arduino和appinventor2的土壤湿度控制设计
【摘 要】 本课题设计一款基于Arduino和APP inventor的土壤湿度控制设计，它由Arduino单片机、OLED12864显示屏、手机APP、蓝牙模块 HC05、土壤湿度传感器、水泵这六部分组成。用Arduino作为主控制器，它开源，易上手，设计中采用模块化的思想，设计方案原理简单、硬件稳定性高。手机APP采用美国麻省理工学院推出的AppInventor 2软件编写，可视化、积木式的编程，不需要撰写代码，简单易学。当手机连上Arduino单片机上的蓝牙后，就可以通过手机监测植物土壤湿度。如发现湿度值过低，可以通过手机蓝牙开启水泵，使用灌溉喷头向植物喷射水，方便植物的日常水分管理。此外，该App还可以记录和查看植物生长情况，并通过调用web浏览框查询百度及热门植物网站。
目录
一、植物土壤湿度控制设计的研究背景及意义 1
（一）土壤湿度控制设计研究背景 1
（二）土壤湿度控制设计研究意义 1
二、系统总体设计方案 1
（一）系统总体框图 1
三、系统硬件设计 3
（一）主控系统的设计 3
1、Arduino单片机常见版本比较 3
2、Arduino单片机的选择 4
（二）OLED12864显示屏 5
（三）蓝牙模块 HC05 6
1、蓝牙HC05概述 6
2、蓝牙HC05接口定义 6
3、HC05蓝牙与Arduino的电路连接设计 6
（四）土壤湿度传感器设计 7
1、土壤湿度传感器概述 7
2、规格参数 7
3、接口说明 8
4、土壤湿度传感器与Arduino的电路连接设计 8
（五）微型水泵的设计 8
1、微型水泵工作原理 8
2、继电器 9
四、软件系统设计 12
(一）Arduino程序设计 12
1、Arduino单片机编程介绍 12
2、Arduino总体程序设计 12
（二）安卓手机端程序设计 14
1、APP Inventor编程软件 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
简介 14
2、手机APP 编程思路 14
五、实物制作及功能演示 21
（一）实物制作 21
（二）实物调试 21
1、手机App的下载和安装 21
2、土壤湿度控制系统功能演示 22
3、花草日记功能演示 24
4、花草查询功能演示 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
附录一 程序 30
附录二 原理图设计 32
一、植物土壤湿度控制设计的研究背景及意义
（一）土壤湿度控制设计研究背景
由于人们的生活水平越来越高，许多人开始在阳台上种植各种花卉植物。但是由于阳台的封闭性，植物难以感受自然界的雨露，需要人工浇灌。人们进行浇灌时，更多地是凭主观感受以及种植经验判断植物是否缺水，这就导致了很多人种植的花草要么是由于缺水而干死，要么就是由于水太多而烂根死亡。
本课题利用单片机设计了一款家庭智能浇花器，利用手机对土壤水分进行监测通过蓝牙打开水泵，避免了主观判断植物是否缺水这一问题。
（二）土壤湿度控制设计研究意义
近年来，随着蓝牙技术的迅速崛起，以及智能手机自带蓝牙这一特点，使手机成为智能控制的重要组成部分。
本课题设计一款基于Arduino和AppInventor2（简称ai2）的土壤湿度控制设计用到了Arduino和ai2这两个时下最流行的电子开发平台。
主控制器Arduino Uno R3。它是一种方便、开放、方便、灵活的开源电子样机平台，是在2005冬季开发的。它封装了很多函数，程序开发的难度大大降低，即使是没有编程基础的人也能很快上手。
对于一个非软件专业的学生来说，手机App的开发是一个难点。在这项工作中，移动应用程序是由ai2软件编写的，该软件是由美国麻省理工学院推出的。可视化和构建块的编程不需要编写，并且易于学习。
利用连接在单片机端蓝牙模块与手机进行串口通信。当手机连接到Arduino单片机的蓝牙，可以通过手机查看植物盆栽土壤的湿度。如果发现湿度低了，可以点击手机App上的“打开水泵”按钮打开水泵。手机可以实时监测浇水量，当湿度满足要求时，再点击“关闭水泵”按钮，关闭水泵。此外，该App还可以记录和查看植物生长情况，并通过调用web浏览框查询百度及热门植物网站。App设计功能丰富、实用，能够有效地起到辅助植物生长管理。
二、系统总体设计方案
（一）系统总体框图
本课题设计一款基于Arduino和ai2的土壤湿度控制设计，它由Arduino UNO单片机、OLED12864显示屏、手机APP、蓝牙模块 HC05、土壤湿度传感器、水泵组成。土壤湿度传感器检测土壤湿度并将湿度值送OLED显示屏显示。当手机蓝牙连上Arduino UNO单片机上的蓝牙后，手机按照1000ms间隔的频率，通过蓝牙串口向单片机发送查询土壤湿度的指令，单片机接收到手机指令后，通过蓝牙串口发送土壤湿度值。根据检测到的土壤湿度，可通过手机APP上的水泵开关按钮向单片机发送启闭水泵的指令，使单片机控制继电器的吸合与断开的动作，从而实现水泵的开启或关闭。
系统设计框图如图2.1所示。
图2.1 系统总体框图
考虑到使用的私密性，在App中设计登陆管理界面。登陆成功后进入导航页面，可选择进入“花草监测”、“花草日记”或“花草查询”三个页面。
“花草监测”页面可以查看植物水分并控制水泵启闭；“花草日记”具有记录植物生长情况，并查询相关记录；“花草查询”页面可以使用百度功能以及列举了一些热门植物网站供使用者快速查询。
软件功能图如图2.2所示。
图2.2 App功能设计框图
三、系统硬件设计
（一）主控系统的设计
Arduino一个开放的电子原型平台，具有简单、灵活多变的优点。 Arduino板和软件Arduino IDE为其重要的组成部分，在允许的的范围内，我们可以任意修改原始计划和相应代码。由于Arduino的诸多优点，利用Arduino开发已经成为风尚。
1、Arduino单片机常见版本比较
目前，Arduino推出了许多不同的版本。对于入门的第一选择Arduino是UNO R3。处理器核心——ATmega328芯片， USB接口，14个数字输入/输出端口，其中6个通道可用作PWM输出，6个通道为模拟输入。2560也是USB接口。处理器核心是atmega 2560，具有54个数字输入/输出端口(其中16个可用作PWM输出)、16个模拟输入和4个UART接口。当设计中需要用到较多IO口时，Arduino 2560也是不错的选择。Arduino USB接口的小版本是Arduino Nano，其规模很小，而且使用起来非常方便。nano3.0处理器的核心是ATmega328，具有数字输入/输出端口14通道（6可作为PWM输出）和8个模拟输入。
目录
一、植物土壤湿度控制设计的研究背景及意义 1
（一）土壤湿度控制设计研究背景 1
（二）土壤湿度控制设计研究意义 1
二、系统总体设计方案 1
（一）系统总体框图 1
三、系统硬件设计 3
（一）主控系统的设计 3
1、Arduino单片机常见版本比较 3
2、Arduino单片机的选择 4
（二）OLED12864显示屏 5
（三）蓝牙模块 HC05 6
1、蓝牙HC05概述 6
2、蓝牙HC05接口定义 6
3、HC05蓝牙与Arduino的电路连接设计 6
（四）土壤湿度传感器设计 7
1、土壤湿度传感器概述 7
2、规格参数 7
3、接口说明 8
4、土壤湿度传感器与Arduino的电路连接设计 8
（五）微型水泵的设计 8
1、微型水泵工作原理 8
2、继电器 9
四、软件系统设计 12
(一）Arduino程序设计 12
1、Arduino单片机编程介绍 12
2、Arduino总体程序设计 12
（二）安卓手机端程序设计 14
1、APP Inventor编程软件 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
简介 14
2、手机APP 编程思路 14
五、实物制作及功能演示 21
（一）实物制作 21
（二）实物调试 21
1、手机App的下载和安装 21
2、土壤湿度控制系统功能演示 22
3、花草日记功能演示 24
4、花草查询功能演示 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
附录一 程序 30
附录二 原理图设计 32
一、植物土壤湿度控制设计的研究背景及意义
（一）土壤湿度控制设计研究背景
由于人们的生活水平越来越高，许多人开始在阳台上种植各种花卉植物。但是由于阳台的封闭性，植物难以感受自然界的雨露，需要人工浇灌。人们进行浇灌时，更多地是凭主观感受以及种植经验判断植物是否缺水，这就导致了很多人种植的花草要么是由于缺水而干死，要么就是由于水太多而烂根死亡。
本课题利用单片机设计了一款家庭智能浇花器，利用手机对土壤水分进行监测通过蓝牙打开水泵，避免了主观判断植物是否缺水这一问题。
（二）土壤湿度控制设计研究意义
近年来，随着蓝牙技术的迅速崛起，以及智能手机自带蓝牙这一特点，使手机成为智能控制的重要组成部分。
本课题设计一款基于Arduino和AppInventor2（简称ai2）的土壤湿度控制设计用到了Arduino和ai2这两个时下最流行的电子开发平台。
主控制器Arduino Uno R3。它是一种方便、开放、方便、灵活的开源电子样机平台，是在2005冬季开发的。它封装了很多函数，程序开发的难度大大降低，即使是没有编程基础的人也能很快上手。
对于一个非软件专业的学生来说，手机App的开发是一个难点。在这项工作中，移动应用程序是由ai2软件编写的，该软件是由美国麻省理工学院推出的。可视化和构建块的编程不需要编写，并且易于学习。
利用连接在单片机端蓝牙模块与手机进行串口通信。当手机连接到Arduino单片机的蓝牙，可以通过手机查看植物盆栽土壤的湿度。如果发现湿度低了，可以点击手机App上的“打开水泵”按钮打开水泵。手机可以实时监测浇水量，当湿度满足要求时，再点击“关闭水泵”按钮，关闭水泵。此外，该App还可以记录和查看植物生长情况，并通过调用web浏览框查询百度及热门植物网站。App设计功能丰富、实用，能够有效地起到辅助植物生长管理。
二、系统总体设计方案
（一）系统总体框图
本课题设计一款基于Arduino和ai2的土壤湿度控制设计，它由Arduino UNO单片机、OLED12864显示屏、手机APP、蓝牙模块 HC05、土壤湿度传感器、水泵组成。土壤湿度传感器检测土壤湿度并将湿度值送OLED显示屏显示。当手机蓝牙连上Arduino UNO单片机上的蓝牙后，手机按照1000ms间隔的频率，通过蓝牙串口向单片机发送查询土壤湿度的指令，单片机接收到手机指令后，通过蓝牙串口发送土壤湿度值。根据检测到的土壤湿度，可通过手机APP上的水泵开关按钮向单片机发送启闭水泵的指令，使单片机控制继电器的吸合与断开的动作，从而实现水泵的开启或关闭。
系统设计框图如图2.1所示。
图2.1 系统总体框图
考虑到使用的私密性，在App中设计登陆管理界面。登陆成功后进入导航页面，可选择进入“花草监测”、“花草日记”或“花草查询”三个页面。
“花草监测”页面可以查看植物水分并控制水泵启闭；“花草日记”具有记录植物生长情况，并查询相关记录；“花草查询”页面可以使用百度功能以及列举了一些热门植物网站供使用者快速查询。
软件功能图如图2.2所示。
图2.2 App功能设计框图
三、系统硬件设计
（一）主控系统的设计
Arduino一个开放的电子原型平台，具有简单、灵活多变的优点。 Arduino板和软件Arduino IDE为其重要的组成部分，在允许的的范围内，我们可以任意修改原始计划和相应代码。由于Arduino的诸多优点，利用Arduino开发已经成为风尚。
1、Arduino单片机常见版本比较
目前，Arduino推出了许多不同的版本。对于入门的第一选择Arduino是UNO R3。处理器核心——ATmega328芯片， USB接口，14个数字输入/输出端口，其中6个通道可用作PWM输出，6个通道为模拟输入。2560也是USB接口。处理器核心是atmega 2560，具有54个数字输入/输出端口(其中16个可用作PWM输出)、16个模拟输入和4个UART接口。当设计中需要用到较多IO口时，Arduino 2560也是不错的选择。Arduino USB接口的小版本是Arduino Nano，其规模很小，而且使用起来非常方便。nano3.0处理器的核心是ATmega328，具有数字输入/输出端口14通道（6可作为PWM输出）和8个模拟输入。
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