、电机驱动模块、多个马达电机、多个滑轮、储水箱、水泵、液晶显示模块和电源；

湿度传感器模块，用于检测土壤的湿度，还用于将湿度信息发送给水泵控制模块和液晶显示模块；

温度传感器模块，用于检测土壤的温度，还用于将温度信息发送给液晶显示模块；

光照传感器模块，用于检测环境的光照强度，还用于将光照强度信息发送给电机驱动模块和液晶显示模块；

水泵控制模块，用于对湿度值进行判断，当湿度值低于预先设置的最佳湿度值时开启储水箱的水泵；

电机驱动模块，用于根据光照传感器模块的采集时间向多个马达电机发送控制信号；还用于根据花盆各区域的编号及相应光照强度向多个马达电机发送控制信号；

多个马达电机分别与多个滑轮相对应，马达电机与滑轮连接，滑轮设置在智慧花盆的底部；

液晶显示模块，用于对接收到的信息进行显示；

电源为供电装置。

优选的是，还包括水位传感器模块和蜂鸣器报警模块；

水位传感器模块，用于检测储水箱的水位，还用于当水位信息低于预设的最低阈值时，启动蜂鸣器报警模块，还用于将水位信息发送给液晶显示模块；

蜂鸣器报警模块，用于蜂鸣报警。

优选的是，还包括无线WIFI模块，用于发送湿度信息、温度信息、水位信息和光照强度信息。

优选的是，电机驱动模块，用于根据光照传感器模块的采集时间向多个马达电机发送控制信号；还用于根据花盆各区域的编号及相应光照强度向多个马达电机发送控制信号的方法为：

数据采集步骤：湿度传感器模块、温度传感器模块和光照传感器模块不断进行检测；

计数步骤：T的初始值为0，湿度传感器模块、温度传感器模块、光照传感器模块和水位传感器模块采集完一次信息，且水泵控制模块、液晶显示模块执行完一次动作后，T自动加1；

时间判断步骤：判断T是否等于K，K是预先设置的值，如果判断结果为是则执行原地旋转寻光步骤，如果判断结果为否则执行数据采集步骤；

原地旋转寻光步骤：花盆沿周向均分为N个区域，每个区域设有一个编号；向马达电机发送控制信号使花盆旋转一周，旋转的同时光照传感器模块在花盆的每个区域采集M个光照强度值，M个光照强度值的平均值作为该区域的光照强度；

光照强度判断步骤：判断N个光照强度是否均大于预先设置的光照强度，如果判断结果为是则执行时间清零步骤，如果判断结果为否则执行旋转角度计算步骤；

旋转角度计算步骤：在N个光照强度中选取光照强度最大值和光照强度最小值，当光照强度最大值与最小值均只有一个时，根据光照强度最大值与光照强度最小值所对应的区域的编号计算旋转角度，并向马达电机发送控制信号；通过角度传感器控制旋转角度；当光照强度最大值或光照强度最小值有多个时，以旋转角度最小为原则，根据光照强度最大值与光照强度最小值所对应的区域的编号确定最小的旋转角度，并向马达电机发送控制信号；在该步骤结束之后执行时间清零步骤；

时间清零步骤：将T设置为0；并返回数据采集步骤；

M、K和N均为正整数，T≥0。

优选的是，所述水泵的外壁贴有锡纸。

优选的是，所述湿度传感器模块和所述温度传感器模块均为多个，多个湿度传感器模块和多个温度传感器模块测得的湿度信息和温度信息均采用归一化的加权平均算法进行计算，分别得到湿度信息加权平均值和温度信息加权平均值；

将湿度信息加权平均值发送给水泵控制模块和液晶显示模块；将温度信息加权平均值发送给液晶显示模块。

优选的是，还包括DC-DC自动升降压模块，所述电源连接DC-DC自动升降压模块后供电。

优选的是，所述湿度传感器模块采用fc-28土壤湿度检测传感器实现，所述fc-28土壤湿度检测传感器探测端的外表面镀镍。

本发明的有益效果：

1、提供了一个良好的人机交互窗口。

液晶显示模块来实时显示花卉的生长信息。

2、保证了花卉的营养均衡。

本发明的智慧花盆可以实现原地旋转，将光照较弱区域旋转到较强区域，帮助其正常生长；还可以实现自动浇水。

3、采用了低功耗的设计原则。

整个系统采用4节干电池供电即可，且耗电量较大的模块在非工作状态下可处于休眠状态。

本发明适用于种植花卉。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆的原理示意图；

图2是具体实施方式四中的电机驱动模块发送控制信号的方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆，包括湿度传感器模块、温度传感器模块、光照传感器模块、水泵控制模块、电机驱动模块、多个马达电机、多个滑轮、储水箱、水泵、液晶显示模块和电源；

湿度传感器模块，用于检测土壤的湿度，还用于将湿度信息发送给水泵控制模块和液晶显示模块；

温度传感器模块，用于检测土壤的温度，还用于将温度信息发送给液晶显示模块；

光照传感器模块，用于检测环境的光照强度，还用于将光照强度信息发送给电机驱动模块和液晶显示模块；

水泵控制模块，用于对湿度值进行判断，当湿度值低于预先设置的最佳湿度值时开启储水箱的水泵；

电机驱动模块，用于根据光照传感器模块的采集时间向多个马达电机发送控制信号；还用于根据花盆各区域的编号及相应光照强度向多个马达电机发送控制信号；

多个马达电机分别与多个滑轮相对应，马达电机与滑轮连接，滑轮设置在智慧花盆的底部；

液晶显示模块，用于对接收到的信息进行显示；

电源为供电装置。

本实施方式采用STM32单片机作为核心控制芯片，实现水泵控制模块和电机驱动模块的功能。在单片机程序里设置最佳湿度值，通过STM32单片机的最小系统板，利用脉冲宽度调制技术进行信号处理，再利用模糊控制输出控制信号控制继电器从而控制水泵电源的通断来完成按需、自动浇水的任务。

在花盆底部安装四个带滑轮的电机，根据所检测的环境光照强度通过电机驱动模块来实现将花卉光照较弱的区域自动向光照较强的区域旋转完成补光任务，保证其均匀受光、营养均衡，让其茁壮生长。

花盆的温度传感器模块采用防水DS18B20温度传感器，它具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高，连接方便，占用口线少等特点。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于动态环境的现场温度测量。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆作进一步说明，本实施方式中，优选的是，还包括水位传感器模块和蜂鸣器报警模块；

水位传感器模块，用于检测储水箱的水位，还用于当水位信息低于预设的最低阈值时，启动蜂鸣器报警模块，还用于将水位信息发送给液晶显示模块；

蜂鸣器报警模块，用于蜂鸣报警。

当水位过低时，蜂鸣器报警模块蜂鸣报警，提醒用户。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆作进一步说明，本实施方式中，还包括无线WIFI模块，用于发送湿度信息、温度信息、水位信息和光照强度信息。

无线WIFI模块采用ESP8266无线WIFI模块，将采集的数据通过手机APP传输到手机，实现了花盆的联网，从而可以进行远程访问。即使远在千里之外也可以了解花卉当前的生长动态。

具体实施方式四：结合图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆作进一步说明，本实施方式中，电机驱动模块，用于根据光照传感器模块的采集时间向多个马达电机发送控制信号；还用于根据花盆各区域的编号及相应光照强度向多个马达电机发送控制信号的方法为：

数据采集步骤：湿度传感器模块、温度传感器模块和光照传感器模块不断进行检测；

计数步骤：T的初始值为0，湿度传感器模块、温度传感器模块、光照传感器模块和水位传感器模块采集完一次信息，且水泵控制模块、液晶显示模块执行完一次动作后，T自动加1；

时间判断步骤：判断T是否等于K，K是预先设置的值，如果判断结果为是则执行旋转寻光步骤，如果判断结果为否则执行数据采集步骤；

原地旋转寻光步骤：花盆沿周向均分为N个区域，每个区域设有一个编号；向马达电机发送控制信号使花盆旋转一周，旋转的同时光照传感器模块在花盆的每个区域采集M个光照强度值，M个光照强度值的平均值作为该区域的光照强度；

光照强度判断步骤：判断N个光照强度是否均大于预先设置的光照强度，如果判断结果为是则执行时间清零步骤，如果判断结果为否则执行旋转角度计算步骤；

旋转角度计算步骤：在N个光照强度中选取光照强度最大值和光照强度最小值，当光照强度最大值与最小值均只有一个时，根据光照强度最大值与光照强度最小值所对应的区域的编号计算旋转角度，并向马达电机发送控制信号；通过角度传感器控制旋转角度；当光照强度最大值或光照强度最小值有多个时，以旋转角度最小为原则，根据光照强度最大值与光照强度最小值所对应的区域的编号确定最小的旋转角度，并向马达电机发送控制信号；在该步骤结束之后执行时间清零步骤；

时间清零步骤：将T设置为0；并返回数据采集步骤；

M、K和N均为正整数，T≥0。

例如，K为18,湿度传感器模块、温度传感器模块和光照传感器模块同时采集数据，若采集的间隔时间为10s,当T为18时，时间已过180s，则每间隔180s进行一次原地旋转寻光步骤，从而通过调整K，可以控制花盆寻光的间隔时间。

通过检测的光照强度进行反馈控制来驱动马达电机转动，将光照传感器模块寻光检测的圆形花盆区域均分为四个小区域，每个区域具有对应的编号，检测时对每个区域采集M个光照强度值，求取平均值作为这个区域的光照强度，将低于设定值的光照强度区域旋转到最强光照区域，让其受光均匀，避免其营养不均衡，导致花卉死亡。例如，花盆各区域的编号依次为1、2、3和4，如果1对应的光照强度最低，3对应的光照强度最高，则花盆旋转180°。

为实现自动旋转，电机驱动模块采用L293D直流电机驱动模块来驱动四个马达电机来实现自动旋转。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一、三或四所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆作进一步说明，本实施方式中，水泵的外壁贴有锡纸。

电路尤其是无线WIFI模块受到水泵的电磁干扰，当水泵启动开始工作时，网络就会自动断掉，无法传输数据，通过在水泵的外壁贴锡纸，可以屏蔽电磁干扰，从而保证信号的稳定。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一或四所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆作进一步说明，本实施方式中，湿度传感器模块和温度传感器模块均为多个，多个湿度传感器模块和多个温度传感器模块测得的湿度信息和温度信息均采用归一化的加权平均算法进行计算，分别得到湿度信息加权平均值和温度信息加权平均值；

将湿度信息加权平均值发送给水泵控制模块和液晶显示模块；将温度信息加权平均值发送给液晶显示模块。

信息采集的准确度是决定控制效果的关键因数，如何确保准确度是智慧花盆设计的重点和难点。众所周知，一个传感器所能检测的范围是有限的，不能代表整个智慧花盆的土壤信息。而且在一个动态的环境中用一个传感器测量值代表整个花盆中这一类的信息显然是有误差的。因此需要多个传感器从不同的角度去测量同一个指标参数，这样才能对存在随机扰动的环境中的某一物理量状态进行准确的测量，使其更接近状态的真实值。为了确保控制效果，花卉的环境信息采集采用归一化的加权平均算法。

归一化的加权平均算法是利用计算数据的加权值进行数据处理，该算法具有计算量低、精度高、电脑编程简单等优点，非常适合于缓慢变化的变量检测，而花卉的环境信息采集系统就具有这种特点，所以采用了归一化的加权平均算法。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一或四所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆作进一步说明，本实施方式中，还包括DC-DC自动升降压模块，所述电源连接DC-DC自动升降压模块后供电。

系统模块众多，各模块所要求的标准电压不同，且在不同时刻各模块的工作状态不一样，很难维持系统供电的稳定。例如当有继电器闭合，水泵出水以及四个电机同时工作时会导致整个系统电压不稳定通过采用DC-DC自动升降压模块可以保证电源输出稳定。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一或四所述的自寻光式花卉环境全方位监控的智慧花盆作进一步说明，本实施方式中，所述湿度传感器模块采用fc-28土壤湿度检测传感器实现，所述fc-28土壤湿度检测传感器探测端的外表面镀镍。

fc-28土壤湿度检测传感器的探测端表面采用镀镍处理，有加宽的感应面积，可以提高导电面积，防止接触土壤容易生锈的问题，延长使用寿命。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。