CN104216373A - 基于智能云的家庭水管理系统 - Google Patents
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Abstract
基于智能云的家庭水管理系统，属于家庭管理智能控制领域，它包括控制系统和执行装置，其特征是以ARMSOC芯片为核心的控制系统，集成安装在水管理控制器内，通过水管理控制器内的PWM端口控制执行装置来实现对花卉的自动浇水和对储水器的自动添加。本发明可以实现多盆绿色植物和宠物水盆的智能水管理，避免植物的过浇和缺水，避免宠物水盆缺水和溢出。在智能终端上还可以直观的了解植物和宠物的情况，从根本上解决家庭室内植物和宠物缺水和补水的问题，为人们解决长期出差和工作繁忙时的后顾之忧。
Description
技术领域
本发明属于家庭管理智能控制领域，涉及基于云的智能技术应用领域，具体来说是一种可通过智能终端实时掌握和远程控制的家庭用自动水管理系统。
背景技术
绿色植物可以显著改善家庭的小环境，包括：增加室内湿度，净化室内空气，并给人们带来色彩和视觉上的愉悦。
宠物可以丰富人们的业余生活，给家庭增添生气和幸福。
然而现代城市生活的节奏飞快，年轻人的工作强度和工作涉及地理范围更大，往往不能及时地给家里的绿色植物浇水，或给宠物喝水，导致植物枯死和宠物渴死的情况经常发生。
中国专利号00131032.1中公开了一种“智能网络浇水系统”，它包括与通信网络连接的浇水器，每个浇水器包括安装在水管内的电磁阀，每个浇水器包括单片机、与单片机输入/出端口连接的网络通讯接口、输出控制信号到所述电磁阀的继电器，所述网络通讯接口通过通讯网络与本地或远程服务器通讯，所述单片机通过所述网络通讯接口接收来自服务器的控制命令或参数，通过与其输出端口连接的继电器控制所述电磁阀的开合。
上述专利的不足是:
(1)采用布置在水管内的电磁阀来实现开启或切断水流，结构形式复杂，不便于布置，也不能统计实际的注水和浇水量。此外，它要求水箱位置必须高于浇水器位置或直接采用高压自来水，以形成足够的水压；
本发明采用水箱供水，采用与水管分离式的凸轮式微型水泵进行主动抽水和浇水，水箱的位置可以随意布置，单位时间的供水量是稳定而准确的，可对用水情况进行较准确的计量和统计。此外，微型水泵位置还可以沿水管长度方向移动，便于灵活布置。
（2）每个浇水器都包括一个单片机系统，均单独通过网络接口与服务器相连，网络接线繁多，网络资源的需求量也大；
本发明只需要一个基于ARM内核的 SOC芯片的水管理控制器，通过网络，即可实现：所有传感器和微型水泵的检测和驱动控制；本地数据信息与云端水管理计划的同步；
（3）浇水器内的单片机只从本地或远程服务器上下载管理程序或参数，不能将本地的传感器数据和状态实时存储到远程服务器上，不便于人们翔实地掌握家里的水管理系统状况，也不能实现远程的单泵手动操作；
本发明所有的本地数据和系统状态都通过网络实时同步存储到云终端，通过智能应用和智能终端可以随时掌握家里的植物和宠物用水情况，并可随时通过智能终端手动开启或关闭任意微型水泵；
（4）通过降水量和土壤水分传感器来调节电磁阀的开启时间。
本发明配有水箱水位、室内温湿度传感器以及摄像头，水管理控制器可实时将上述信号和图像实时传输到云端。家庭成员可通过手机或平板电脑等智能终端实时了解相关检测数据以及植物或宠物的当前状态。
发明内容
为了解决家庭室内绿色植物因人们长期出差或疏忽而不能及时浇水的问题，为了解决宠物因主人无法及时喂和添水而渴死的情况，本发明提供基于ARM处理器的家庭云智能水管理系统。
本发明的技术方案是：
基于智能云的家庭水管理系统，包括云智能远程控制端、控制系统和执行装置，其特征是以ARM内核的 SOC芯片为核心的控制系统，集成安装在水管理控制器内，通过水管理控制器内的PWM端口控制执行装置来实现对花卉的自动浇水和对储水器的自动添加；云智能远程控制端运行在智能终端，实现对水管理控制器远程监控、单点控制。
云智能远程控制端包括IOS、Android和WP、手机，执行装置包括微型水泵、柔性水管以及若干传感器。
所述微型水泵由凸轮16，水泵下盖17，水泵上盖18和直流电动机19组成。其中凸轮16安装在水泵壳体的中心空腔内，由直流电动机19直接驱动。微型直流电机19驱动凸轮16周期性的压缩柔性水管14，由于水的不可压缩性和压缩过程产生的局部负压，储水罐的水不断地被吸抽过来并浇注到植物花盆中或添加到宠物水盆中。
微型水泵采用凸轮机构实现水的抽取，自身不含控制和通讯功能，与柔性水管之间是分离式的，布置更灵活、方便；
智能终端系统所有数据（包括系统状态、图片、视频、历史数据和控制程序）都存储在云端服务器上，实现了远程操作与本地主控器之间的物理隔离；
云端服务器通过包括微信和微博的公共服务平台发布家里植物和宠物的当前情况以及水管理系统的状态。当出现系统异常时，云端服务器还可以主动通过微信联系家庭成员来进行提醒和报警；
家庭成员可通过智能终端的客户端直接登录云服务器，利用图片、视频和统计数据来实时了解家里水管理系统的工作情况，并可对各个微型水泵进行远程独立操作，进行选择性的浇注和添加。
本发明基于ARM SOC芯片，依托家庭宽带网络和云智能技术，通过自动开启分布式的微型水泵来实现多盆绿色植物和宠物水盆的智能水管理，避免植物的过浇和缺水，避免宠物水盆缺水和溢出。同时，通过智能终端，家庭成员可以实时查看家里储水罐的当前水位和水的浇注情况，显示和修改智能水管理计划，或直接手动操作分布式微型水泵进行选择性的手动浇水和添水。配合CCD摄像头，在智能终端上还可以直观的了解植物和宠物的情况，从根本上解决家庭室内植物和宠物缺水和补水的问题，为人们解决长期出差和工作繁忙时的后顾之忧。
附图说明
图1是本发明中家庭云智能浇水系统总图；
图2是本发明中水管理控制器原理框图；
图3是本发明中微型水泵结构示意图；
图3-1是本发明中微型水泵结构俯视图；
图4是本发明实施例一的STM32系统结构图；
图5是本发明实施例一的电源模块电路图；
图6是本发明实施例一的接口采样模块电路图；
图7是本发明实施例一的前置放大电路图；
图8是本发明实施例一的滤波模块电路图；
图9是本发明实施例一的有线通讯模块电路图；
图1中， 1、宠物笼，2、宠物水盆，3、储水罐，4、水位传感器，5、低水位传感器，6、储水罐补水阀，7、云端服务器，8、智能终端，9、家庭无线路由器，10、智能水管理中心，11、干湿度传感器，12、微型水泵，13、花盆，14、柔性水管，15、高清CCD摄像头，16、凸轮，17、水泵下盖，18、水泵上盖，19、直流电动机。
具体实施方式
图1所示，本发明储水罐3、水位传感器4、低水位传感器5、储水罐补水阀6、智能水管理中心10、微型水泵12和柔性水管14组成水管理系统的基本执行单元，可以实现多个花盆植物和多个宠物水盆的浇水或注水；
云端服务器7实现了智能终端8和家庭无线路由器9的互联和隔断，避免了智能终端直接访问家庭内部的水管理中心，解决个人信息安全和家庭隐私的问题微型水泵12可实现水流的切断和加压。
如图2所示，本发明的智能水管理控制器原理框图包括ARM SOC、电源模块、接口采样模块、滤波放大模块、ROM、RAM和通讯模块。其中ARM SOC、ROM、RAM及外部模块（包括电源模块、接口采样模块、滤波放大模块以及通讯模块）以智能终端系统作为基本运行平台，组成了基本的家庭智能处理单元；接口采样模块用来实现对多路传感器的数据采集和微型水泵的直接驱动；滤波放大模块用来将传感器的采集信号进行处理，并将数据通过智能处理单元及通讯模块传输到图1中的云端服务器7中。
实施例一：
水管理控制器采用STM32F107VC网络处理器作为系统核心单元，此芯片具备72 MHz运行频率和90DMIPS的处理性能，集成了以太网、CAN总线、RS485、RS232、USBOTG等各种高性能工业标准接口，其标准外设包括10个定时器、16路12位1 Msps采样速率的A/D模/数转换器、2路12位D/A数模转换器等。
STM32F107VC核心处理器内部集成了支持工业以太网标准IEEE1588的Ethernet MAC Interface，需要外部扩展PHY连接物理层网络。可选用美国国家半导体公司的DP83848C芯片作为物理层接口芯片，该芯片是10/100Mb/s单路低功耗物理层接口器件，与核心处理器通过Media-Inde pendentInterface(MII)相接。
系统参数ROM选取8 KB存储容量的24LC64芯片，使用I2C总线接口对其进行读写操作。选取SD卡作为现场数据的临时存储器，使用STM32F107VC处理器的SPI总线实现与SD卡的存储接口。
图5所示，电源模块通过专用的电源转换芯片7805产生传感器所需的5 V电源，通过LM1117产生主控制器所需的3.3 V电源。
图6所示，STM32F107VC内部集成ADC，输入通道的幅值范围为0～3.3 V，传感器输出的模拟量数据需要经过滤波、放大的处理过程输入至ADC接口通道。ADC的精度很大程度上依赖于基准电源的精度，系统采用高精度参考电压源AD780为STM32F107VC提供基准电压。AD780是一款超高精度带隙基准电压源，可以通过4～36 V的输入电源提供2.5～3.0V输出基准电压。它具有低初始误差、低温度漂移和低输出噪声，非常适合用于增强高分辨率ADC的功能。
图7、图8所示，前置放大电路是模拟信号采集的前端，采用差动放大的结构，采用运放AD620实现前置放大，AD620具有高精度、低噪声、低输入偏置电流低功耗等特点，放大倍数由1与8脚之间的反馈电阻决定。从前置放大电路输出的电信号还含有较大直流分量、基线漂移等干扰成分，需设计合理的滤波器使该范围内的信号得以充分通过，而该范围以外的信号得到最大限度的衰减，这里采用具有高精度，低偏置，低功耗特点的两个OP07运放分别组成二阶有源高通滤波器和低通滤波器。
智能终端的云智能水管理系统界面示意图包括系统组网诊断、系统工作状态、水管理计划和历史记录统计模块，支持Google Android、Microsoft WP和Apple IOS移动智能系统。其中，智能终端是指包括桌面电脑、笔记本、手机和平板电脑等在内的通用产品，并不是专用设备。
如图3、图3-1所示，微型水泵由凸轮16，水泵下盖17，水泵上盖18和直流电动机19组成。其中凸轮16安装在水泵壳体的中心空腔内，由直流电动机19直接驱动。水泵壳体由水泵下盖17和水泵上盖18装配而成。
直流电机19驱动凸轮16周期性的压缩柔性水管14，由于水的不可压缩性和压缩过程产生的局部负压，水箱内的水不断地被吸抽过来并浇注到植物花盆中或添加到宠物水盆中。
本发明的使用过程如下：智能水管理中心10通过家庭无线路由器9实时同步云端服务器7中的水管理计划。当储水罐3内水位正常时，将根据水管理计划自动控制各分布式的微型水泵12工作或停止，微型水泵7排出的水经柔性水管14浇注到花盆或宠物水盆里，即实现了水的自动和智能管理。柔性水管14末端可以分成多个更细的水管，实现一个微型水泵7浇注多个花盆或宠物水盆的功能。
当储水罐3内的水位低于最低水位时，低水位传感器5将信号反馈到智能水管理中心10。智能水管理中心10将打开储水罐补水阀6，对储水罐3进行补水。当水管理中心10通过水位传感器4检测到储水罐水位已补充到安全水位时，将快速切断储水罐补水阀6，避免储水罐过注。
整个浇注过程、补水过程以及高清CCD摄像头15拍摄的图片和视频都将由智能水管理中心10通过家庭无线路由器9同步反馈并存储在云端服务器7中。家庭成员可通过账号登录云端服务器来获取当前储水罐3的水位和历史浇注信息。水管理计划的设置、增加、修改和删除也需要在智能终端上登录云端服务器7后才能进行，具体的水管理计划修订界面如图3所示。
除此之外，云端服务器7还可以通过微信和微博等公共服务平台发布家里植物和宠物的当前情况以及水管理系统的状态。当出现系统异常时，譬如储水罐长期缺水时，云端服务器7还可以主动通过微信联系家庭成员来进行提醒和报警，避免出现意外情况。
Claims (3)
1.基于智能云的家庭水管理系统，包括云智能远程控制端、控制系统和执行装置，其特征是以ARM内核的SOC芯片为核心的控制系统，集成安装在水管理控制器内，通过水管理控制器内的PWM端口控制执行装置来实现对花卉的自动浇水和对储水器的自动添加；云智能远程控制端运行在智能终端，实现对水管理控制器远程监控、单点控制。
2.根据权利要求1所述的基于智能云的家庭水管理系统，其特征是水管理控制器包括电源模块、通讯模块、滤波放大模块和采样模块 。
3.根据权利要求1所述的基于智能云的家庭水管理系统，其特征是执行装置为微型水泵，通过微型水泵的起或停来实现对花卉的自动浇水和对储水器的自动添加；所述微型水泵由凸轮、水泵下盖、水泵上盖和直流电动机组成；当微型水泵得电后，微型直流电机驱动凸轮周期性的压缩柔性水管，由于水的不可压缩性和压缩过程产生的局部负压，储水罐的水不断地被吸抽过来并浇注到植物花盆中或添加到宠物水盆中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141217 |