参赛作品《智能云花盆》（完成）

查看： 7932 | 回复： 10

参赛作品《智能云花盆》（完成）

主题

发表于2018-05-29 18:12:09 | 只看该作者

1# 电梯直达

【报名阶段需要填写的内容】

1. 参赛者姓名（必填项）：

Sunrise

2. 单位或学校名称（选填项）：

略

3. 当前职务或职称（选填项）：

略

4. 参赛作品的名字（必填项）：

已更名为：<智能云花盆>

5. 简要陈述您的idea和作品（必填项）：

养的植物经常无缘无故莫名其妙就死了，所以......有没有什么好的办法可以科学合理的手段去陪护它？于是想到可以做一个智能硬件自动化采集温度、湿度、光强等植物需要的生长信息通过WiFi上传到物联网云平台，能够播放各种美妙的音乐促进植物生长，同时还拥有“拍照”功能，这样就能实时查看植物的生长状态了。
如果做得深入还可以引入AI技术，通过Google开源的TensorFlow框架进行训练建立植物数据库，针对某种特定的植物实现不同的智能化管理，实现真正的AI+IOT，这样就省事省心多了。

同时看到不同的光照对植物的生长有不同的作用，于是还设计了全光谱光照，也具有美观家庭环境的效果。

6. 拟用到的立创商城在售物料（必填项）：

WiFi模组、RGB灯、DCDC、电机驱动IC、DAC、PA、继电器、MOSFET等

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充（必填项）：

摄像头、温度传感器、湿度传感器、光强检测传感器、喇叭、水泵、电机、功放、容阻、线材、连接件等

8. 拟用到的EDA工具软件名称（必填项）：

PADS、CAD、Eclipse等

【作品正式发表（报名成功后进入设计阶段）需要填写的内容】

一、作品简介

例如，可以包括但不局限于以下内容：

1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片；

点击查看大图

设计原理图时做了许多兼容设计，可以拓展一些别的功能，所以有些元器件还没有焊接。

点击查看大图

为验证方案和节约成本，手工焊接的PCBA。

2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景；

研究背景: 
随着信息时代的逐步深入和生态文明建设的兴起，物联网和家庭园艺在工作生活中扮演着越来越重要的角色。花卉盆栽成为居家和办公场所的点缀，是怡情放松心情的好帮手，平时种植一些花花草草既是一件赏心悦目的事，也是一件陶冶情操的事情，但是又因为日常工作繁忙疏于打理，导致我们并没有太多的时间和精力去照顾它们，于是就有了《智能云花盆》帮助人们对花卉盆栽进行监测和自动护理。
目的和功能：
不管何时何地，《智能云花盆》可以让我们动动手机就可以随心所欲的照顾家中的植物, 在设定不同的模式后可以自动护理植物。《智能云花盆》通过WiFi接入到网络中，加入到微信生态中，使用时下如火如荼的微信小程序，不管Android还是iPhone都可以随时随地远程控制和查看植物生长的一些基本信息，功能罗列如下：

A. 通过微信小程序可以远程控制和查看植物生长情况;   
B. 检测植物生长所需的温度和湿度数据;   
C. 根据温度和湿度情况，打开水泵给植物灌溉浇水;   
D. 打开风机给植物通风散热，降低温湿度；
E. 根据植物的生长阶段和不同植物的生长喜好，可将全彩LED灯调节成适合植物生长的颜色，促进植物光合作用更加枝繁叶茂;

F. 检测环境光照强度，环境光过强时可将灯光调弱，环境光过弱时将灯光调亮。设定模式后可根据环境光自动调节光照的强弱；
G. 水位检测功能； 
H. 给植物播放各种优美动听的音乐，让其健康成长。
市场应用前景：
众所周知，中国在急速发展过程中，市场不断被爆转基因食品问题、食品毒素问题、化肥农药问题、食物致癌问题等等，让城市人很难吃到绿色、健康的有机蔬菜。像以前暴露出来的苏丹红、三聚氰胺、地沟油，以及近期的疫苗事件，未来人们将会更加注重健康和生活品质，如果将本产品用于家庭蔬菜瓜果种植，拥有无比巨大的市场和无限广阔前景。加之，中国目前各大城市环境问题较为突出，雾霾都较为严重，汽车排出的污染废气，城市建设产生的粉尘...等等，导致人们对城市空气感到压抑和不满，如果在家庭使用《智能云花盆》可以形成一个“微森林”吸收二氧化碳，增加含氧量达到清新空气改善室内生态环境的效果。同时，生活在城市的小朋友没有经常接触大自然，使用《智能云花盆》还可以用于教育产品上，帮助孩子增加种植农作物的动手能力和学习植物从种子阶段、发芽破土、开花结果的整个生长过程。目前，中国已经放开二胎政策鼓励人口生育，在国家政策和倡导下人口还会不断增长，人口多了粮食问题如何解决？《智能云花盆》还可以推广应用到农业大棚或者室内种植上，使用AI+IOT帮助农业实现智能化，促进农业增产。如果将《智能云花盆》应用于农业大棚，由于使用了LED灯模拟太阳光谱，替代了太阳光的强光照植物水分蒸发量减少，在生长过程中对温度和湿度的控制使用水量也将大大减少。根据植物生长的不同阶段和周期通过提供不同波长的光照可以获得更高的产量，也减少生长时间能将农作物更快的推向市场，抢占市场先机。

3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面，有哪些亮点可体现？

1. 【全光谱光照，节能环保】《智能云花盆》上有设计有RGB可变色全彩LED灯，每枚LED指示灯可以变化160多万种颜色，可以给植物提供全光谱的光照，并且可以通过小程序调节显示出各种绚丽多彩的灯光效果，比如说，流水灯，呼吸灯…等等，显得色彩斑斓，非常的美观，有美化家庭环境的效果。前文也提到了，因为使用LED灯模拟太阳光谱，使用灯光替代了阳光，植物水分蒸发量减少，对温度和湿度的控制，使得植物用水量减少，与节能环保的理念不谋而合。 
2. 【播放音乐，增量增产】有科学研究表明，给植物播放音乐光合作用更加活跃，生长速度会明显加快，所以《智能云花盆》设计了音频播放功能，可以给植物播放各种优美动听的音乐促进其生长，如果用于农业和室内种植还能减少生长周期和增量增产。而且，人没事听听小曲也可以舒缓情绪放松心情释放压力，一举多得。 
3. 【扩展性强，应用广泛】如果《智能云花盆》不限制于植物种植方面，因为有设计强电控制电路（继电器电路）搭配不同的外观具有广泛的应用， 比如：接上氧气泵和加热棒，配合原有的温度湿度检测，把小程序稍作修改，就可以成为一款智能鱼缸。 比如：小程序开发出扫码支付功能（已列入计划中，后续会开发），用户扫码支付后，通过服务器发命令到控制板，控制板打开继电器通电开始计时，就可以应用于电动车充电，时间到后断电。或者是用于商场娃娃机或者游戏厅游戏机的改造升级。再比如：去掉很多功能，可以成为一款调光台灯。因为具有远程控制功能，可以接上风扇、电饭煲、空调扇、照明等等应用于智能家居领域，扩展性非常强。
4. 【开发了云服务器和微信小程序，功能丰富成本低廉】当前手机各种APP数量庞大，手机里APP装多了让用户感到厌烦，由此导致要推广一个新的APP成本非常昂贵，因为有这种情况，同时考虑到微信拥有大量的用户群体，开发了时下流行的微信小程序不管iPhone还是Android手机都可以使用。如果使用别家云服务器平台会产生各种费用需求也不能完全满足，也为了后续兼容阿里和腾讯支付的长远考虑，于是开发了云服务器，也便于今后功能扩展。本产品从用户终端硬件设计、嵌入式程序、云服务器、微信小程序等拥有整套前端到后台的物联网IOT技术，使得各个环节不再受制于人有很强的扩张性，因为整个做下来成本低廉（主控板可做到RMB50以内），功能丰富，比起市场同类产品（价格多在RMB299以上）竞争优势明显。

二、系统构架图

用流程图或思维导图等形式，描述您的作品的组成构架，即方案图。

设备端功能框图

应用端功能框图

物联网云平台功能框图

原本计划用别家的服务器(像机制云、onenet等等)，但是用了发现受限颇多，也考虑到后续做TensorFlow图像识别，于是找小伙伴给我搭了一个服务器（wodan.vip），写云服务器端软件，支持1对1控制，1对多控制和多对多控制。采用Json格式通过TCP传输数据，通过HTTP从网络获取音频。手机端应用开发微信小程序。因为租用的是阿里服务器，但是开发的是腾讯微信小程序，所以做了阿里服务器与腾讯服务器之间的对接。点击查看大图

图1 系统构架图

三、硬件部分的描述

1.附上原理图&PCB实物图的图片或者源文件（官方建议大家尽量用源文件上传），如果是图片，请确保图片是清晰可辨的；点击查看大图

原理图概览。

点击查看大图

电源用12V或5V供电皆可。

点击查看大图

全彩LED灯3.3V-5V 逻辑电平转换电路。

点击查看大图

原本打算采用DHT11直接测量温湿度，但是想到不防水，所以设计了一个土壤湿度检测电路。通过比较器和外部电路构成了振荡器，通过对“电容”的测量用于土壤湿度的检测。

点击查看大图

这是震荡电路实测波形。

点击查看大图

强电控制电路（其一，其他类似）。可用于接水泵、空气泵、加热棒、制冷片、通风风扇等等。

点击查看大图

摄像头电路（一种直接使用摄像头模块，另外一种是使用FPC插座的摄像头），兼容30W像素的OV7670和200W像素的OV2640。

点击查看大图

三线I2S接口DAC电路，兼容TM8211、PT8211等。

功放PA电路，兼容TC8403A、EG8403等多个型号，不怕没有货源。

2.用文字把该作品的实现原理、系统的工作过程大致讲解一下。

点击查看大图

硬件系统框图

主控单元采集温度、湿度、光强等数据，与服务器建立TCP/IP连接，将数据发送到云端服务器，同时也能接收微信小程序发送的数据作处理。

点击查看大图

应用构架图

3.注明所用到的EDA工具软件名称并附上设计链接。

画出的主控板PCB。

主控板PCB

点击查看大图

灯板PCB

刚学CAD，做了一个简单的3D建模，如果价格不是太高的话，打算去3D打印做出来（因为水泵水管安装位置还未想清楚、徒花无谓的钱，暂时放弃3D打印，等想清楚后再考虑）。最终用角钢做了一个“花架”。

最底下是蓄水池，第二层是装土种植物的（有水孔留到蓄水池、水泵吸水浇灌和水位检测），第一层装电路板和灯板（植物能够享受到光照，也避免电路板被水打湿）。

这个是用来蓄水的。

这个用来装土种植物的。

这个用来装灯板和主控板。

3D打印文件STL.zip

四、材料清单列表

列出您这个作品所用到的主要器件（关键器件即可），比如单片机&ARM芯片、专用集成芯片(ASIC)、传感器、功能模块等。

如果所列出的芯片是来自我们立创商城上的，最好能写出该器件的商品编号或附上对应购买链接。

因为在前期选型设计的时候有考虑到成本，所以整个做下来硬件成本非常低廉（主控板成本低于RMB50）。

五、软件部分的描述（选填）

如果您的作品涉及到软件，请列出作品对应的软件工作流程图，及关键部分的例程、源码（如果您想开源的话请上传全部源码）。

点击查看大图

微信小程序代码

点击查看大图

云端服务器代码

嵌入式程序代码

对微信小程序开发还处于入门阶段，加上整个系统比较复杂，设计到硬件设计，嵌入式程序程序开发，外观设计、服务器搭建和微信小程序（好在有小伙伴帮忙），平时又只能晚上和周末抽时间弄一弄，而参赛时间比较紧张，所以主要精力放在开发出主要的功能，等后期有时间了再来优化。

现在发布了小程序1.0版本，微信搜索“wifi智能花盆”可以看到。

点击查看大图

这是开发版。

点击查看大图

这是小程序界面，可以查看控制温度、湿度、LED灯亮度、环境光强度、水位、LED灯RGB值调节，LED灯开关、音乐开关、风扇开关、水泵开关和模式护理调节。

点击查看大图

对于护理模式分为：1. 人工护理，也就是浇水、通风（风扇）、调节光照等全由人工操作来完成。

2. 半自动护理：提醒用户浇水、调节光照等。

3. 自动护理：根据预先设定的值，对植物进行自动护理。

4. 自定义护理：根据用户的设定进行护理。

点击查看大图

LED灯RGB调光（拍照原因显示得不清楚，现场看起来比较明显），根据RGB的组合变化可以调出各种各样的颜色。这是显示的汉字，每个汉字颜色都不一样，想要什么颜色可以调什么颜色。

六、作品演示

请上传您的作品的功能演示到腾讯视频，并编辑到本楼（或附上视频链接）。按要求上传视频可获得10分，具体详见活动规则。

腾讯视频链接 https://v.qq.com/x/page/j0758vmh4dq.html

（视频更新：增加音乐播放演示）

七、总结

例如您在完成该作品过程中的一些体会、碰到的技术问题或调试经验、作品的未来规划，及对我们主办方的建议和意见等。

心得体会：

从5月底选题报名，然后方案定型做开发，第一次完成从前端到后端整个系统的开发，从驱动每个传感器，测试波形不对，不断调试，然后功能整合，LWIP编程时与云端服务器交互通信出现内存泄漏导致运行很长一段时间后重启，一路走来踩过不少坑，有的知识以前没了解过也是边做边学，好在最终出了一点小成果，心中甚慰。感谢嘉立创举办了此次活动，通过嘉立创举办这次活动为契机，开发出了《智能云花盆》原型机，因为开发时间较为仓促，完成了基本功能，后面将会继续投入完善和优化，像小程序UI界面(温湿度以曲线等表现出来、调光变色直接点击全彩图片等)，云端服务器将TensorFlow做进去让云端拥有人工智能等等，最终做出一款完整智能的AI+IOT产品。

未来规划：

1. 将产品功能完善和优化(如OTA升级等)。

2. 打通微信和支付宝扫码支付功能。

3. 优化小程序，让小程序更可视化，用户体验更好，同时将小程序加入一些社交功能，比如种植心得，植物生长曲线分享，植物知识问答等。

4. 针对市场对价格较为看重的用户，去掉其中一些功能（比如拍照和播放音乐等），做一个更低成本的差异化产品出来。

5. 设计一个具有时尚感的外观结构。

6. 完善植物数据库和歌曲库，将TensorFlow做进云端，让云服务端具有AI智能，完善功能将云服务做大做强，成为针对创客和学生群体的一个免费开放的物联网云平台。

7. 打造一个从农夫到消费者的园艺生态链。

建议和意见：

1. 希望力创商城检索功能能够更强大一点。能够罗列出元器件的关键电气参数。比如，我在设计时希望选型一个“ 12V 3A ”的继电器，一搜索就可以全部显示出来。

2. 有的元器件比如MT3608, SY8113等封装较小，都是丝印代码，所以器件如果有丝印代码的话，希望力创商城能够加一栏。这样我们能够更快的找到器件。

3. 商机有时候来源于一个小小的创意，嘉立创是否有意办一个创客空间？借助嘉立创PCB、物料和贴片的优势，可以给一些创客或者团体一条龙服务。

因为有过在某宝有过买来的元器件完全不能使用，或者使用一段时间后出问题的经历，所以开始尝试在立创商城购买一些物，希望力创商城在加速发展的同时严格把控器件质量工作不要像某宝假货次货翻新货太多质量参差不齐根本无法得到保障，相信坚持做到这一点今后会有更多的工程师和商务采购会选择在力创商城购买元器件，祝嘉立创越做越大越做越好，成为“电子元器件”领域的京东商城。