一种智能花卉养护系统的制作方法

本实用新型涉及植物智能养护技术领域，具体涉及一种智能花卉养护系统。

背景技术：

随着智能化技术的发展，花卉养殖日益趋于智能化养护。据相关资料显示，国内外市面上已有的智能设备应用于花卉养护。如cn206671924u公开了一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，包括数据采集中心、控制中心、用户终端、外围执行设备。所述数据采集中心将采集的土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、co2浓度物理数据量传输到控制中心，所述控制中心通过预设阈值处理判断，控制外围执行设备的开合，对植物进行补光、加湿、灌溉、保温的精细化种植管理。管理者通过登录终端设备，可查看植物生长的环境数据及各阶段生长图片、接收寒潮、高温及异常状况的预警信息并作出远程处理和联网分享。但是从应用的情况和设备功能上看，上述系统存在如下不足：应用模式比较单一、可扩展性不强，数据采集方面精准化有待加强。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种数据采集更精准化、管理更精准化的智能花卉养护装置。

为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种智能花卉养护系统，包括zigbee数据采集终端、中心网关控制单元、web服务器、最终执行单元和客户端；所述zigbee数据采集终端包括至少1个zigbee节点，每个zigbee节点分别与土壤温度传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、土壤导电率传感器连接；所述中心网关控制单元包括zigbee协调器、主控芯片、显示屏和nb-iot通信模块，每个zigbee节点与zigbee协调器的输入端、输出端均连接，zigbee协调器的输入端、输出端均与主控芯片连接，主控芯片的输入端、输出端均与nb-iot通信模块连接，主控芯片的输出端与显示屏连接；所述web服务器的输入端、输出端均与nb-iot通信模块和客户端连接；所述最终执行单元包括至少1个执行机构，每个执行机构包括2个电磁继电器、以及分别与其中一个电磁继电器连接的水泵和养料泵，电磁继电器的输入端与主控芯片连接。

上述方案优选的，每个zigbee节点还分别与养料箱超声波传感器和水箱超声波传感器连接；执行机构还包括养料箱报警器和水箱声光报警器，所述养料箱报警器和水泵声光报警器的输入端均与主控芯片连接。

上述方案优选的，所述执行机构还包括光照报警器，光照报警器的输入端与主控芯片连接。

上述方案优选的，所述web服务器包括终端数据表实时展示模块、传感器阈值设定模块、控制终端指令输入模块和终端名称修改模块。

上述方案优选的，所述土壤湿度传感器由氯化铝电阻湿度传感器接入平衡电桥电路组成。

上述方案优选的，土壤温度传感器和土壤导电率传感器为复合式土壤电导率传感器，所述复合式土壤电导率传感器可同时测量土壤电导率和土壤温度。

上述方案优选的，所述光照传感器为temt6000光照传感器芯片。

上述方案优选的，所述二氧化碳传感器为热传导二氧化碳传感器。

上述方案优选的，所述客户端包括pc客户端和手机客户端。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.本装置通过对花卉植物的生长环境参数的采集以及自动调节浇水施肥，实现了花卉养护方式的优化，极大的方便了人们对花卉的养护，在规模化花卉养护中可以大大节省人力物力，在普通家居养护中方便了用户，减小了花卉养护的门槛。

2.zigbee数据采集终端使得本装置在数据采集方面更加的精准化，配合高性能的主控芯片结合其内部的养护数据使得花卉养护更加的精细化。

3.zigbee数据采集终端与网关数据之间的数据交互响应快速稳定，web务器也能及时存储数据和发送指令。

附图说明

图1为本实用新型的总体框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的和优点更清楚明了，下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

本实用新型公开了一种智能花卉养护系统，如图1所示，包括zigbee数据采集终端、中心网关控制单元、web服务器、最终执行单元和客户端。

所述zigbee数据采集终端包括zigbee协议栈结构和硬件组成结构，其中zigbee协议栈结构为多个zigbee节点，硬件组成结构包括分别与每个zigbee节点连接的土壤温度传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、土壤导电率传感器，其中土壤温度传感器、土壤湿度传感器和土壤导电率传感器安装于种植花卉的土壤里、分别用于监测花卉土壤的温度、湿度和导电率；二氧化碳传感器和光照传感器安装于花卉种植环境中，如花卉种植棚内，用于监测花卉种植环境的二氧化碳浓度、光照度。硬件组成结构的功能是采集花卉生长环境的数据，zigbee协议栈结构的功能是在组网成功后，与中心网关控制单元的zigbee协调器进行无线通信，zigbee协调器与主控芯片stm32f1032et6采用串口通信。

做为一种选优实施方式，硬件组成结构主要由cc2530芯片及外围连接电路、土壤湿度传感器、土壤温度传感器、土壤导电率传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、养料箱超声波传感器和水箱超声波传感器组成。cc2530芯片通过配置其外设，打开相应的adc采集通道来检测各传感器输入电压值，经其内部运算单元计算后可得到各种环境参数值，其adc支持7到12位的分辨率，测量精度高，确保了数据采集的精准性和及时性。本装置中的cc2530控制芯片采用了德州仪器的黄金单元zigbee协议栈，提供了一个强大和完整的zigbee解决方案。

做为一种选优实施方式，对于土壤湿度的监测，所述土壤湿度传感器采用的是氯化铝电阻湿度传感器连接在平衡电桥电路中，当土壤湿度发生变化的时候，氯化铝电阻湿度传感器的阻值也会发生变化，电桥电路不平衡，产生一个电压值，cc2530芯片开启adc通道采集电压经转换公式换算后得到土壤湿度数值。

做为一种选优实施方式，对于土壤温度以及土壤导电率的监测，土壤温度传感器和土壤导电率传感器采用的是复合式土壤电导率传感器，可同时测量土壤电导率和土壤温度，当土壤含水率大于15％时,土壤电导率与传感器输出电压呈良好的指数函数关系。土壤电导率的高低包含了土壤物理化学性质的丰富信息，从中可以知晓土壤肥力是否适宜。土壤电导率传感器利用电流-电压四端法对土壤电导率实时监测,终端接口通过adc通道与cc2530芯片进行通信，将采集到的土壤电导率和土壤温度数值传给cc2530芯片。

做为一种选优实施方式，对于光照度的监测，所述光照传感器采用的是temt6000光照传感器芯片，能够把光信号(红外、可见及紫外镭射光)转变成为电信号的，cc2530主控芯片检测其输出电压值，通过转换公式就可以得到当前植物所受光的强度。

做为一种选优实施方式，对于二氧化碳浓度的监测，二氧化碳传感器采用热传导二氧化碳传感器，根据二氧化碳气体的总导热系数随着待分析的气体含量的不同而改变的原理制成，由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇二氧化碳气体时检测元件电阻变小，当传感器遇到非二氧化碳气体时检测元件电阻变大(空气背景)，桥路输出电压变量，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大，补偿元件起参比及温度补偿作用，最终输出的电压变量经cc2530主控芯片adc接口检测，可以实时检测此时植物周围环境的二氧化碳浓度。

zigbee协议栈结构包括了一系列的zigbee通信标准，zigbee数据采集终端的cc2530芯片与底层传感器通信就按照这一标准进行正常的数据发射和接收。zigbee协议栈已经将各个层定义的协议都集合在一起，以函数的形式实现，并提供了api(应用层)，通过直接调用api层即可实现其内部组网，在cc2530芯片底层外设配置好后，zigbee协调器就可以接收到zigbee数据采集终端的传感器数值，通过串口通信将数据传输给主控芯片stm32f103。zigbee节点执行流程为zigbee数据采集终端和zigbee协调器通电后进行自启动和系统初始化，初始化完成后启动zigbee协议栈并自行进行搜索组网，组网成功后执行指令周期任务，开始采集传感数据并打包成数据包，每隔3s将采集到的传感器数据发送给zigbee协调器，zigbee协调器通过串口通信的方式与主控芯片stm32f103进行数据交互。

所述中心网关控制单元包括电源模块、zigbee协调器、主控芯片stm32f103、oled显示屏和nb-iot通信模块，每个zigbee节点与zigbee协调器的输入端、输出端均连接，zigbee协调器的输入端、输出端均与主控芯片连接，主控芯片的输入端、输出端均与nb-iot通信模块连接，主控芯片的输出端与显示屏连接。电源模块工作电压是220v交流电，采用交流变压器把220v转换成低压交流电，然后经过一个桥式整流器mb6s芯片与电容滤波转化成直流电，直流电再分别经过稳压芯片ams1117-5与ams1117-3.3转化成5v与3.3v直流电，5v直流电供给控制水泵与养料泵的电磁继电器使用。

zigbee协调器作为该网络的第一个节点设备，主要负责网络的建立及参数配置同时还负责将数据传送给主控芯片stm32f103，组建网络的两个步骤主要是网络初始化及节点加入网络：网络初始化首先要确定zigbee网络协调器，通过主动扫描发送信标请求命令来检测该网络中是否存在zigbee网络协调器；如果在扫描期限内没有检测到信标，则将自己作为网络的协调器，并不断地产生信标并广播出去；然后进行信道扫描，对指定的信道或默认信道进行能量检测以避免可能的干扰，并将那些能量值超过了允许水平的信道丢弃，而后对剩余信道进行主动扫描，以检查区域内有没有其它zigbee网络存在；完成主动扫描后，即可获得设备所在区域内已有的各zigbee网络的网络标识符。至此本装置的网络初始化基本完成。

zigbee协调器的另一个功能是启动zigbee无线网络并循环等待终端节点或者路由节点加入建立成功的网络。最终通过zigbee节点内部组网以及数据收发汇总后，zigbee协调器获得zigbee节点的传感器数据包，并通过串口将传感器数据包传输给主控芯片stm32f103stm32。主控芯片stm32f103的功能是汇总传感器数据、分析处理传感器数据、储存花卉最佳养护信息、根据当前花卉所处环境参数控制水泵、养料泵工作。

nb-iot通信模块负责中心网关控制单元与web服务器间的通信。本系统中将nb-iot通信模块直接部署于gsm网络中，采用nb-iot系列中的m5310-a模块作为射频模组，与专用nb-iot物联网卡进行数据交互，最后经由800mhz射频天线通过lwm2m(lightweightmachine-to-machine)协议接入到中国移动物联网平台。轻量化的lwm2m协议的面向基于蜂窝的窄带物联网场景下物联网应用，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点，最终为确保nb-iot通信模块有更好的电源供电性能，在靠近m5310-a模块的电源输入端并联有1个低esr的100μf钽电容，以及0.1μf、100pf、22pf的滤波电容；在射频天线的电路设计中，对于pcb走线使用专业阻抗模拟计算工具对射频信号线进行50ω的阻抗控制，并且预留有π型匹配电路，能够更加方便地调节射频性能，确保了射频信号良好以及可靠。oled显示屏通过与主控芯片stm32f103stm32进行通信，实时显示当前土壤温湿度以及土壤肥力情况。

中心网关控制单元工作流程为：开启电源后，控制单元自启动初始化，zigbee协调器与zigbee数据采集终端组好网之后，开始接收zigbee节点的数据。zigbee协调器将zigbee节点数据整合打包之后通过串口通信将数据发送给主控芯片stm32zet6。主控芯片stm32zet6通过nb-iot通信模块启动并且自动接入中国移动物联网平台，数据实时上传到平台，平台同时接入到web服务器中，web服务器的存储到数据库中，通过网页和手机软件程序可以及时查看数据情况。主控芯片stm32zet6也会在其储存单元内搜索相应花卉的最佳生长状态，结合目前的花卉环境参数，下发相应的指令给最终执行单元的水泵、养料泵，最终达到了智能控制的功能。

所述web服务器的输入端、输出端均与nb-iot通信模块和客户端连接。web服务器为阿里云服务器，中心网关控制单元与web服务器通信通过socket实现数据交换。在阿里云服务器内部进行数据交互后，使用php和html进行网站开发展示数据。数据展示有四个展示页面，分别为终端数据表实时展示、传感器阈值设定、控制终端指令输入和终端名称修改。

所述最终执行单元包括至少1个执行机构，每个执行机构包括2个电磁继电器、以及分别与其中一个电磁继电器连接的水泵和养料泵，养料箱报警器、水箱声光报警器和光照报警器。所述养料箱报警器、水箱声光报警器和光照报警器的输入端均与主控芯片连接，电磁继电器的输入端与主控芯片连接。最终执行单元直接由中心网关控制单元调度，根据土壤湿度、土壤电导率与预设值来通过低压电磁继电器来直接控制水泵、养料泵的停或启；通过二氧化碳传感器、光照传感器的监测，当植物长时间缺乏光照或者二氧化碳浓度不适宜时，最终执行单元还能够及时启动光照报警器，提醒用户进行调节补充，并通知到客户端。最终执行单元还直接由中心网关控制单元调度，通过养料箱超声波传感器和水箱超声波传感器的监测，当养料箱、水箱的存量小于预设值时，启动养料箱报警器、水箱声光报警器，提醒用户补充养料、水，也可以直接启动外部养料罐、水阀，对养料箱、水箱进行补充。

本实用新型的工作主要流程为：

中心网关控制单元中的zigbee协调器启动后建立zigbee网络，并等待zigbee数据采集终端节点组网，成功组网后的节点自动将采集到的数据传输至中心网关控制单元中的zigbee协调器，zigbee协调器将数据整合后按照一定的时间周期通过串口将数据传输给主控芯片stm32f103zet6。主控芯片处理器将数据分析处理后，通过nb-iot通信模块将数据传至web服务器，同时在pc客户端以及手机客户端实时显示土壤温湿度、当前光照环境、植物周围二氧化碳含量以及土壤导电率等数据，同时web服务器获取与环境数据相匹配的花卉养护数据，并转化成养护指令发送到中心网关控制单元，中心网关控制单元直接控制最终执行单元，通过低压电磁继电器来直接控制水泵、养料泵的停、启。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。