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intelligentFlowerpot

(★ 26)

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

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## 目录

- [智能花盆项目的README](#智能花盆项目的readme)
  - [项目描述](#项目描述)
    - [系统功能](#系统功能)
    - [主要技术](#主要技术)
  - [应用场景](#应用场景)
  - [设备硬件设计](#设备硬件设计)
    - [概念图](#概念图)
    - [PCB安装](#pcb安装)
    - [设备框图](#设备框图)
    - [电路图](#电路图)
    - [传感器设计](#传感器设计)
  - [设备软件设计](#设备软件设计)
    - [软件框图](#软件框图)
  - [服务器搭建](#服务器搭建)
    - [整体框图](#整体框图)
    - [通信协议选择](#通信协议选择)
    - [服务器启动](#服务器启动)
    - [问题与解决](#问题与解决)
    - [信号决策算法设计](#信号决策算法设计)
  - [前端网页设计](#前端网页设计)
  - [代码分析](#代码分析)
  - [系统测试方案](#系统测试方案)
  - [维护者](#维护者)
  - [致谢](#致谢)
  - [如何贡献](#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](http://www.pkuintelligenthardware.online/)

目前开源在github上,网址为[https://github.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot](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

![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/花盆概念图.jpg)

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

![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/PCB安装图.jpg)

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
![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/设备框图.jpg)

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
![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/PCB电路图.png)

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

![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/软件框图.png)

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
![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/整体框图.png)

### 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

1. 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
![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/自动模式.png)

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

![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/手动模式.png)

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

![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/历史信息.png)

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

![](https://raw.githubusercontent.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/master/screenshots/操作历史.png)

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

## 系统测试方案

1. 监测一定时间内土壤湿度的稳定程度（稳定后，波动值不超过设定值的百分之十）
2. 传感器对外界环境变化的灵敏度（利用更加精密的仪器标定传感器）
3. 稳定性设置（连续工作7天不发生意外情况）
4. 通信成功率（通信成功率在90%以上）

## 维护者
**汪俊**:
+ email:2595676015@qq.com

## 致谢

感谢**段晓辉**老师和**智能电子系统设计课程组**对本项目的大力支持

## 如何贡献

请到[issues](https://github.com/WangJun2000/intelligentFlowerpot/issues)提出贡献

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