嵌入式系统的智能花盆设计
目 录
第一章 绪论 1
1.1 智能花盆的研究背景及目的意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 论文的研究工作 3
1.3.1 论文的研究内容 3
1.3.2 论文的工作安排 3
第二章 智能花盆的原理及整体设计 4
2.1智能花盆的工作原理概述 4
2.2 智能花盆硬件设计 5
2.2.1 智能花盆的硬件电路设计 5
2.2.2 智能花盆的硬件简介 5
2.2.3 硬件电路图 10
2.3 智能花盆的软件设计 10
2.3.1 智能花盆软件功能概述 10
2.3.2智能花盆软件整体框架设计 11
2.3.3 智能花盆软件平台简介 11
第三章 智能花盆软件各模块设计 12
3.1 智能花盆传感器数据采集 12
3.1.1 智能花盆数据采集方式 12
3.1.2 智能花盆数据采集程序设计 16
3.2 智能花盆监测模块设计 19
3.2.1 智能花盆监测数据库搭建 19
3.2.2 智能花盆监测过程处理算法 19
3.3 智能花盆人机交互模块 23
3.3.1 智能花盆人机交互模块简介 23
3.3.2 键盘设计模块 23
3.3.3 液晶屏显示模块 25
3.3.4 警示信息模块 28
第四章 智能花盆系统调试 28
4.1智能花盆仿真实验 28
4.1.1 智能花盆系统实验运行环境 28
4.1.2 智能花盆的仿真实验流程 29
4.1.3 智能花盆系统实验结果与分析 30
4.2 智能花盆系统实物调试 31
4.2.1实验过程 31
4.3.2 各模块实验结果 31
4.3.3 实验结果分析 31 第五章 总结与展望 33
5.1 研究的不足之处 33
5.2 智能花盆未来发展趋势 33
致谢
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
验流程 29
4.1.3 智能花盆系统实验结果与分析 30
4.2 智能花盆系统实物调试 31
4.2.1实验过程 31
4.3.2 各模块实验结果 31
4.3.3 实验结果分析 31 第五章 总结与展望 33
5.1 研究的不足之处 33
5.2 智能花盆未来发展趋势 33
致谢 35
参考文献 36
附录 37
第一章 绪论
1.1 智能花盆的研究背景、目的及意义
随着越来越多人追求绿色生活，在家中、办公室里种植花草已成为一种新的时尚。一方面人们需要通过花卉养殖等业余爱好，舒缓紧张工作之余的生活压力，也可以美化、绿化家居环境。另一方面，快节奏生活又使得人们难以花费更多的时间来打理这些。由于工作繁忙，出差或外出旅游，常常无人照顾或疏于管理，导致花草因缺水而枯萎，给爱花养花的人带来很多困扰。为了解决这种现象，智能花盆逐步被人们设计出来，它能够自主地检测、管理植物生长，帮助人们节省了大量的时间的精力，受到了越来越多养花的上班族关注。
智能花盆是结合现代传感信息技术对植物进行管理的系统，它不仅能够对植物的生长环境能够进行实时的监控和诊断，同时能够根据采集到的信息对植物的生长进行有效的管理，依据不同植物的生长需求，合理地设置、调节生长环境，增大植物存活时间，改善植物生长质量，实现资源的合理利用以及高效的培养方式。
植物日常生长环境影响因素主要有光照、温度、湿度，考虑到不同的植物有不同的生长需求，同时处于不同生长周期的植物对这些因素的要求也不尽相同。如何实时、准确的采集植物生长环境信息，以及如何根据不同植物对生长环境的需求进行反馈成了智能花盆设计关键因素。同时，人性化的界面设计以及简单易行的操作也是设计需要考虑的，不仅要将植物生长环境信息准确地反馈给用户，同时还需要方面用户的操作及设置，增大智能花盆的应用范围。
图1 智能花盆
1.2 研究现状
智能花盆极大的满足了现代人方便、省时快捷养花的需求。关于智能花盆的 设计国内外已经有相对较多的研究。布鲁内尔大学工业设计系的女大学生娜塔莉 金（Natalie King）首先设计“智能花盆”并将它命名为“Tulipe”。该花盆能够检测花卉生长环境，依据花盆的指示灯颜色来提示花卉生长环境是否符合要求。不符合要求的情况则指示灯一直处于警示状态直到环境达到植物需求范围之内。法国一家公司在2015年1月也设计出一款智能花盆。这款智能花盆具有监测光照、温湿度和土壤肥沃程度以及确定这些指标是否有助于植物生长的功能，花盆中安装了光照强度、土壤的含水量、环境温度以及空气湿度传感器。依据监测到的土壤含水量判断是否需要浇水，需要的话就自动打开浇水阀门，放出系统中事先储存的水，该花盆的储水量能保证用户离开一个月的浇水量，极大的保证了植物的生长环境，增加了植物存活的概率。同时，该花盆还有储存植物培育的相关信息和建议，用户可以通过智能手机接收到植物生长情况，同时可遥控智能花盆的管理系统[1]。东京的农工大学的水内郁夫团队研发了“Plantroid”智能花盆，该花盆类似一个机器人，不仅包含太阳能电池，而且还安置了电机驱动轮可自由行驶，依据自身的光照需求，自主移动到阳光充足处或背阴处。
国内目前关于智能花盆也有些相关的研究，主要集中在智能浇花上，相对成型的产品不多，价格也较贵，市场普及率还不算高。2011年，杨守建等人依据土壤温湿度传感器检测植物的土壤环境，并实时计算浇水量的多少，效果较一般。同年王薇等人设计了基于湿度传感器的智能花盆，通过比较、放大电路来控制继电器进行自动浇水，结构简单，但智能化不够。赵丽也是依据湿度传感器，通过单片机编程进行信息处理后控制浇花系统，浇水量一定，实现相对简单，但没有考虑花的不同品种和周期，适应度不够。2013年，李晨杰、赵佑初等人基于单片机技术和GSM通信技术设计一款智能花盆，框图如图二所示，实时监测温度、湿度及光照信息，并通过GSM通信反馈给用户，同时将信息显示出来[2]。但是针对不同品种的花，不
第一章 绪论 1
1.1 智能花盆的研究背景及目的意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 论文的研究工作 3
1.3.1 论文的研究内容 3
1.3.2 论文的工作安排 3
第二章 智能花盆的原理及整体设计 4
2.1智能花盆的工作原理概述 4
2.2 智能花盆硬件设计 5
2.2.1 智能花盆的硬件电路设计 5
2.2.2 智能花盆的硬件简介 5
2.2.3 硬件电路图 10
2.3 智能花盆的软件设计 10
2.3.1 智能花盆软件功能概述 10
2.3.2智能花盆软件整体框架设计 11
2.3.3 智能花盆软件平台简介 11
第三章 智能花盆软件各模块设计 12
3.1 智能花盆传感器数据采集 12
3.1.1 智能花盆数据采集方式 12
3.1.2 智能花盆数据采集程序设计 16
3.2 智能花盆监测模块设计 19
3.2.1 智能花盆监测数据库搭建 19
3.2.2 智能花盆监测过程处理算法 19
3.3 智能花盆人机交互模块 23
3.3.1 智能花盆人机交互模块简介 23
3.3.2 键盘设计模块 23
3.3.3 液晶屏显示模块 25
3.3.4 警示信息模块 28
第四章 智能花盆系统调试 28
4.1智能花盆仿真实验 28
4.1.1 智能花盆系统实验运行环境 28
4.1.2 智能花盆的仿真实验流程 29
4.1.3 智能花盆系统实验结果与分析 30
4.2 智能花盆系统实物调试 31
4.2.1实验过程 31
4.3.2 各模块实验结果 31
4.3.3 实验结果分析 31 第五章 总结与展望 33
5.1 研究的不足之处 33
5.2 智能花盆未来发展趋势 33
致谢
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
验流程 29
4.1.3 智能花盆系统实验结果与分析 30
4.2 智能花盆系统实物调试 31
4.2.1实验过程 31
4.3.2 各模块实验结果 31
4.3.3 实验结果分析 31 第五章 总结与展望 33
5.1 研究的不足之处 33
5.2 智能花盆未来发展趋势 33
致谢 35
参考文献 36
附录 37
第一章 绪论
1.1 智能花盆的研究背景、目的及意义
随着越来越多人追求绿色生活，在家中、办公室里种植花草已成为一种新的时尚。一方面人们需要通过花卉养殖等业余爱好，舒缓紧张工作之余的生活压力，也可以美化、绿化家居环境。另一方面，快节奏生活又使得人们难以花费更多的时间来打理这些。由于工作繁忙，出差或外出旅游，常常无人照顾或疏于管理，导致花草因缺水而枯萎，给爱花养花的人带来很多困扰。为了解决这种现象，智能花盆逐步被人们设计出来，它能够自主地检测、管理植物生长，帮助人们节省了大量的时间的精力，受到了越来越多养花的上班族关注。
智能花盆是结合现代传感信息技术对植物进行管理的系统，它不仅能够对植物的生长环境能够进行实时的监控和诊断，同时能够根据采集到的信息对植物的生长进行有效的管理，依据不同植物的生长需求，合理地设置、调节生长环境，增大植物存活时间，改善植物生长质量，实现资源的合理利用以及高效的培养方式。
植物日常生长环境影响因素主要有光照、温度、湿度，考虑到不同的植物有不同的生长需求，同时处于不同生长周期的植物对这些因素的要求也不尽相同。如何实时、准确的采集植物生长环境信息，以及如何根据不同植物对生长环境的需求进行反馈成了智能花盆设计关键因素。同时，人性化的界面设计以及简单易行的操作也是设计需要考虑的，不仅要将植物生长环境信息准确地反馈给用户，同时还需要方面用户的操作及设置，增大智能花盆的应用范围。
图1 智能花盆
1.2 研究现状
智能花盆极大的满足了现代人方便、省时快捷养花的需求。关于智能花盆的 设计国内外已经有相对较多的研究。布鲁内尔大学工业设计系的女大学生娜塔莉 金（Natalie King）首先设计“智能花盆”并将它命名为“Tulipe”。该花盆能够检测花卉生长环境，依据花盆的指示灯颜色来提示花卉生长环境是否符合要求。不符合要求的情况则指示灯一直处于警示状态直到环境达到植物需求范围之内。法国一家公司在2015年1月也设计出一款智能花盆。这款智能花盆具有监测光照、温湿度和土壤肥沃程度以及确定这些指标是否有助于植物生长的功能，花盆中安装了光照强度、土壤的含水量、环境温度以及空气湿度传感器。依据监测到的土壤含水量判断是否需要浇水，需要的话就自动打开浇水阀门，放出系统中事先储存的水，该花盆的储水量能保证用户离开一个月的浇水量，极大的保证了植物的生长环境，增加了植物存活的概率。同时，该花盆还有储存植物培育的相关信息和建议，用户可以通过智能手机接收到植物生长情况，同时可遥控智能花盆的管理系统[1]。东京的农工大学的水内郁夫团队研发了“Plantroid”智能花盆，该花盆类似一个机器人，不仅包含太阳能电池，而且还安置了电机驱动轮可自由行驶，依据自身的光照需求，自主移动到阳光充足处或背阴处。
国内目前关于智能花盆也有些相关的研究，主要集中在智能浇花上，相对成型的产品不多，价格也较贵，市场普及率还不算高。2011年，杨守建等人依据土壤温湿度传感器检测植物的土壤环境，并实时计算浇水量的多少，效果较一般。同年王薇等人设计了基于湿度传感器的智能花盆，通过比较、放大电路来控制继电器进行自动浇水，结构简单，但智能化不够。赵丽也是依据湿度传感器，通过单片机编程进行信息处理后控制浇花系统，浇水量一定，实现相对简单，但没有考虑花的不同品种和周期，适应度不够。2013年，李晨杰、赵佑初等人基于单片机技术和GSM通信技术设计一款智能花盆，框图如图二所示，实时监测温度、湿度及光照信息，并通过GSM通信反馈给用户，同时将信息显示出来[2]。但是针对不同品种的花，不
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