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](#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) + 硬件软件的编写(Arduino) + 通信协议的选择(mqtt和http) + 服务器的搭建(Flask+sqlite) + 网页的搭建(Bootstrap) ## 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) 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  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 | | |-- show.html //用户登录后没有花盆返回的界面 | | |-- signup.html //注册界面 | |-- user | |-- __init__.py | |-- models.py //数据库的数据模型 | |-- mqttCallback.py //mqtt的回调函数 | |-- veiw.py //falsk蓝图,用来实现路由