一种智能花盆参考设计

智能花盆系统

图1 系统架构

如图1所示为智能花盆的下位机硬件系统架构，通信方式选择了TI（德州仪器）的CC3200无线MCU解决方案，可支持wifi一键配置功能；MCU配合温度传感器、土壤水分传感器、土壤养分传感器、光照强度传感器获取花盆中土壤的水分情况、养分情况和植物生长的温度情况、光照情况。MCU通过拍照系统对花盆中的植物进行拍照，拍摄的照片通过本地SD卡存储或者通过wifi发送到手机端的app中、通过浇水系统对植物进行自动补水操作保证用水量需求、通过浇肥系统将植物所需的液体肥料自动补充道花盆的土壤中保证植物生长的营养需求、通过补光系统增加植物的光照时间。

无线MCU：CC3200是业界第一个具有内置WIFI连通性的单片微控制器单元。CC3200器件集成了高性能ARM Cortex-M4 MCU的无线MCU，是一个完整平台解决方案，其中包括软件、示例应用、工具、用户和编程指南、参考设计及TI E2E支持社区。该MCU包含一个8位并行摄像头接口、2个IIS通道、1个IIC通道、4通道12位模数转换器（ADC）、27个独立编程的GPIO引脚，可完全胜任外设传感器和控制系统的IO口需求。

空气温度传感器：空气温度传感器现在已经很普遍，最简单的设计时采用输出模拟电压型的温度传感器，如LM35. 德州仪器的LM35为一款高精度的温度测量传感器，其内部采用补偿模块，使得在常温下不需要额外的校准即可达到±0.25℃的准确率。

土壤水分传感器：农业上应用的土壤水分传感器体积较大，且价格昂贵，不适合在智能花盆中使用。小米“花花草草”的土壤水分传感器介绍中描述达到了Decagon公司的EC-5土壤水分传感器水平。EC-5传感器模组没有找到相关报价。淘宝上有类似产品，但需要自己开发检测电路。测量结果较粗略。

土壤养分传感器：EC（电导率）值是用来检测溶液中可溶性盐浓度或液体肥料中的可溶性例子浓度的。高浓度的可溶性盐类会使植物受到损伤或根系死亡，低浓度的盐类则影响植物的正常生长所需的盐分。

网上查到的土壤EC，报价300-500元，其探头和小米“花花草草”的类似，为坚固金属电极。该电极成本应该不大，主要的含金量在于土壤的EC值测量算法。该传感器为重点调研和研发对象。

光照强度传感器：光照传感器也是应用比较广泛的常用传感器，常用的简单类型为光敏电阻型。植物的光照强度对精度要求不高，光敏电阻即可满足要求。下图4为基于光敏电阻的光照传感器模块。

浇水/肥系统：使用“继电器+微型抽水泵”来实现自动浇水和施肥的功能。微型抽水泵，可以使用继电器来控制抽水操作的开和关，根据抽水速度和时间计算浇水/浇肥量。

补光系统：补光灯为可选模块，可以使用普通LED日光灯来对植物进行补光，也可作为摄像头拍照的曝光灯。

拍照系统：拍照系统基于OmniVision公司生产的200W像素（低端产品采用30W像素或100W像素）的高清图像传感器OV2640，它具有标准SCCB接口，兼容IIC接口，支持RawRGB、RGB、YUV等输出格式，支持图像压缩，可输出JPEG图像数据。

智能花盆产品形态

图2 智能花盆样机示例

现有的智能花盆多数智能测量温度光照等环境因素，能智能浇水的花盆还比较少，现有的智能花盆报价都比较高，因此具备自动浇水、补光等功能的低价智能花盆设计市场应用场景广泛。