一种单片机控制的智能养花系统

专利摘要:
本实用新型描述了一种单片机控制的智能养花系统，该装置包括自动补光模块、自动升降模块、自动浇水模块；所述三大模块以STM32F103ZET6为控制核心，其中自动补光模块包括光敏传感器、键盘输入、LED补光灯；所述自动升降模块包括联轴器，步进电机，升降台的螺旋杆；所述自动浇水模块包括土壤湿度传感器、继电器、水泵；本装置能够实时监测花卉所处环境光照强度值、土壤湿度值、风力值。土壤湿度传感器获取的实时湿度值与比较器进行比较，通过继电器，触发水泵，实现自动浇水。联轴器，步进电机，升降台的螺旋杆三者相连，共同构成升降模块，小型直流有刷电机与三杯式旋转风杯组装而成的风速传感器相当于开关，自动控制升降台的高度。
公开号:CN214338811U
申请号:CN202022091108.XU
申请日:2020-09-22
公开日:2021-10-08
发明作者:李伟
申请人:Anhui University of Science and Technology；
IPC主号:A01G7-04

专利说明:
[n0001] 本实用新型是一种养花装置，具体来说是一种可智能补光和浇水的养花装置。
[n0002] 盆栽养花是人们生活中一种休闲娱乐方式，目前社会中养花人群逐渐增多，但却无暇照顾导致花卉枯萎。光照、水分和外力等因素会影响花卉的生长。光照是影响花卉进行光合作用的重要因素，LED光源具有节能环保、光色纯正、防潮、寿命长等优点，适用于花卉栽培。研究表明，对植物光合作用有重大影响的主要是400～500nm的蓝光和600～700nm 的红光。因此本系统采用LED红蓝光，用户可以根据需求通过按键进行选择。此外水分也是花卉生长的必要条件，是花卉生命活动不可缺少的重要环境因子之一。如何适当的补充红蓝光，浇水并使花卉免于外力的伤害一直深深困扰着养花之人。若能实现花卉自动补光，浇水，避风的一体化养护，将极大提高花卉的生存率，丰富人们的文化生活。
[n0003] 实时监测花卉所处环境光照强度值、土壤湿度值、风力值。通过与系统预先设定极限值对比，并对此采取相应的养护措施，从而实现自动化。由PWM调制红蓝光的脉冲宽度实现按比例补光；土壤湿度传感器获取的实时湿度值与比较器进行比较，通过继电器，触发水泵，实现自动浇水。联轴器，步进电机，升降台的螺旋杆三者相连，共同构成升降模块，小型直流有刷电机与三杯式旋转风杯组装而成的风速传感器相当于开关，自动控制升降台的高度。实验表明，该系统操作简单便捷，可实现花卉养护自动化。
[n0004] 本实用新型所采用的技术方案是：
[n0005] 1.智能阳台养花系统由三个模块组成，分别是自动补光模块、自动升降模块、自动浇水模块。自动补光模块通过光敏传感器完成对光照强度的监测，当外界光照强度低于系统设定极限值时，由PWM调制实现自动补光，使用者只需通过按键选择花卉即可；自动升降平台适用于台风时刻，当台风来临时，风力传感器检测到风力值后，由单片机进行数据对比，超过设定的极限值时，单片机将会启动电机，通过联轴器将电机与升降台进行连接，电机带动升降台进行高度调整，升降台将花卉降低到安全高度时停止。自动浇水模块中，由湿度传感器实现对土壤湿度的检测，通过比较器进行土壤湿度对比，倘若土壤湿度低于比较器的设定值时，水泵对水分不足的花卉补充适应的水分。
[n0006] 2.所述的三个模块以STM32F103ZET6作为核心处理器，具有512K片内FLASH，64K片内RAM，片内FLASH 2个基本定时器，3路SPI接口，2路I2S接口，2路I2C接口。3路共16通道的12 位AD输入，2路共2通道的12位DA输出，支持片外独立电压基准。信息采集与处理、预设值调整、系统智能控制等工作都是在核心处理器的基础上完成。该系列单片机与传统51 单片机兼容，内部RAM高达1280B，运行速度提高了8～12倍，具有高速、低功耗、抗干扰等特点，十分适用于本项目。
[n0007] 3.所述的自动补光模块中该模块由ISL29010光敏传感器，波长为620～630nm的红色LED灯，波长为450～455nm的蓝色LED灯，220V转12V稳压电源电路，指示灯组成。根据光敏传感器实时采集数据以及预先设定的极限值，由按键选择不同的花卉，得到不同占空比的PWM信号。通过工作电压为3V的LED红灯和LED蓝灯作为补光灯组，由PWM信号控制补光灯组的输出光照强度，从而对不同花卉进行精确补光。
[n0008] 系统初始化后，若花卉所处环境光照值高于预先设定的极限值，证明花卉所处环境光照充足，根据该模块实时采集光照值与极限值的比较，补光灯组将灭灯；反之，由LCD显示界面上的按键S0选择特定花卉，选定完成后，按下S1，屏幕显示设置成功，即可输出特定红蓝光比例的光照。
[n0009] 4.所述的自动升降模块中由步进电机(型号为57CM23，转轴轴径为8mm)、升降台、联轴器(型号为8mm，7.8mm)构成，由联轴器把步进电机的转轴与升降台的螺旋杆连接并固定。也可通过螺旋杆右端的手动旋钮调整花盆高度，共同构成自动升降系统，风力传感器的接线与单片机引脚PA2相连。步进电机在输入脉冲信号作用下可实现开关，由于速度和输入的脉冲频率成正比，可通过控制脉冲频率实现对电机速度的控制，且运转速度可在相当宽的范围内平滑调节。
[n0010] 在这一模块中，风力传感器实时监测风力值，当达到台风阈值时，通过AD转换将风力值传入STM32单片机，与系统内预先设定极限值比较，当监测值大于预先设定极限值时，单片机将会控制模块中的步进电机启动，由联轴器的作用带动螺旋杆旋转，从而使得升降台下降，当下降到固定高度时，断开电路，升降台则停止下降。当监测值小于预先设定极限值时，说明外界风力状况良好，单片机不发出控制命令，整个模块将保持状态不变，继续监测风力值，并在显示屏LCD上显示数值大小。
[n0011] 5.所述的自动浇水模块分为土壤湿度监测、数值比较、水泵浇水3个环境。
[n0012] 通过将XM-M214土壤湿度传感器垂直插入土壤，实现实时监测土壤湿度值；通过AD转换，将模拟信号量转换成数字信号量，和比较器进行比较(比较器可以自定义比较值)，当土壤湿度小于预先设定的极限值时，说明花卉此时处于缺水状态，通过保护电路的继电器吸合，电路导通，水泵出水实现自动浇水的目的，当湿度传感器监测的值大于比较器的设定值时，通过继电器将电路中断，水泵停止出水。
[n0013] 该模块中的比较器采用3.3V供电，共有6个引脚，其中引脚1接电源；引脚2为DOTTL 数字信号输出，悬空；引脚3为模拟信号输出，接单片机的引脚PA0；引脚4接地；引脚5，引脚6接土壤湿度传感器。
[n0014] 与现有技术相比，本实用新型的优益效果是：
[n0015] 针对目前花卉的养护效率低，依赖人工性，强费用高的现状，设计了基于单片机STM32F103ZET6的智能阳台养花系统。通过分析影响花卉生长的环境因子，以及不同花卉在光合作用中所需红蓝光的不同比例，可对周围环境进行监测，采集数据；利用LED光源， LED补光灯用PWM按键控制，最大化节约光能源；以电子类的自动浇花器的工作原理为参考，自动化程度高，运行速度快，精准度高，从而解决人们生活中花卉忘记浇水的这一问题。与现代技术接轨，实现补光，浇水，避风养护自动化。
[n0016] 图1是智能养花系统模型示意图
[n0017] 图2是智能阳台养花系统结构原理图。
[n0018] 图3是补光模块控制流程。
[n0019] 图4是补光模块电路图。
[n0020] 图5是自动升降模块控制流程。
[n0021] 图6是土壤湿度传感器模块电路。
[n0022] 附图中的标号为：A步进电机；B旋转风杯；C螺旋杆；D水泵；E：LED 补光灯；F土壤湿度传感器；G光敏传感器；H联轴器；I继电器。
[n0023] 下面结合附图对本发明做详细的说明：
[n0024] 如图1所示，一种单片机控制的只能养花系统，其特征在于：它主要包括自动补光模块、自动升降模块、自动浇水模块；所述模块以STM32F103ZET6控制器为主控制器；所述自动补光模块包括光敏传感器(G)、LED补光灯(E)；所述自动升降模块包括：步进电机(A)、联轴器(H)、升降台螺旋杆(C)、三杯式旋转风杯(B)；所述自动浇水模块包括：土壤湿度传感器(F)、继电器(I)、水泵(D)；其中步进电机(A)与三杯式旋转风杯(B)，联轴器(H)与升降台螺旋杆(C)，土壤湿度传感器(F)与继电器(I)与水泵(D)，光敏传感器(G)与LED补光灯(E)，其中光敏传感器(G)、土壤湿度传感器(F)、步进电机(A)、土壤湿度传感器(F)均与STM32F103ZET6控制器相连。
[n0025] 如图2所示，智能阳台养花系统由三个模块组成，分别是自动补光模块、自动升降模块、自动浇水模块。自动补光模块通过光敏传感器完成对光照强度的监测，当外界光照强度低于系统设定极限值时，由PWM调制实现自动补光，使用者只需通过按键选择花卉即可；自动升降平台适用于台风时刻，当台风来临时，风力传感器检测到风力值后，由单片机进行数据对比，超过设定的极限值时，单片机将会启动电机，通过联轴器将电机与升降台进行连接，电机带动升降台进行高度调整，升降台将花卉降低到安全高度时停止。自动浇水模块中，由湿度传感器实现对土壤湿度的检测，通过比较器进行土壤湿度对比，倘若土壤湿度低于比较器的设定值时，水泵对水分不足的花卉补充适应的水分。
[n0026] 该系统采用STM32F103ZET6作为核心处理器，具有512K片内FLASH，64K片内RAM，片内FLASH 2个基本定时器，3路SPI接口，2路I2S接口，2路I2C接口。3路共16通道的12 位AD输入，2路共2通道的12位DA输出，支持片外独立电压基准。信息采集与处理、预设值调整、系统智能控制等工作都是在核心处理器的基础上完成。
[n0027] 如图3所示是补光模块控制流程图。系统初始化后，若花卉所处环境光照值高于预先设定的极限值，证明花卉所处环境光照充足，根据该模块实时采集光照值与极限值的比较，补光灯组将灭灯；反之，由LCD显示界面上的按键S0选择特定花卉，选定完成后，按下S1，屏幕显示设置成功，即可输出特定红蓝光比例的光照。
[n0028] 如图4所示为补光模块电路图，STM32左侧为光敏传感器电路，当外界环境的光照强度不大于设定的极限值时，即电压比较器″+″端输入电压小于″-″端输入电压时，DO端输出低电平；当环境的光照强度值大于设定的极限值时，即电压比较器″+″端输入电压大于″-″端输入电压时，DO端输出高电平；在STM32右侧为LED电路，主要由NPN型三极管和发光二极管构成，光敏传感器引脚DO与STM32单片机PA1引脚相连，光敏传感器引脚1悬空。
[n0029] 如图5所示为自动升降模块控制流程在这一模块中，风力传感器实时监测风力值，当达到台风阈值时，通过AD转换将风力值传入STM32单片机，与系统内预先设定极限值比较，当监测值大于预先设定极限值时，单片机将会控制模块中的步进电机启动，由联轴器的作用带动螺旋杆旋转，从而使得升降台下降，当下降到固定高度时，断开电路，升降台则停止下降。当监测值小于预先设定极限值时，说明外界风力状况良好，单片机不发出控制命令，整个模块将保持状态不变，继续监测风力值，并在显示屏LCD上显示数值大小。
[n0030] 如图6所示为土壤湿度传感器模块电路。该模块中的比较器采用3.3V供电，共有6个引脚，其中引脚1接电源；引脚2为DO TTL数字信号输出，悬空；引脚3为模拟信号输出，接单片机的引脚PA0；引脚4接地；引脚5，引脚6接土壤湿度传感器。

权利要求:
Claims (5)
[0001] 1.一种单片机控制的智能养花系统，其特征在于：它主要包括自动补光模块、自动升降模块、自动浇水模块；所述自动补光模块包括光敏传感器(G)、LED补光灯(E)；所述自动升降模块包括：步进电机（A）、联轴器（H）、升降台螺旋杆（C）、风力传感器（J）、三杯式旋转风杯（B）；所述自动浇水模块包括：土壤湿度传感器（F）、继电器（I）、水泵（D）；其中步进电机（A）与三杯式旋转风杯（B），联轴器（H）与升降台螺旋杆（C），土壤湿度传感器（F）与继电器（I）与水泵（D），光敏传感器(G)与LED补光灯(E)，其中光敏传感器(G)、土壤湿度传感器（F）、步进电机（A）、土壤湿度传感器（F）、风力传感器（J）均与STM32F103ZET6控制器相连。
[0002] 2.根据权利要求1所述的一种单片机控制的智能养花系统，其特征在于：所述的自动补光模块、自动浇水模块、自动升降模块中是以STM32F103ZET6为控制器。
[0003] 3.根据权利要求1所述的一种单片机控制的智能养花系统，其特征在于：所述的自动补光模块中光敏传感器(G)使用的型号是ISL29010，LED补光灯（E）的波长为620~630nm；根据光敏传感器实时采集数据以及预先设定的极限值，由按键选择不同的花卉，得到不同占空比的PWM信号，通过工作电压为3V的LED补光灯，由PWM信号控制补光灯组的输出光照强度,从而对不同花卉进行精确补光。
[0004] 4.根据权利要求1所述的一种单片机控制的智能养花系统，其特征在于：所述的自动升降模块中步进电机（A）型号为57CM23，转轴轴径为8 mm，联轴器（H）型号为8 mm，7.8 mm，由联轴器把步进电机的转轴与升降台的螺旋杆连接并固定步进电机在输入脉冲信号作用下可实现开关，由于速度和输入的脉冲频率成正比，可通过控制脉冲频率实现对电机速度的控制，且运转速度可在相当宽的范围内平滑调节。
[0005] 5.根据权利要求1所述的一种单片机控制的智能养花系统，其特征在于：所述的自动浇水模块分为土壤湿度监测、数值比较、水泵浇水3个环境，土壤湿度传感器（F）的型号为XM-M214，通过将XM-M214土壤湿度传感器垂直插入土壤，实现实时监测土壤湿度值；通过AD转换，将模拟信号量转换成数字信号量，和比较器预设的比较值进行比较，当土壤湿度小于预先设定的极限值时，说明花卉此时处于缺水状态，通过保护电路的继电器吸合，电路导通，水泵出水实现自动浇水的目的，当湿度传感器监测的值大于比较器的设定值时，通过继电器将电路中断，水泵停止出水；该模块中的比较器采用3.3 V供电，共有6个引脚，其中引脚1接电源；引脚2为DOTTL数字信号输出，悬空；引脚3为模拟信号输出，接单片机的引脚PA0；引脚4接地；引脚5，引脚6接土壤湿度传感器。

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-08| GR01| Patent grant|

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2021-10-08| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202022091108.XU|CN214338811U|2020-09-22|2020-09-22|一种单片机控制的智能养花系统|CN202022091108.XU| CN214338811U|2020-09-22|2020-09-22|一种单片机控制的智能养花系统|