【學生作品】智能盆栽

項目概況

名稱：智能盆栽，Smart Plant Environment Control

性質：本科畢業設計，SFU Engineering（西蒙菲莎大學工程系）

歷時：兩學期（8個月）

設計團隊：Daphne, Phillip, Sunny, Jerry, Jenny

一、項目計划過程

1. 相關背景

對於喜愛盆栽的人士來說，許多植物對環境依賴的苛刻性往往是一個關鍵的制約因素。有些植物天生嬌氣，日照和溫濕度等差異直接決定其是否能健康生長，比如一些名貴蘭花，或者是以實驗或藥用目的培養的植物品種。

同時，對於許多養花愛好人士來說，出遠門也是困擾他們的一大難題。估計在盧浮宮欣賞蒙娜麗莎時候還得惦記著：家裡的小寶貝兒一星期沒有澆水了，會不會蔫了~ 當一陣冷風拂過的時候心裡又開始犯嘀咕：這幾天降溫了，家裡暖氣也沒開，會不會凍死。

2. 預定目標

設計出一款智能的植物培養器，可以根據不同植物的屬性來自動調節溫度，濕度，光照和土壤水分，營造出最適宜植物生長的外在條件。同時設備還應具備遠程操作功能，使用者下載了特定的手機App之後，可以在任何有WiFi的環境下全方位地了解植物的生長狀況。

3. 預設功能

· 設備的光源由多種可選光譜構成，可模擬自然光照，為不同種類的植物生長以及光合作用提供光學條件

· 設備可以實時監測土壤水分，並在缺水時實現自動澆灌

· 設備可以調節植物生長的周邊溫度，模擬晝夜溫差

· 用戶可以通過App，利用無線網對設備的各種參數進行遠程控制

4. 預算控制

所有材料花費目標控制在200$以內，上限為400$

5. 進度規劃

二、技術開發過程

1. 總體方案

系統分為輸入端，信號處理單元以及輸出端，其構成如下圖示意。

系統框圖

輸入端由多種感測器組成，可以對植物生長環境做出全方位的監測。之後，感測器信號會被送入由硬體電路與軟體程序組成的信號處理單元，從而可以實現對輸出端各個模塊的精準控制。同時，設備還具有實體控制面板以及手機App的虛擬界面，可允許用戶隨時通過無線網對設備進行完全控制。

2. 工程設計

作為一個軟體與硬體對半結合的設計項目，團隊在電路設計，圖紙繪製，手工和編程上都做了精心的布局和準備。就連設計方案的主色調都用的環保綠~~~

供電方案

信號導向圖

CAD設計圖

程序流程圖

3. 樣品模型

經過三個月的切割打磨布線敲碼之後，團隊終於攻克一個個障礙，做出了最後的模型。別看是木頭結構，這些可全是純手工製作，無毒無害且天然環保！

控制面板

接下來就是電路部分。下圖為部分主控制箱的電路，它承擔了供電，信號處理以及控制等任務，在系統設計中扮演著至關重要的角色。（這麼整齊的布線一定是女學霸弄的）

EIM PCB可以承接PCB設計項目，此類電路設計成一個集成的電路板

然後就是各種電路調試，組裝，寫代碼的過程。。。從桌上密密麻麻的元件和電線，就可以預想出開發團隊的燒腦過程。

最終整機組裝完畢，之後一株幸福的馬鈴薯成了第一個小白鼠。

4. 測試結果

細心的小夥伴們做好了簡單易懂的單頁使用手冊，介紹了如何操作和使用：

撲天雕直接被叫來作為第一個用戶測試。操作步驟很簡單， 只需將植物盆放入設備腔體，然後將澆灌噴頭和土壤濕度檢測器插入土盆內，然後關上玻璃櫃即可。

之後就可以打開開關通電了。設備啟動之後，控制面板的LCD顯示屏會顯示當前溫度，濕度等基本狀態。

用戶可以在手機下載的App中選擇植物的品種。選定後系統即按照參數調整設備環境。

很快，頂部的LED燈組就會根據植物種類，組合出合適的光譜。

5. 結果評估

經最終測試，原預設功能基本全部實現。土壤乾燥的情況下可以自動澆水。針對各個種類的植物，頂部由不同色彩組成的LED燈組會選擇性開啟，用來組成最適宜該植物生長的光譜。溫度調節器也會調節腔體內溫度為植物創造舒適環境。最終，用戶還可以通過手機實現對各個控制模塊的遠程無線操控。由於時間和預算有限，未能進一步實現圖像傳輸，但是作為一款學生設計的模型，該結果已經大大超出預期。

三、項目執行過程

1. 執行細節

這種項目就這樣，執行細節太多，一張圖基本什麼都看不清。。。意會即可

2. 藝術剪輯

團隊的Logo和海報，估計是因為女生佔比重較大，所以突顯了小清新的風格。

3. 項目點滴

首次將LED燈組安裝在機頂，這時候連門柜上的防塵膜還沒有揭開呢。我想知道右下角是誰的手。。。

安裝並測試系統的溫控調節；目前內部溫度為42度，適合熱帶植物。

只可惜啊，沒有要到照片，估計女學霸們在做project的時候沒有化妝，所以都沒有拍照片。。。

項目點評

這款設計又是一個融合了軟硬體技能的綜合性畢業設計項目。從電路設計，信號處理，CAD建模，硬體編程，手機App編程以及手工製作，對於一批即將從工程系畢業的學生來說，毫無疑問是一次絕佳的鍛煉和實踐機會。從起初一個創意概念，到最終一個可以通過手機實現控制的實物模型，無不傾注了學生們努力和心血。

設計的創意非常迎合 IoT 潮流，將盆栽與互聯網結合可以使養花愛好者更好地掌握植物信息，為植物生長提供了非常好的條件，對經常出差無法打理花草人士來說是個毫無疑問的福音。不過，對於一部分盆栽種植者來說，對植物的觀賞性也是一個主要因素，而玻璃櫃有可能會或多或少地增加使用者與盆栽的距離感，同時造價也有可能大大超過許多非名貴植物本身。

但是，正是由於對植物許多重要生長環境的把控，用它培養實驗性或藥用性植物一定是個非常不錯的選擇。

---- 結束 ----

開發團隊：Daphne/Philip /Sunny/Jenny /Jerry

技術支持：撲天雕（Daniel），入雲龍（Steven）

圖文編輯：撲天雕，小李廣（Terrence），鐵扇公主（Grace）

文章內圖片均由開發團隊提供並與本公眾號共享，任何商業形式的使用和轉載請提前與公眾號聯繫。

封面圖片來源：T-Series；鏈接：https://9to5toys.com/2017/05/04/tregren-t-series-smart-garden/

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