摘 要

如今人们的生活水平有了很大的提升，越来越多人开始在家中养植一些花卉盆栽来提高生活品质。随着物联网技术不断地推陈出新，其应用如智能家居正逐步走进普通人的家庭。本设计旨在把人们从繁琐耗时的手动浇灌作业中解救出来，结合嵌入式技术和互联网技术，设计出一套远程智能浇水控制系统。相比于传统浇灌方式，本系统具有实时测量参数、自动浇灌、无线数据传输、可远程监控和性能稳定等特点。

本文分析了国内外智能浇灌系统的研究现状，提出了系统整体设计方案。设计以STM32作为主控模块，通过传感器对多个影响因素如土壤湿度、空气温湿度和光照强度等进行测量，在本地实现自动控制和实时数据显示。采用WIFI串口模块ESP-8266，实现本地的监测数据上传至云平台和云平台的指令回传，达到远程监视和控制功能。设计选用中国移动的OneNET物联网云平台，在云端设计人机交互界面，实现OneNET云平台上用户设备的数据流可视化。配置好网络后，用户即可以通过电脑或手机应用设备云远程监视实时数据和远程控制智能浇水系统。文章的最后对系统的实际应用性能进行了测试，结果表明系统具有稳定的性能，测量灵敏，节水性能优异且能保持土壤湿度均衡合理，满足智能浇水系统的要求。

综上，本文设计实现了一套远程智能浇水控制系统，能够对土壤湿度，空气温湿度和光照强度等参数进行精确测量并自动控制。系统还实现了远程监控功能，创新点在于运用OneNET物联网云平台，设计交互界面实现数据可视化，用户利用手机即可对系统运行状态进行监视和控制，极大地方便了人们的生活。

关键词：物联网；嵌入式技术；智能浇水；远程控制；OneNET云平台

Abstract

Nowadays, people's living standard has been greatly improved. In order to improve the quality of life, people prefer to plant some plants in their homes. With the continuous innovation of Internet of things technology, its application, such as smart home, is gradually entering the family of ordinary people. The purpose of this design is to save people from the tedious and time-consuming manual watering operation. In this paper, I designed an intelligent watering system with remote control. The system has the advantages of stable performance, real-time measurement, automatic watering and remote monitoring.

I analyzed the current research of intelligent watering system at home and abroad in this paper, and gave the overall design of the system. STM32 is designed as the main control module, which can measure many factors such as soil humidity, air temperature and humidity, light intensity and so on, and realize automatic control and real-time data display locally. By using the WiFi serial port module esp-8266, the local monitoring data can be uploaded to the cloud platform and the instructions of the cloud platform can be returned, and the remote monitoring and control functions can be achieved. Select OneNET Internet of things cloud platform of China Mobile, design interactive interface in the cloud, realize data flow visualization. After the network is configured, via computer or mobile phone, users can remotely monitor real-time data and remotely control the system. At the end of this paper, I test the performance of the system. The test show that the system has the advantages of stable water-saving performance, sensitive measurement, and can maintain soil moisture. So, it meets the requirements of intelligent watering system.

In summary, a remote intelligent watering control system is designed in this paper. The system can accurately measure soil moisture, air temperature and humidity, light intensity and it can automatically control watering. The innovation in the use of OneNET Internet of things cloud platform and the design of interactive interface to realize data visualization. Users can use mobile phones to monitor and control the system. It greatly facilitates people's life.

Key Words：Internet of things; Embedded technology; Intelligent watering; Remote control; OneNET cloud platform

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 发展前景 3

1.4 研究主要内容和论文章节安排 3

第2章 系统总体设计和关键技术 6

2.1 系统功能需求 6

2.2 系统总体方案设计 6

2.3 WIFI技术简介 9

2.4 OneNET云平台简介 9

2.5 本章小结 10

第3章 系统硬件设计 11

3.1 STM32控制模块设计 11

3.1.1 最小系统电路 13

3.1.2 其他外围电路 16

3.2 传感器模块设计 17

3.2.1 土壤湿度传感器 18

3.2.2 空气温湿度传感器 18

3.2.3 光照强度传感器 19

3.3 OLED显示模块设计 20

3.4 Wi-Fi通信模块设计 21

3.5 驱动电路设计 22

3.5.1 电磁阀驱动模块设计 22

3.5.2 蜂鸣器驱动模块设计 22

3.6 本章小结 23

第4章 系统软件设计 24

4.1 软件总体设计 24

4.2 环境检测模块软件设计 25

4.2.1 土壤湿度检测软件设计 25

4.2.2 环境温湿度检测软件设计 26

4.2.3 光照强度检测软件设计 28

4.3 显示模块软件设计 29

4.4 通信模块软件设计 33

4.5 远程监控交互界面设计 36

4.6 本章小结 38

第5章 系统性能测试与结果分析 39

5.1 系统测试平台介绍 39

5.2 系统性能测试 40

5.2.1 土壤湿度部分测试 40

5.2.2 环境温湿度部分测试 41

5.2.3 光照强度部分测试 41

5.2.4 远程监控部分测试 42

5.3 测试结果分析 43

5.4 本章小结 44

第6章 总结与展望 45

6.1 总结 45

6.2 展望 46

参考文献 47

附录A 49

附录B 51

致 谢 52

绪论

课题研究的背景及意义

远程控制是人们通过现有通信技术，对远程的一些设备进行操作和控制的一种手段。例如使用手机或电脑等远程控制有联网功能的家用电器、办公设备、工业设备或其他的一些设备。远程控制是智能家居领域的一个重要控制手段。它使得智能家居控制不再局限，应用范围得到了扩展。通过远程控制技术，人们即使外出办公，也可以通过手机、电脑等控制器随时随地地监视和控制家里各种家电设备的运行情况。特别是现代社会随着家庭中家电设备种类的增多和通信技术的发展，利用现有的通信设备和通信线路对家用电器和仪表进行远程控制，已经成为未来家居发展的重要趋势^[1]。

得益于电子信息技术的快速发展，人类已经步入一个信息化高度发达的时代。远程控制能够成为工业自动化技术的重要组成部分就是因为其拥有智能化与自动化特性，可以最大程度上节省人力资源，降低人工操作误差，提高工作效率与工作质量^[2]。而如今人们社会生活的节奏加快，每天人们都要花费大量的时间外出工作，为了能够更方便快捷地照顾家庭，就可以通过远程控制家用电器设备的方式达到这种目的。而且现在智能手机的普及程度很高，只要通过智能手机轻松实现对家电设备的控制，给人们带来极大的便利，即使人们处在忙碌的工作中，或外出旅游也能够很好的照顾家庭，提高生活质量^[3]。

当今人们的物质生活有了很大的提升。人们开始在家中养植一些花卉盆栽来提高生活品味。这样既可以美化居住环境，净化室内空气，又可以陶冶情操^[4]。但是传统的手动浇灌又是一件枯燥的事情，而忘记浇灌或者浇灌过度都会导致一些脆弱名贵的植物受到损害，影响其生长。因此，研究开发一种智能浇灌系统就非常有必要了。它可以无需人工干预，把人们从传统耗时耗力的手工浇灌方式中解放自己的双手，在合适的时间代替人们为植物做出浇水动作，从而节省出时间和精力，让人们能安心地去做更有创造力的工作；而且还能根据不同的植物种类，采用不同的浇灌方案，因地制宜，用更加经济科学的浇灌方式，让植物更好地生长^[5]。

国内外研究现状

智能灌溉系统作为智能家居领域中一个重要组成部分，也可以应用在智能化自动化农业生产中。近年来已经被国内外学者广泛研究，并且取得的一些研究成果也有相当的指导和借鉴意义^[6]。据分析，为实现植物智能灌溉，国内外学者主要以下面几个方面的内容作为研究重点：