基于物联网的盆栽远程监控技术应用分析

 

摘 要：针对室内盆栽长期无人看守养护的情况，研究设计了一种利用物联网技术的盆栽远程监测和控制系统。首先，该系统根据Zig Bee轻型无线通信协议建立了由CC2530作为感知终端控制器的无线传感器网络，然后主控单元树莓派三代与感知层节点串口通信，并通过搭建Web服务器和数据库实现数据存储和互联网服务，最后远程用户可由Internet与Web服务器的信息交互，实现盆栽的远程监测和控制。通过现场演示证明，该盆栽物联网监控系统具有良好的可靠性。

 

0 引言

 

目前，物联网技术在智能家居领域得到了推广和应用[1-2]。其中，盆栽养护利用物联网技术可以远程监控植物所需的水、光和营养等环境数据，保证其能够健康生长。传统的物联网技术过分依赖感知终端和互联网的直接通信[3]，这种方式会随着终端数量的增加而加重通信负担。鉴于此，本文采用基于Zig Bee技术的无线传感器网络[4]，可同时允许多个感知终端接入Internet，建立盆栽物联网监控系统，实现手机端实时远程状态监测和控制。

 

1 盆栽物联网监控系统设计

 

1.1 总体结构

 

盆栽物联网监控系统总体结构如图1所示，由下到上分别是感知执行层、网络层、应用层。其中，感知执行层包括传感器和执行模块，比如温度、湿度、光照强度等传感器以及水泵、遮阳电机、营养液投放器等执行单元。CC2530节点控制器利用Zig Bee/Z-Stack协议栈建立无线传感器网络，形成数据汇集点并通过RS485串口与树莓派三代主控制器进行信息交互。

 

网络层中，树莓派三代主控系统作为中枢节点实现感知层数据与Internet之间的交互。主控单元在Linux系统下搭建Web服务器和数据库，并通过Wi-Fi模块与互联网相连。Web服务器可以响应用户请求，数据库可以存储终端节点传输数据。

 

应用层由手机小程序和PC机端组成，通过Internet访问中枢节点Web服务器，获取盆栽实时数据和历史数据，并可以将用户需求下发给盆栽系统实现远程信息交互。

 

1.2 系统主要功能

 

基于物联网技术架构的盆栽监控系统，其主要功能包括以下四大方面：

 

（1）实时监测。针对盆栽环境数据，采用DHT11温湿度传感器实时采集空气环境温度和湿度，YL69湿度传感器监测土壤湿度，利用光敏电阻获取光照强度。同时，采用图像传输、电压/电流测量等方式获取系统运行数据。最终在物联网架构下，利用上述监测方式获取实时监测数据，并通过通信网络传输给主控系统，完成数据存储和交互。

 

（2）智能保护。为提高盆栽远程监控系统的稳定性和可靠性，设定了智能保护、休眠与复位功能。当监测数据出现异常告警后，会通过用户端及时提醒用户处理异常和故障。警告信号包括感知层传感器数据的异常（比如光照过强、温度过高、土壤水分过少等）、系统自身状态异常（比如过电压、过电流、过热、电池电量不足、水箱缺水、营养液不足等）。

 

（3）自动控制。用户可以根据需要，通过手机APP设置系统的工作模式，分为手动、自动模式。自动模式下，根据实时获取的监测数据，主控制器进行分析和判断，实现自主浇水、施肥、遮阳等自动控制功能。手动模式下，用户可以根据监控数据直接下发控制命令，完成盆栽的养护。其中，自动施肥属于定期施肥，施肥周期根据植物类型对营养需求不同而设定。

 

（4）网络通信。系统的网络通信技术涵盖了串口通信、Z-Stack协议栈、Web服务器和互联网技术，完成由感知层节点控制器CC2530、中枢点树莓派三代控制器到远程用户端的网络通信，实现信息的实时交互。