一种基于物联网的植物监护装置的制作方法

本实用新型涉及一种植物监护装置，具体涉及一种基于物联网的植物监护装置。

背景技术：

我们在生活闲暇中经常种植一些花草，用于陶冶情趣放松自己的心情。然而，我们在种植植物的过程中并不是很顺利，或缺乏植物生长规律和生长环境的知识、或人为疏忽忘记照顾植物，等等各种原因而导致种植植物失败。

当前已经有为数众多的技术方案为用户提供便捷和功能俱全的监护装置，但是它们仍然有改进之处。2014年国家知识产权局公布的由王昊宇申报，中国专利号为201420800607.3《便携式物联网智能植物监测系统》的专利，提出一种能在任何接入互联网的地方查看植物当前状况和智能预警。2014年国家知识产权局公布的由南京信息工程大学申报，中国专利号为201420755624.X《一种植物检测器》的专利，提出结构简单、体积小、便于携带，可辅助视力不好的老人更好地了解种植环境，适合现场检测。2015年国家知识产权局公布的由李红喜申报，中国专利号为201520884782.X《一种植物监测装置》的专利，提出一种植物监测装置，该装置能够对植物生长过程进行监测，当植物出现异常时，能进行提醒。2016年国家知识产权局公布的由王立云申报，中国专利号为20161024213.0《手持式植物检测仪》的专利，提出可以在短时间内获取植物的基本知识，健康状态，并给出合理的养殖建议。在上述植物监测装置中，尽管有的装置提出较好的植物监测构思，但却泛泛陈述且没有提出具体的实施方案，未能有效解决装置的设计生产问题。有的装置提出方案过于简单和低效，并不能真正到达方便用户的效果。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是现有技术存在的，或因监测装置的结构设计不够合理未能提供用户较好种植植物的体验，或因不能远程接收监测装置采集的数据，导致用户不能实时关注植物的生长情况等不足。本实用新型提供了一种基于物联网的植物监护装置，既能适合需要长期出差或完全没有盆景植物种植经验的用户的自动模式；又能适合有一些盆景种植经验的用户的手动模式。该装置结构简单、经济实用。

本实用新型是这样实现的，它包括ARM控制模块、温度测量模块、湿度测量模块、WIFI通讯模块、家庭网关、云端服务器、浇水模块、pH值测量模块、电源模块、GPS定位模块、光照强度测量模块、光照模拟模块、发热模块，其特征是：所述的电源模块连接着ARM控制模块、pH值测量模块、浇水模块，给ARM控制模块、pH值测量模块和浇水模块提供相应的工作电压；所述的ARM控制模块连接着温度测量模块、湿度测量模块、WIFI通讯模块、浇水模块、pH值测量模块、电源模块、GPS定位模块、光照强度测量模块、光照模拟模块、发热模块，ARM控制模块作为该装置的核心处理器，收集各测量模块测量的土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值，并通过WIFI通讯模块，借助家庭网关和云端服务器，给用户手机APP提供实时的植物监护数据，使得用户能够时时刻刻、无论在哪里都能查看植物的生长状况；所述的温度测量模块连接着ARM控制模块，为ARM控制模块提供精确测量的环境温度数据信号；所述的湿度测量模块连接着ARM控制模块，为ARM控制模块提供精确测量的土壤湿度数据信号；所述的pH测量模块连接着ARM控制模块，为ARM控制模块提供精确测量的土壤pH值数据信号；所述的浇水模块连接着ARM控制模块，能够在湿度测量模块监测出缺水或pH测量模块监测出当前土壤pH值不适合植物的生长时，ARM控制模块发出浇水指令后为植物补充水分，加入pH值溶液物质调低或调高土壤pH值；所述的GPS定位模块连接着ARM控制模块，为ARM控制模块提供精确植物位置的定位数据信号；所述的光照强度测量模块连接着ARM控制模块，为ARM控制模块提供植物当前光照强度数据信号；所述的光照模拟模块连接着ARM控制模块，ARM控制模块根据不同植物在不同生长阶段的光照需要，发出光照指令为植物模拟不同的光照波长和光照强度；所述的发热模块连接着ARM控制模块，ARM控制模块根据不同植物在不同生长阶段、以及环境温度发出发热指令后，为植物产生对应的热量；所述的WIFI通讯模块连接着ARM控制模块，通过WIFI信号将ARM控制模块与家庭网关连接；所述的家庭网关，通过WIFI信号和数据链路连接ARM控制模块和手机用户APP、云端服务器；所述的云端服务器存储着植物的基本特征和生长规律数据，用户的使用记录，且用户可以通过云端服务器交流盆景植物的种植经验以及分享自己的种植成果。具体的工作流程步骤如下。

步骤1：初始化内部模块。

步骤2：通过GPS定位模块和云端服务器获取植物所处位置和天气。

步骤3：设定装置为自动模式或手动模式。

步骤4：若为自动模式，则ARM控制模块根据温度测量模块、湿度测量模块、pH值测量模块、光照强度测量模块测量的土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值，自动调节土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值。

步骤5：若为手动模式，则用户可通过手机APP获取温度测量模块、湿度测量模块、pH值测量模块、光照强度测量模块测量的土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值，并根据种植经验手动调节土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值。

步骤6：用户通过APP和云端服务器交流盆景植物的种植经验以及分享自己的种植成果。

本实用新型有两种工作模式。第一种为自动模式，这种模式适合需要长期出差或完全没有盆景植物种植经验的用户。当用户将该装置设定为自动模式时，需要通过用户手机APP设定被监测植物的类型和生长阶段信息、且将植物搬移到阴暗室内并且要保证浇水模块中的水量和调节pH值的溶液物质充足。在自动模式下，用户完全将对植物的照料交给该装置，它能够自动根据湿度测量模块所测的湿度数据和云端服务器建议的湿度进行对比，从而决定植物当前是否缺水，如果缺水则会通过浇水模块为植物补充一定的水分；它能够自动根据温度测量模块所测的温度数据和云端服务器建议的温度进行对比，从而决定植物当前生长的环境温度是否适合植物的生长，如果不适合生长则通过发热模块将发热功率调高或调低；它能够根据用户设定当前植物的种类以及生长阶段，和云端服务器中建议的植物光照波长数据，将光照模拟模块所产生光的波长设定为最合适生长；它能够自动根据光照强度测量模块所测的光照强度数据和云端服务器建议的光照强度进行对比，从而决定植物当前生长的光照强度是否为合适植物的生长，如果不合适则将光照模拟模块产生的光照强度调高或调低；它能够自动根据pH值测量模块所测的pH值数据和云端服务器建议的土壤pH值进行对比，从而决定植物当前生长的土壤pH值是否适合植物的生长，如果不适合生长则通过在浇水模块中加入pH值溶液物质调低土壤pH值或调高土壤pH值。

第二种为手动模式，这种模式适合有一些盆景种植经验的用户。用户可以通过手机APP查看植物当前的土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值，根据自己的种植经验通过手机APP远程设定是浇水模块否要浇水和浇水的量、发热模块的发热具体量、光照模拟模块产生光照的波长和光照强度、是否调节土壤pH值和调节pH值溶液物质的容量。此外，ARM控制模块会根据GPS定位模块和云端服务器传送的当前天气，决定是否建议用户将植物搬到室外。

本实用新型具体的技术效果是：既能适合需要长期出差或完全没有盆景植物种植经验的用户的自动模式，装置自动调节土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值；又能适合有一些盆景种植经验的用户的手动模式，用户根据种植经验手动调节土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值。

附图说明

图1为本实用新型的原理方框图。

图2为本实用新型的具体工作流程图。

图3为本实用新型的整体电路图。

图4为本实用新型的ARM控制模块电路图。

图5为本实用新型的温度测量模块电路图。

图6为本实用新型的湿度测量模块电路图。

图7为本实用新型的WIFI通讯模块电路图。

图8为本实用新型的浇水模块电路图。

图9为本实用新型的pH值测量模块电路图。

图10为本实用新型的电源模块电路图。

图11为本实用新型的GPS定位模块电路图。

图12为本实用新型的光照强度测量模块电路图。

图13为本实用新型的光照模拟模块电路图。

图14为本实用新型的发热模块电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是这样实现的，它包括ARM控制模块101、温度测量模块102、湿度测量模块103、WIFI通讯模块104、家庭网关105、云端服务器106、浇水模块107、pH值测量模块108、电源模块109、GPS定位模块110、光照强度测量模块111、光照模拟模块112、发热模块113，其特征是：所述的电源模块109连接着ARM控制模块101、pH值测量模块108、浇水模块107，给ARM控制模块101提供3.3V的电压，给pH值测量模块108和浇水模块107提供24V的电压；所述的ARM控制模块101连接着温度测量模块102、湿度测量模块103、WIFI通讯模块104、浇水模块107、pH值测量模块108、电源模块109、GPS定位模块110、光照强度测量模块111、光照模拟模块112、发热模块113，ARM控制模块101作为该装置的核心处理器，收集各测量模块测量的土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值，并通过WIFI通讯模块104，借助家庭网关105和云端服务器106，给用户手机APP提供实时的植物监护数据，使得用户能够时时刻刻、无论在哪里都能查看植物的生长状况；所述的温度测量模块102连接着ARM控制模块101，为ARM控制模块101提供精确测量的环境温度数据信号；所述的湿度测量模块103连接着ARM控制模块101，为ARM控制模块101提供精确测量的土壤湿度数据信号；所述的pH测量模块108连接着ARM控制模块101，为ARM控制模块101提供精确测量的土壤pH值数据信号；所述的浇水模块107连接着ARM控制模块101，能够在湿度测量模块103监测出缺水或pH测量模块108监测出当前土壤pH值不适合植物的生长时，ARM控制模块101发出浇水指令后为植物补充水分，加入pH值溶液物质调低或调高土壤pH值；所述的GPS定位模块110连接着ARM控制模块101，为ARM控制模块101提供精确植物位置的定位数据信号；所述的光照强度测量模块111连接着ARM控制模块101，为ARM控制模块101提供植物当前光照强度数据信号；所述的光照模拟模块112连接着ARM控制模块101，ARM控制模块101根据不同植物在不同生长阶段的光照需要，发出光照指令为植物模拟不同的光照波长和光照强度；所述的发热模块113连接着ARM控制模块101，ARM控制模块101根据不同植物在不同生长阶段、以及环境温度发出发热指令后，为植物产生对应的热量；所述的WIFI通讯模块104连接着ARM控制模块101，通过WIFI信号将ARM控制模块101与家庭网关105连接；所述的家庭网关105，通过WIFI信号和数据链路连接ARM控制模块101和手机用户APP、云端服务器106；所述的云端服务器106存储着植物的基本特征和生长规律数据，用户的使用记录，且用户可以通过云端服务器交流盆景植物的种植经验以及分享自己的种植成果。

本实施例的具体工作流程步骤如图2显示，步骤如下。

步骤201：初始化内部模块。

步骤202：通过GPS定位模块和云端服务器获取植物所处位置和天气。

步骤203：设定装置为自动模式或手动模式。

步骤204：若为自动模式，则ARM控制模块根据温度测量模块、湿度测量模块、pH值测量模块、光照强度测量模块测量的土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值，自动调节土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值。

步骤205：若为手动模式，则用户可通过手机APP获取温度测量模块、湿度测量模块、pH值测量模块、光照强度测量模块测量的土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值，并根据种植经验手动调节土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值。

步骤206：用户通过APP和云端服务器交流盆景植物的种植经验以及分享自己的种植成果。

本实用新型的实施例有两种工作模式。第一种为自动模式，这种模式适合需要长期出差或完全没有盆景植物种植经验的用户。当用户将该装置设定为自动模式时，需要通过用户手机APP设定被监测植物的类型和生长阶段信息、且将植物搬移到阴暗室内并且要保证浇水模块中的水量和调节pH值的溶液物质充足。在自动模式下，用户完全将对植物的照料交给该装置，它能够自动根据湿度测量模块所测的湿度数据和云端服务器建议的湿度进行对比，从而决定植物当前是否缺水，如果缺水则会通过浇水模块为植物补充一定的水分；它能够自动根据温度测量模块所测的温度数据和云端服务器建议的温度进行对比，从而决定植物当前生长的环境温度是否适合植物的生长，如果不适合生长则通过发热模块将发热功率调高或调低；它能够根据用户设定当前植物的种类以及生长阶段，和云端服务器中建议的植物光照波长数据，将光照模拟模块所产生光的波长设定为最合适生长；它能够自动根据光照强度测量模块所测的光照强度数据和云端服务器建议的光照强度进行对比，从而决定植物当前生长的光照强度是否为合适植物的生长，如果不合适则将光照模拟模块产生的光照强度调高或调低；它能够自动根据pH值测量模块所测的pH值数据和云端服务器建议的土壤pH值进行对比，从而决定植物当前生长的土壤pH值是否适合植物的生长，如果不适合生长则通过在浇水模块中加入pH值溶液物质调低土壤pH值或调高土壤pH值。

本实用新型实施例的第二种工作模式为手动模式，这种模式适合有一些盆景种植经验的用户。用户可以通过手机APP查看植物当前的土壤湿度、环境温度、光照强度、土壤pH值，根据自己的种植经验通过手机APP远程设定是浇水模块否要浇水和浇水的量、发热模块的发热具体量、光照模拟模块产生光照的波长和光照强度、是否调节土壤pH值和调节pH值溶液物质的容量。此外，ARM控制模块会根据GPS定位模块和云端服务器传送的当前天气，决定是否建议用户将植物搬到室外。

本实施例的程序控制器可选择STC、Atmel、TI、MicroChip、ARM等公司提供的STC12、MSP430、TMS、STM32、PIC、AVR等不同型号芯片来实现。进而，程序控制器与其他模块的具体电路连接关系，完全取决于具体型号芯片所配备的用户手册之规定。本实施例的采用的技术方案为：ARM控制模块选用的是专为高性能、低成本、低功耗工程要求设计的、基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103系列的处理器，用于构建监测装置中功能控制的基本电路；WIFI通讯模块是使用的植入MQTT协议的器件ESP8266，无论用户身处哪里，该模块都可通过互联网实时获取植物的最新数据，并和GPS定位模块配合使用，获取植物当前所处位置的天气；光照强度测量模块使用的是直接将光强转化成频率值的光照强度测量器件TSL230；温度测量模块使用的是单总线传输数据的温度测量器件DS18B20；湿度测量模块使用的是土壤水分含量和电容量正相关的湿度测量探头AV-EC5；pH值测量模块选用的是集成度高、寿命长、高性能的冀欧速 OSA-14 土壤pH值传感器。

当本实施例的具体的电路连接关系分别如图3～14所示。其中，图3为本实用新型的整体电路图；图4为本实用新型的ARM控制模块电路图；图5为本实用新型的温度测量模块电路图；图6为本实用新型的湿度测量模块电路图；图7为本实用新型的WIFI通讯模块电路图；图8为本实用新型的浇水模块电路图；图9为本实用新型的pH值测量模块电路图；图10为本实用新型的电源模块电路图；图11为本实用新型的GPS定位模块电路图；图12为本实用新型的光照强度测量模块电路图；图13为本实用新型的光照模拟模块电路图；图14为本实用新型的发热模块电路图。