分布式一体化远程智能花盆

本文针对传统手工花卉浇灌方式工作效率低下、现有智能花盆存在机电分离、布线混乱以及远程监控能力不足等问题，应用分布式架构与一体化设计理念，基于STM32F103控制器，结合Unity3D引擎开发上位机，设计和研制了一种分布式一体化远程智能花盆。该系统由底层服务端和远程客户端两部分组成。底层服务端包括从机和主机：从机使用土壤湿度传感器、空气温湿度传感器以及环境光传感器实时检测土壤湿度、室内环境温湿度和光照强度；主机根据不同的程序设定进行不同的命令控制，最终实现远程控制、自动浇灌、降低成本以及等机电一体化目的。远程客户端采用彩色界面模拟现实绿植状况，与底层服务端通过透传云进行通讯，具备浇水手自动模式调换和花草数据实时显示功能。

伴随物联网时代的到来和人们生活水平的提高，绿植花卉成为美化家居环境、治理环境污染的有效手段。绿植花卉养护多采用传统手动浇灌方式，浇水周期不规律，有时因为公务繁忙或者长时间出差在外，花草疏于照顾甚至枯死。虹吸式供水的简易浇花装置或者定时定量浇水的自动浇花器，一定程度上缓解了长时间无人浇花的问题，但缺乏对植物生长环境参数的有效监控。基于集成电路设计的各类智能浇花系统，多采用微控制器作为控制芯片，利用土壤湿度、光照等传感器检测植物生长环境参数，根据植物生长特性设置参数阈值，通过控制继电器和水泵等，自动完成浇灌任务[1] [2] [3]。目前，具有远程监视、控制、虚拟现实等功能的花卉养护系统也屡见公开报道[4] [5]，此类系统中植物盆景和自动浇花装置彼此分离，工作时需要根据盆栽植物大小和分布，需要人工分配水管和传感器的位置。由于传感器和控制器之间多采用有线的连接方式，导致系统安装过程复杂、系统灵活性和可靠性低，当盆栽稍多时， 实用性不强。

智能花盆作为一种新兴智能家居设备， 成为住宅和办公室环境美化的新宠[6]。

法国Parrot 公司于2016年推出了Robotic Plant Pot 智能蓝牙节水花盆，采用蓝牙无线技术，进行短距离数据交换，但是该系统不能实现远程监视和控制[7]。2014 年北京交通大学机械与电子控制工程学院的张鑫等人设计了一种基于Kinect 的智能花盆体感控制系统，可通过人体动作实时控制花盆系统的布景图案[8]。此外各种具有独特功能的智能花盆也是层出不穷，例如水箱容积与电池电量较大的Just Grow 智能花盆。但是，目前智能花盆多采用独立工作模式，联网花盆也仅限于本地局域网，大部分没有远程监视与控制功能。

针对自动浇灌装置和植物盆景分离，传感器和控制器布线混乱，输水管线容易跑冒滴漏，从而导致智能浇花系统安装和维护困难的问题，本设计采用一体化设计理念，开发了一种分布式一体化远程智能花盆，将整个自动浇灌装置集成到花盆内部；改变常规智能花盆的独立工作模式，采用分布式理念，增加了花盆监控通信中心，该通信中心可以连接到多个花盆自动浇灌装置并通过公用移动网络连接到远程花盆监控服务客户端系统，从而提供远程监控服务，将独立工作模式扩展为远程联网工作模式；系统中