智能花盆系统,可以实时检测环境信息并查看、自动浇水、自动补光、人工远程控制
目录
智能花盆项目的README 项目描述 系统功能 主要技术 应用场景 设备硬件设计 概念图 PCB安装 设备框图 电路图 传感器设计 设备软件设计 软件框图 服务器搭建 整体框图 通信协议选择 服务器启动 问题与解决 信号决策算法设计 前端网页设计 代码分析 系统测试方案 维护者 致谢 如何贡献智能花盆项目的README
项目描述
系统功能
实时检测环境信息并显示 自动浇水、自动补光 人工远程控制 历史信息的查看 操作记录的查看主要技术
PCB板的设计(Altium Designer,江行健) 硬件软件的编写(Arduino,李泓臻) 通信协议的选择(mqtt和http,汪俊) 服务器的搭建(Flask+sqlite,汪俊) 网页的搭建(Bootstrap,汪俊)项目网址为http://www.pkuintelligenthardware.online
目前开源在github上,网址为https://github.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot
应用场景
日常使用：加班/上学/出差繁忙,无法及时对植物进行浇水与环境调整
科学研究：对植物生长环境进行实时监测并对数据进行收集与分析
设备硬件设计
概念图
如图为智能花盆的概念图。该智能花盆包含光强传感器、土壤湿度传感器与温度传感器，获取环境数据，利用温敏电阻辅助测温；通过电磁阀控制浇水，LED灯补充光照实现工作。同时为了避免潮湿环境对电路产生影响，花盆应当将导线藏于花盆内部。
PCB安装
如图为PCB的包装，用长方体盒子将电路板包装，四角用螺丝固定。
设备框图
如图为智能花盆的设备框图，智能花盆分为处理器、传感模块、收发模块与 受控模块四个部分。传感模块读取外界环境信息，收发模块实现环境信息的发送与指令的接收，受控模块根据指令作出行为。
电路图
如图为智能花盆的具体电路图。
传感器设计
用ntc温敏电阻测温,温敏电阻阻值公式Rt =R*EXP(B*(1/T1-1/T2))说明：1. Rt是热敏电阻在T1温度下的阻值
2. R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值
3. B值是热敏电阻的重要参数 4. EXP是e的n次方 5. 这里T1和T2指的是K度即开尔文温度，K度=273.15(绝对温度)+摄氏度
设备软件设计
要把软串口库的缓冲区大小调到128byte,保证稳定通信软件框图
如图为软件流程图。各部分功能如下：
数据收集与处理：收集传感器数据并进行简单处理 Wi-Fi通信：将数据打包上传云端 状态判断：依据本地上传的数据对环境的状态进行判断 人工指令分析：在网页接收、分析人工下达的指令 决策模块：根据植株状态以及人工指令进行决策 执行控制：在本地控制执行模块（硬件）执行相应决策服务器搭建
整体框图
通信协议选择
服务器和设备间的通信通过mqtt协议实现,即发布订阅模式,设备发布传感器检测到的环境信息,接收服务器命令,服务器则恰好相反。
服务器和网页的通信基于传统的http协议。
服务器启动
python要求：python3.6及以上,linux环境
python库要求:
Flask(1.1.2) Flask-Bootstrap(3.3.7.1) Flask-Migrate(2.7.0) FLask-Mqtt(1.1.1) Flask-Script(2.0.6) Flask-SQLAlchemy(2.5.1) Jinja2(2.11.3) paho-mqtt(1.5.1) requests(2.18.4) SQLAlchemy(1.4.12) Werkzeug (1.0.1) uWSGI (2.0.19.1)通过git clone https://github.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot.git获取代码库,然后进入intelligentFlowerpot文件夹。
终端启动:sudo python3 myApp.py runserver -h 0.0.0.0 -p 80
后台启动:sudo nohup python3 myApp.py runserver -h 0.0.0.0 -p 80 >out.log 2>&1 &日志在out.log中查看
后台启动后杀死程序:在root下用netstat -tunpl |grep 80查找占用80端口的进程,执行kill+查到的进程号杀死进程。
问题与解决
直接在用flask原生的内部服务器在运行一段时间后会出现服务器无法响应的问题.解决方案:用wsgi/uwsgi+apache/nginx重新布置一个生产环境才能保证长时间的运行,但是本次课程就不做这些麻烦的配置了.
信号决策算法设计
信号决策处理算法需要完成的功能如下：
判断是否处于自动控制 环境状态判断 是否缺水（湿度是否低于某值） 是否需要补光（光强是否低于某值） 对应决策 补水（补充一定时间后检测湿度） 补光（增大LED灯亮度直到光强传感器检测到阈值）前端网页设计
如图所示,这是自动模式的界面,可以通过点击四叶草的不同叶子实现查看不同信息的功能，每十秒进行一次更新
如图所示,这是手动模式的界面,可以手动设置浇水量和LED光强
如图所示,这是历史信息的界面,可以查看不同时间段内温度、光强以及土壤湿度的变化
如图所示,这是操作历史的界面，可以查看自动和人工操作的历史
代码分析
``` |-- README.md //帮助文档 |-- myApp.py //主函数所在的文件 |-- out.log //服务器后台运行的输出日志 |-- migrations //数据库迁移模块 | |-- ... |-- mqtt //mqtt测试模块 | |-- ... |-- myApp //flask功能模块 | |-- init.py //create_app()所在文件,可以初始化app | |-- createDB.py //数据库初始化模块 | |-- myApp.db //数据库 | |-- settings.py //配置文件 | |-- exts //扩展模块 |-- | | |-- init.py//初始化SQLAlche、Bootstrap、Mqtt | |-- static //静态文件 | | |-- css | | | |-- style.css //首页四叶草的css文件 | | |-- images //静态图片资源 | | | |-- ... | | |-- js //js库 | | |-- ... | |-- templates | | |-- base.html //基础html模板 | | |-- bindFlowerpot.html //绑定花盆界面 | | |-- flowerpot.html //用户有花盆登录后的主界面 | | |-- flowerpotControlHistory.html //花盆操作记录界面 | | |-- flowerpotHistory.html //花盆历史信息界面 | | |-- history.html //虚构历史作为测试的界面 | | |-- index.html //首页 | | |-- login.html //登录界面 | | |-- registerFlowerpot.html //管理员注册花盆的界面 | | |--
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