一種手機藍牙或pc機控制的智能澆花系統及其控制方法
2023-09-17 06:00:20
一種手機藍牙或pc機控制的智能澆花系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統及其控制方法，包括信號採集處理模塊，信號採集處理模塊的輸入端連接有土壤溼度傳感器和參數控制模塊，信號採集處理模塊的輸出端連接有澆水模塊，信號採集處理模塊的通信信道上連接有終端控制模塊；其中，土壤溼度傳感器用於檢測花草土壤溼度狀態；參數控制模塊用於設置預設澆水閾值；信號採集處理模塊用於將接收到的花草土壤溼度與電位器預設的澆水閾值進行比較，並通過終端控制模塊與終端裝置進行交互後對澆水模塊進行開啟或關閉的指令控制。本發明能夠通過土壤溼度傳感器獲取花盆中土壤中的溼度，澆水模塊能夠根據土壤溼度與澆水閾值的對比進行水泵的開啟或關閉，從而能實時監控花草的狀態。
【專利說明】一種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及灌溉裝置領域，尤其涉及一種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]上班族工作緊張，生活壓力大，空閒時間較少，長期不在家時需要花草被照料。而中老年人空閒時間雖然較多，但往往把握不好澆水的時機和水量。到底什麼時候適宜給花草澆水，花草無人照料時怎麼辦等問題時常困擾著花卉養殖者。因此，家庭用戶對花草澆灌設備的智能化要求也越來越高。
[0003]現有的技術中，大多採用虹吸原理，即滲透的原理進行澆灌，這種方法是連續不斷的進行澆灌，該方式不能持續的保持灌溉的進行，並且澆灌水量無法合理控制，對於用戶帶來許多不便。
[0004]現有的澆花系統雖然也有使用手機作為終端控制器的，但主要基於紅外、GPRS或者WIFI等無線通信技術的支持。建立紅外無線通信需要增加額外的控制器；使用GPRS或者WIFI進行無線通信均需要網絡的支持，對於家庭用戶而言，網絡的配置和成本較高。
【發明內容】
[0005]針對上述缺陷或不足，本發明的目的在於提供一種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統及其控制方法，達到了根據土壤溼度對花草進行澆灌目的。
[0006]為達到以上 目的，本發明的目的技術方案為:
[0007]—種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，包括:信號採集處理模塊，信號採集處理模塊的輸入端連接有土壤溼度傳感器和參數控制模塊，信號採集處理模塊的輸出端連接有澆水模塊，信號採集處理模塊的通信信道上連接有終端控制模塊；
[0008]其中，土壤溼度傳感器用於檢測花草土壤溼度狀態；
[0009]參數控制模塊用於設置預設澆水閾值；
[0010]信號採集處理模塊用於將接收到的花草土壤溼度與電位器預設的澆水閾值進行比較，並通過終端控制模塊於終端裝置進行交互後對澆水模塊進行開啟或關閉指令控制；
[0011]澆水模塊用於根據信號採集處理模塊的開啟或關閉指令後，開啟或關閉水泵；終端控制模塊用於與信號採集處理模塊交互。
[0012]還包括用於當信號採集處理模塊檢測到土壤溼度值低於電位器預設的澆水閾值時發出提醒的報警模塊。
[0013]還包括用於顯示工作模式的狀態指示模塊。
[0014]所述信號米集處理模塊為Arduino Uno R3單片機。
[0015]所述參數控制模塊為電位器。
[0016]所述澆水模塊包括繼電器以及與繼電器相連接的水泵。
[0017]所述澆水模塊還包括用於控制出水管道改變方位的舵機，出水管道安裝於舵機的方向盤上，舵機的輸入端與信號採集處理模塊的輸出端相連接。
[0018]所述終端控制模塊包括手機藍牙以及安裝於信號採集處理模塊中的XBEE藍牙模塊，或PC機。
[0019]一種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統的控制方法，包括以下步驟:
[0020]I)、用戶利用終端控制模塊與信號採集處理模塊通信信道，並向信號採集處理模塊發送工作模式選擇指令；
[0021]2)、信號採集處理模塊根據工作模式選擇指令選定的工作狀態，進入自動工作模式或人工工作模式；
[0022]3)、土壤溼度傳感器檢測花草土壤溼度狀態，並將土壤溼度狀態對應的參數發送到信號採集處理模塊；
[0023]4)、信號採集處理模塊將土壤溼度狀態對應的參數與參數控制模塊設置預設的澆水閾值進行比較:
[0024]當土壤溼度狀態對應的參數小於澆水閾值，且終端控制模塊選擇自動工作模式時，開啟澆水模塊進行澆水，並且實時的將土壤溼度狀態對應的參數通過通信信道發送到用戶終端；當土壤溼度狀態對應的參數小於澆水閾值，且終端控制模塊選擇人工工作模式時，將土壤溼度狀態對應的參數通過通信信道發送到用戶終端，並根據用戶終端發送的澆水控制指令開啟澆水模塊進行澆水；
[0025]當土壤溼度狀態對應的參數大於澆水閾值時，則繼續進行土壤溼度狀態檢測。
[0026]所述步驟4)中，開啟澆水模塊進行澆水具體包括:
[0027]通過土壤溼度狀態對應的參數獲取需要澆水花盆的位置；
`[0028]控制澆水模塊改變出水口的位置，選擇需要澆水的花盆進行澆水。
[0029]與現有技術比較，本發明的有益效果為:
[0030]本發明提供了一種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統及其控制方法，能夠通過土壤溼度傳感器獲取花盆中土壤中的溼度，控制模塊能夠根據土壤溼度來進行澆灌的開啟或關閉水泵，通過從而能實時的監控花草的狀態，進一步的，能夠利用電位器設置溼度參數，進而保證了不同植物在不同溼度要求下的灌溉要求，實現了智能灌溉的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明智能澆花系統的電路結構圖；
[0032]圖2為本發明智能澆花系統電路連接原理圖；
[0033]圖3為本發明智能澆花系統的結構示意圖；
[0034]圖4為本發明智能澆花系統控制方法的方法流程圖；
[0035]圖5為本發明手機藍牙通信軟體的程序流程圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖對本發明做詳細描述。
[0037]如圖1所示，本發明提供了一種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，包括:信號採集處理模塊1，信號採集處理模塊I的輸入端連接有土壤溼度傳感器2和參數控制模塊3，信號採集處理模塊I的輸出端連接有澆水模塊6、報警模塊4，以及狀態指示模塊5，信號採集處理模塊I的通信信道上連接有終端控制模塊7 ；
[0038]其中，土壤溼度傳感器2用於檢測花草土壤溼度狀態；
[0039]參數控制模塊3用於設置預設澆水閾值；
[0040]信號採集處理模塊I用於將接收到的花草土壤溼度與電位器預設的澆水閾值進行比較，並通過終端控制模塊於終端裝置進行互動後對澆水模塊進行開啟或關閉指令控制；
[0041]澆水模塊6用於根據信號採集處理模塊I的開啟或關閉指令後，開啟或關閉水泵；終端控制模塊7用於信號採集處理模塊I互動。
[0042]報警模塊4用於當信號採集處理模塊I檢測到土壤溼度值低於電位器預設的澆水閾值時發出提醒。
[0043]狀態指示模塊5用於顯示工作模式的狀態，所述參數控制模塊3為電位器。
[0044]需要說明的是本發明中信號採集處理模塊I為Arduino Uno R3單片機。
[0045]Arduino是一種基於AVR指令集的單片機，除繼承AVR系列單片機的優點外，Arduino更加靈活、易用，主要表現在以下幾個方面:
[0046]Arduino基於入門級的C/C++開發語言進行編程，編程門檻低，並且很多功能均已函數化處理了，用戶只需要直接調用函數或者直接從網絡上下載使用庫文件即可，易於掌握和使用；
[0047]Arduino開發 環境簡潔，不要求開發者具有太多的單片機基礎，便可簡單地與傳感器、各種電子元件進行連接，實現豐富的高級應用；
[0048]Arduino與手機、平板電腦等終端設備對接方便，既可以獨立作為智能系統的控制核心，也可以與PC機、智慧型手機連接實現交互；
[0049]Arduino電路板價格比普通單片機便宜，並且只有巴掌大小，不佔擺放空間，非常適合家庭使用；
[0050]Arduino軟體平臺和硬體平臺均開源,功能擴展容易；
[0051]Arduino運行環境大眾化,常用的計算機作業系統(Windows、Linux等)均支持Arduino軟體,而大部分的單片機只能運行在Windows作業系統中。
[0052]Arduino具有體積小、性價比高、與終端設備對接方便等特點，更加適合盆栽數量和擺放距離有限的家庭花園。目前官網已經推出Arduino Uno R3,是Arduino最新的控制板。該版本在前兩個版本的基礎上不斷進行修改，消除了前面版本的bug，增加了 I2C總線接口，改進了復位電路設計，USB接口晶片由ATmegal6U2替代了 ATmega8U2，在Mac和Linux系統中無需安裝驅動。因此，本系統採用Arduino Uno R3開發板進行硬體電路設計。
[0053]本系統採用的無線通信技術
[0054]由於目前市場上Android智慧型手機應用廣泛，藍牙與智慧型手機、平板電腦等終端設備對接方便，用戶熟悉且容易接受，藍牙4.0的推出使藍牙具有良好的發展潛力，因此，本系統採用藍牙無線通信技術進行軟硬體的通信，使用Android平臺進行通信軟體的開發。
[0055]本系統的終端控制技術
[0056]本系統不僅可以採 用USB連接線通過PC機進行控制，而且在不增加額外的控制器、節約成本的情況下，也可以採用操作簡便的Android智慧型手機作為系統的終端控制器。使用Android智慧型手機作為系統的終端控制器時，由於採用了藍牙無線通信技術，因此自行開發了適於任意一款Android智慧型手機安裝使用的以圖形界面展示的藍牙通信軟體。用戶在Android智慧型手機安裝了該軟體之後，即可選擇軟體中相應的功能按鈕或者輸入預定的系統指令來控制Arduino硬體電路工作,如圖5所示。
[0057]綜上所述，本系統採用Arduino+Android+Bluetooth技術開發，彌補了現有智能澆灌系統的不足，目前國內市場未見同樣的設計。
[0058]①Arduino平臺無線網關的功能
[0059]實時採集並向Android智慧型手機反饋花草的土壤溼度值，接收通過XBEE藍牙模塊傳送的Android智慧型手機控制指令，並按照指令要求完成控水、澆水等模塊的驅動實現智能灌溉。
[0060]②藍牙通信的功能
[0061]實現信息無線傳遞，即將Android智慧型手機控制指令傳遞給Arduino平臺無線網關完成各功能模塊的驅動，並將無線網關採集的土壤溼度值實時傳遞給Android手機顯
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[0062]③Andro i d智慧型手機的功能
[0063]Android智慧型手機是系統的控制中心。在Android智慧型手機中安裝自行開發的手機通信軟體後，用戶即可使用智慧型手機通過XBEE藍牙模塊發出指令控制Arduino平臺無線網關完成花草的智能澆灌功能，同時也可以在智慧型手機中實時顯示花草的土壤溼度值。
[0064]本系統涉及物聯網和智能家居領域，提供了一套智能澆花系統和智能控制方法。一是提供人工控制和自動控制兩種模式供用戶選擇使用，二是可以完成兩盆花的智能灌溉，三是系統內置藍牙XBEE模塊，可以使用Android智慧型手機的藍牙進行控制，四是在澆花結束時可以循環播放系統預置音樂，實現了澆花過程的智能控制，解決了不同用戶對澆花控制方式不同需求的問題，系統結構示意圖如圖3所示。
[0065]Android智慧型手機110通過手機藍牙與XBEE藍牙模塊109建立藍牙無線信道，進行藍牙無線雙向通信。
[0066]用戶在手機藍牙通信軟體中輸入工作模式指令，並通過建立的藍牙無線信道傳送至Arduino單片機101,系統進入相應的工作模式開始工作。
[0067]顯示模塊107顯示當前工作模式和下一步操作提示信息。
[0068]土壤溼度傳感器1021和1022分別置於花盆I和2之中，用於實時監測兩盆花的
土壤溼度值。
[0069]土壤溼度傳感器將監測的土壤溼度值返回給Arduino單片機101, Arduino單片機101將土壤溼度信號值通過建立的藍牙無線信道傳輸給手機，並連續不斷的顯示在手機藍牙通信軟體的界面中。
[0070]電位器103可以調節澆水閾值。
[0071]Arduino單片機101將接收到的兩盆花土壤溼度值分別與電位器103設置好的澆水閾值進行比較，判斷是否澆水。
[0072]潛水泵1061和細水管1062共同構成澆水裝置。
[0073]舵機104調整細水管1062的方向。
[0074]繼電器105控制潛水泵1061開啟與關閉。[0075]當任一花盆的土壤溼度值小於澆水閾值時，Arduino單片機101首先驅動報警模塊108進行報警，然後根據當前工作模式信號判斷是否進行自動澆水。如果處於自動控制模式，Arduino單片機101啟動舵機104轉動至相應花盆對應的角度，然後控制繼電器105開啟潛水泵1061抽水、澆水。如果處於人工手機控制模式，則根據用戶發送的手機指令來控制Arduino單片機101是否啟動舵機104、繼電器105控制澆水裝置澆水，以及控制澆水裝置的澆水方向。
[0076]當兩盆花的土壤溼度值同時均小於當前的澆水閾值，在自動控制模式下，先驅動舵機104轉動至花盆I的位置完成澆水工作，再驅動舵機104轉動至花盆2的位置完成澆水工作。在人工控制模式下，用戶可以發送給兩盆花均澆水的手機指令完成澆水工作。
[0077]不論在哪種工作模式下，澆水結束時Arduino單片機101均可驅動無源蜂鳴器完成預置音樂的循環播放。
[0078]本系統包括採集、報警、澆水和顯示四個功能模塊，各模塊組成和功能具體如下:
[0079]信號採集處理模塊
[0080]土壤溼度傳感器是該模塊的主要器件，它可以實時採集土壤溼度值，然後通過Arduino單片機反饋給Android手機端,並通過Arduino控制程序與電位器設置的燒水閾值進行比較來判斷花草是否需要澆水。
[0081]報警模塊
[0082]該模塊主要由LED指示燈和蜂鳴器組成，當採集模塊採集的土壤溼度值低於電位器預設的澆水閾值時，自動啟動該模塊報警。報警時，需要澆水的植物對應的LED指示燈亮，同時蜂鳴器發出報警聲。
[0083]澆水模塊
`[0084]該模塊由電位器、繼電器、舵機、潛水泵和水管組成。電位器用於調節澆水閾值，繼電器用於控制潛水泵抽水動作的開啟與關閉，舵機用於控制水管轉動角度以對應需要澆水的植物方向，潛水泵和水管用於進行抽水澆水。
[0085]顯示模塊
[0086]LCD液晶屏是該模塊的主要器件，用於顯示系統當前的工作模式和用戶手機控制指令提示。
[0087]傳統澆花系統的澆水過程只是一連串機械動作的簡單重複，乏味枯燥，並不能給人們帶來種植花草、澆水施肥的樂趣和幸福感。本系統特別增加了澆花音樂伴奏的功能，即在每次潛水泵抽水、澆水時(自動澆花模式或者人工控制模式均可)，有源蜂鳴器就會播放不同的歌曲伴奏，並可實現多首預置歌曲(本系統預置兩首歌曲)的循環播放。
[0088]本發明還提供了一種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統的控制方法，包括以下步驟:
[0089]I發明、用戶利用終端控制模塊7與信號採集處理模塊I通信信道，並向信號採集處理模塊I發送工作模式選擇指令；
[0090]2發明、信號採集處理模塊I根據工作模式選擇指令選定的工作狀態，進入自動工作模式或人工工作模式；
[0091]3發明、土壤溼度傳感器2檢測花草土壤溼度狀態，並將土壤溼度狀態對應的參數發送到信號採集處理模塊I ;[0092]4信號採集處理模塊I將土壤溼度狀態對應的參數與參數控制模塊3設置預設的澆水閾值進行比較:
[0093]當土壤溼度狀態對應的參數小於澆水閾值，且終端控制模塊7選擇自動工作模式時，開啟澆水模塊6進行澆水，並且實時的將土壤溼度狀態對應的參數通過通信信道發送到用戶終端；當土壤溼度狀態對應的參數小於澆水閾值，且終端控制模塊7選擇人工工作模式時，將土壤溼度狀態對應的參數通過通信信道發送到用戶終端，並根據用戶終端發送的澆水控制指令開啟澆水模塊6進行澆水；
[0094]當土壤溼度狀態對應的參數大於澆水閾值時，則繼續進行土壤溼度狀態檢測。
[0095]所述步驟4中，開啟澆水模塊6進行澆水具體包括:
[0096]通過土壤溼度狀態對應的參數獲取需要澆水花盆的位置；
[0097]控制澆水模塊6改變出水口的位置，選擇需要澆水的花盆進行澆水。
[0098]如圖2所示，以Arduino單片機為例進行說明，單片機的連接方法說明如下:
[0099]I本發明使用數字接口的D3~D6、D9、D11和D13管腳分別連接蜂鳴器、LED指示燈、舵機11、繼電器5和水泵4。
[0100]2本發明使用模擬接口的AO~A2管腳連接電位器6、土壤溼度傳感器7。
[0101]3本發明使用I2C接口連接IXD液晶屏。
[0102]務必使用外接直流電源作為舵機和水泵的接入電源。
[0103]本發明的工作過程為:`
[0104]如圖4所示，首先，搭建好智能澆花系統的硬體電路。其次，將土壤溼度傳感器安裝於待檢測的花盆中，然後，進行初始化設置，通過讀取手機或PC機傳送的工作模式指令，並根據工作模式指令進入一種工作模式，即當指令為I時，進入自動控制模式，否則進入人工控制模式；
[0105]Arduino單片機101根據土壤溼度傳感器1021和1022傳輸的土壤溼度，做出控制:
[0106]系統工作在自動控制模式時，當Arduino單片機101檢測到土壤溼度值低於電位器103預設的澆水閾值時，系統自動通過繼電器105開啟水泵1061進行抽水，從而進行灌溉；當灌溉一定時間，土壤溼度大於電位器103預設的澆水閾值時，Arduino單片機101通過繼電器105關閉水泵1061，結束灌溉。
[0107]系統工作在人工控制模式時，當Arduino單片機101檢測到土壤溼度值低於電位器103預設的澆水閾值時，系統讀取手機或PC機的澆水控制指令澆花，如果讀取到控制指令合法，系統則通過繼電器105開啟水泵1061進行抽水灌溉，直至土壤溼度大於電位器103預設的澆水閾值時，Arduino單片機101驅動報警模塊報警，且繼續讀取手機/PC機指令，根據指令進行相應的，循環緩則工作模式，或者Arduino單片機101通過繼電器105關閉水泵1061，結束灌溉。
[0108]無論系統在哪種工作模式下，當Arduino單片機101讀取到手機或PC機的模式切換指令時，可以切換系統工作模式。
[0109]本系統主要有以下優點:
[0110]1、通過舵機控制水泵細水管方向，可以對兩種植物進行智能灌溉，基於此方法，可以很方便的擴展到多盆花的智能灌溉。[0111]2、澆水閾值可由用戶可以根據季節、氣候、植物習性等因素通過電位器自行調節。
[0112]3、每次澆花結束時可以自動循環播放系統預置的音樂。
[0113]4、終端控制器使用PC機或者任意的Android智慧型手機均可。
[0114]5、Android智慧型手機市場佔有率聞，使系統易於推廣。
[0115]6、手機通信軟體可以方便的移植到任意的Android智慧型手機中使用。
[0116]7、藍牙與移動終 端對接方便，使系統無需網際網路的支持或自行組網。
【權利要求】
1.一種手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，其特徵在於，包括:信號採集處理模塊(O,信號採集處理模塊(I)的輸入端連接有土壤溼度傳感器(2 )和參數控制模塊(3 )，信號採集處理模塊(I)的輸出端連接有澆水模塊(6)，信號採集處理模塊(I)的通信信道上連接有終端控制模塊(7); 其中，土壤溼度傳感器(2)用於檢測花草土壤溼度狀態； 參數控制模塊(3)用於設置預設澆水閾值； 信號採集處理模塊(I)用於將接收到的花草土壤溼度與電位器預設的澆水閾值進行比較，並通過終端控制模塊(7)於終端裝置進行交互後對澆水模塊(6)進行開啟或關閉指令控制； 澆水模塊(6)用於根據信號採集處理模塊(I)的開啟或關閉指令後，開啟或關閉水泵；終端控制模塊(7)用於與信號採集處理模塊(I)交互。
2.根據權利要求1所述的手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，其特徵在於，還包括用於當信號採集處理模塊(I)檢測到土壤溼度值低於電位器預設的澆水閾值時發出提醒的報警模塊(4)。
3.根據權利要求1或2所述的手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，其特徵在於，還包括用於顯示工作模式的狀態指示模塊(5 )。
4.根據權利要求1或2所述的手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，其特徵在於，所述信號採集處理模塊(I)為Arduino Uno R3單片機。
5.根據權利要求1或2所述的手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，其特徵在於，所述參數控制模塊(3)為電位器。
6.根據權利要求1或2所述的手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，其特徵在於，所述澆水模塊(6)包括繼電器以及與`繼電器相連接的水泵。
7.根據權利要求6所述的手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，其特徵在於，所述澆水模塊(6)還包括用於控制出水管道改變方位的舵機，出水管道安裝於舵機的方向盤上，舵機的輸入端與信號採集處理模塊(I)的輸出端相連接。
8.根據權利要求1或2所述的手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統，其特徵在於，所述終端控制模塊(7 )包括手機藍牙以及安裝於信號採集處理模塊(I)中的XBEE藍牙模塊、或PC機。
9.一種基於權利要求1所述的手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統的控制方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)、用戶利用終端控制模塊(7)與信號採集處理模塊(I)通信信道，並向信號採集處理模塊(I)發送工作模式選擇指令； 2)、信號採集處理模塊(I)根據工作模式選擇指令選定的工作狀態，進入自動工作模式或人工工作模式； 3)、土壤溼度傳感器(2)檢測花草土壤溼度狀態，並將土壤溼度狀態對應的參數發送到信號採集處理模塊(I); 4)、信號採集處理模塊(I)將土壤溼度狀態對應的參數與參數控制模塊(3)設置預設的澆水閾值進行比較: 當土壤溼度狀態對應的參數小於澆水閾值，且終端控制模塊(7)選擇自動工作模式時，開啟澆水模塊(6)進行澆水，並且實時的將土壤溼度狀態對應的參數通過通信信道發送到用戶終端；當土壤溼度狀態對應的參數小於澆水閾值，且終端控制模塊(7)選擇人工工作模式時，將土壤溼度狀態對應的參數通過通信信道發送到用戶終端，並根據用戶終端發送的澆水控制指令開啟澆水模塊(6)進行澆水； 當土壤溼度狀態對應的參數大於澆水閾值時，則繼續進行土壤溼度狀態檢測。
10.根據權利要求1所述的手機藍牙或PC機控制的智能澆花系統的控制方法，其特徵在於，所述步驟4)中，開啟澆水模塊(6)進行澆水具體包括: 通過土壤溼度狀態對應的參數獲取需要澆水花盆的位置； 控制澆水模塊(6)改變出水口的位置`，選擇需要澆水的花盆進行澆水。
【文檔編號】A01G27/00GK103875508SQ201410088034
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】張白一, 王希娟, 王瑩, 丁小妮 申請人:長安大學