(8)該系統有兩個土壤濕度傳感器,以防止意外情況發生。如其中一個土壤濕度傳感器出現故障或被拉出土壤。單片機將比較分析兩個濕度傳感器檢測到的土壤濕度值。如果兩個土壤濕度值的差異超出范圍。系統會在顯示屏上顯示錯誤,水泵會自動關閉。

1.2 系統設計框圖

根據要求,智能遠程植物養護裝置系統的整體設計框圖如圖1所示。

圖1 系統設計框架圖

硬件系統主要包括主控制模塊,顯示模塊,無線通信模塊,上位機APP模塊,按鍵模塊和水泵控制模塊。本設計采用DS18B20傳感器測量環境溫度,土壤濕度檢測模塊測量土壤濕度,通過esp8266無線模塊將測量的溫濕度值上傳至機智云平臺,再發送至手機APP。

1.3 硬件系統設計

1.3.1 復位電路

本系統TFT-LCD采用并行操作方式,TFT-LCD的使能端E、TFT-LCD片選信號CS、數據/命令選擇端、數據寫入WR、數據讀取RD、硬復位RST分別連入單片機其他I/O口。

本系統傳感器模塊分兩部分:土壤濕度傳感器和環境溫度傳感器。

土壤濕度傳感器基于電磁脈沖原理,根據電磁波在介質中的傳播頻率,可以測量土壤的表觀介電常數,從而得到土壤的相對含水量。將傳感器引腳與STM32的ADC采樣引腳連接,并控制其高或低,使用特定的算法將ADC值轉換為濕度值。

環境溫度傳感器采用DS18B20。DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。

1.3.4 無線通信模塊

本系統采用ESP8266-S01模塊,設備主控制MCU通過串口和Wi-Fi模組通訊。圖2即ESP8266引腳圖。

圖2 ESR8266引腳圖

2 軟件設計

2.1 無線通信協議程序設計

STM32和Wi-Fi模塊是整個系統的關鍵,分別負責數據采集、處理和數據傳輸。ESP8266 Wi-Fi模塊連接到STM32,數據傳輸代碼根據程序中的通信協議進行編程。

遵循機智云平臺標準協議設計通信協議程序,設備主控制MCU通過串口和Wi-Fi模組通訊,通訊采用具有規定格式的指令,本系統共設計了十條指令,實現五個通訊過程,分別是Wi-Fi模組向MCU獲取設備信息,MCU向Wi-Fi模組發送業務指令,心跳,通知Wi-Fi模組進入配置模式和推送Wi-Fi模組工作狀態。指令由以下部分按順序組成:包頭(2B)=0xFFFF,包長度(2B,包的剩余字節數),命令(1B),Flags(2B),有效負載,校驗和(1B)。包長度是指從命令開始一直到校驗和的字節長度(包括命令和校驗和)。

系統收集土壤水分并顯示在LCD上,當當前濕度低于設定值時,單片機將自動發出命令控制泵的運行[4]。當濕度達到適當值時,單片機會自動發出停止泵運行的命令。STM32用作控制模塊,ESP8266與移動終端連接后,將單片機發送的串行信號轉換為無線信號,傳輸到移動終端,串口中斷程序框圖如圖3所示。

智能遠程植物養護裝置控制界面如圖5所示,裝置上共有六個按鍵,從上往下依次是設置土壤濕度增加按鈕、設置土壤濕度減小按鈕、開啟水泵按鈕、關閉水泵按鈕、配置按鈕和重啟按鈕。水泵開啟時,藍色小燈亮起,水泵關閉時,藍色小燈不亮,按下配置按鈕時,ESP8266模塊處于配置模塊,Wi-Fi信號燈亮起。