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基于arduino的视频监控土壤灌溉系统

news 2025/9/13 13:07:00

基于Arduino的视频监控土壤灌溉系统

1 功能介绍

随着物联网技术与智能农业的发展，基于Arduino的环境监控和自动灌溉系统逐渐受到研究和应用的关注。本设计以Arduino作为主控核心，集成视频监控模块、土壤湿度检测模块、烟雾检测模块、风扇控制电路和手机APP交互模块，实现了对农业环境的智能化管理和远程监控。

系统的主要功能如下：

视频监控功能：通过摄像头模块与Arduino结合，实现视频图像的采集与传输。用户可以通过手机APP实时查看现场环境，从而直观地监控作物生长情况和环境状态。
土壤湿度监测与自动灌溉：系统通过土壤湿度传感器实时检测土壤含水量，并根据设定阈值决定是否开启水泵进行自动灌溉，保障植物在适宜的水分环境中生长。
烟雾浓度检测：通过烟雾传感器检测环境中的烟雾浓度，一旦浓度超标，系统将发出警报，并在必要时驱动风扇进行空气净化和循环。
风扇控制功能：系统内置风扇电路，当环境温度过高或烟雾浓度过大时，风扇可自动启动，改善空气流通，保障作物健康生长。
手机APP远程监控与控制：通过WiFi模块，系统可将视频流、土壤湿度值和烟雾浓度等数据实时上传至手机APP端，用户可随时随地查看。同时，用户也可远程控制风扇、水泵等设备，实现远程干预和管理。

该系统集视频监控、环境检测与远程控制于一体，能够显著提高农业环境管理的智能化水平，降低人工成本，并提升作物生产的安全性与可靠性。

2 系统电路设计

系统电路由Arduino主控板和多个功能模块组成，主要包括：

2.1 Arduino主控电路

本系统采用Arduino UNO作为主控电路。UNO拥有丰富的数字I/O接口和模拟输入接口，能够灵活地连接各类传感器和执行模块。同时，其支持多种扩展模块和通信协议，方便与WiFi模块、摄像头模块、继电器电路等硬件进行接口。

2.2 视频监控模块电路

视频监控部分选用ESP32-CAM或OV7670摄像头模块。ESP32-CAM自带WiFi功能，能够将视频数据直接传输至手机APP，减少Arduino的处理压力。如果使用OV7670，则需要额外的传输模块配合。该模块与Arduino串口或I2C接口相连，实现图像数据的采集与传输。

2.3 土壤湿度检测电路

土壤湿度传感器通过两个探针插入土壤，测量土壤的导电性，从而反映含水量大小。其输出为模拟电压信号，接入Arduino的模拟输入口进行采集。系统根据检测到的湿度值与设定阈值比较，决定是否驱动继电器打开水泵进行灌溉。

2.4 烟雾传感器电路

本设计选用MQ-2烟雾传感器，用于检测环境空气中烟雾浓度。其输出为模拟电压信号，Arduino通过ADC采样得到浓度值。当检测值超过设定阈值时，系统将触发报警，并驱动风扇进行空气流通。

2.5 风扇控制电路

风扇控制采用Arduino数字输出口驱动三极管或MOSFET，再控制风扇电机通断。风扇启动条件包括：环境烟雾超标或温度过高时。用户也可通过手机APP远程开启或关闭风扇。

2.6 水泵驱动电路

水泵作为灌溉执行器件，通过继电器驱动电路与Arduino相连。当土壤湿度低于阈值时，Arduino输出高电平触发继电器闭合，驱动水泵启动，为土壤补充水分。

2.7 WiFi通信电路

系统采用ESP8266 WiFi模块或ESP32自带WiFi功能，实现与手机APP的无线通信。通过WiFi，系统可将视频流、环境数据实时上传至云端或局域网服务器，并接收来自手机APP的控制指令。

2.8 电源电路

系统需要稳定的+5V直流电源，供Arduino、传感器、摄像头及执行电路使用。对于风扇和水泵等大功率器件，可通过独立电源供电并共地，避免电压波动影响主控板工作。

3 程序设计

程序设计是本系统的核心，实现了视频采集传输、土壤湿度检测与自动灌溉、烟雾检测与报警、风扇控制以及手机APP通信等功能。

3.1 主程序框架

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <Wire.h>
#include <SoftwareSerial.h>#define FAN_PIN 5
#define PUMP_PIN 6
#define SOIL_PIN A0
#define SMOKE_PIN A1int soilValue = 0;
int smokeValue = 0;
int soilThreshold = 500;
int smokeThreshold = 400;void setup() {Serial.begin(115200);pinMode(FAN_PIN, OUTPUT);pinMode(PUMP_PIN, OUTPUT);digitalWrite(FAN_PIN, LOW);digitalWrite(PUMP_PIN, LOW);WiFi.begin("SSID", "PASSWORD");  // WiFi连接while(WiFi.status() != WL_CONNECTED) {delay(500);Serial.print(".");}Serial.println("WiFi Connected");
}void loop() {soilValue = analogRead(SOIL_PIN);smokeValue = analogRead(SMOKE_PIN);// 土壤湿度控制if(soilValue < soilThreshold) {digitalWrite(PUMP_PIN, HIGH);Serial.println("Soil Dry - Pump ON");} else {digitalWrite(PUMP_PIN, LOW);}// 烟雾检测控制if(smokeValue > smokeThreshold) {digitalWrite(FAN_PIN, HIGH);Serial.println("Smoke Detected - Fan ON");} else {digitalWrite(FAN_PIN, LOW);}delay(1000);
}

3.2 视频监控程序

若采用ESP32-CAM，可通过Web服务器将视频流传输至手机APP。

#include "esp_camera.h"
#include <WiFi.h>const char* ssid = "your-ssid";
const char* password = "your-password";void startCameraServer();void setup() {Serial.begin(115200);WiFi.begin(ssid, password);while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {delay(500);Serial.print(".");}Serial.println("WiFi connected");camera_config_t config;// 配置摄像头参数（省略具体寄存器设置）esp_camera_init(&config);startCameraServer();Serial.println("Camera Ready!");
}void loop() {delay(10000);  // 保持服务器运行
}

3.3 APP通信程序

通过ESP8266与手机APP通信，采用HTTP或MQTT协议上传数据和接收指令。

#include <ESP8266WebServer.h>ESP8266WebServer server(80);void handleRoot() {String message = "Soil=" + String(soilValue) + ",Smoke=" + String(smokeValue);server.send(200, "text/plain", message);
}void setup() {WiFi.begin("SSID","PASSWORD");while(WiFi.status()!=WL_CONNECTED) {delay(500);}server.on("/", handleRoot);server.begin();
}void loop() {server.handleClient();
}