1硬件设计
智能盆栽养护平台的控制器选用Arduino。Arduino是一个开放源代码的单芯片微电脑，它的主控板采用AVＲ单片机，开发者可以根据设定的产品功能在IDE集成开发环境中编写程序代码［15-16］，通过USb连接将程序下载到Arduino中运行即可实现相应功能［17］，程序的烧写和修改非常容易［18-19］。
Arduino的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字I/O口(其中6路可作为PWM输出)，6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSPheader和一个复位按钮。Arduino具有体积小、稳定性好、可扩展性强、配套的传感器种类丰富等优点［20］，非常适合智能盆栽养护平台使用。
(1)自动浇水模块。自动浇水模块中，土壤湿度检测采用土壤湿度传感器(ＲB-02S047)，与Arduino的接线如图2所示，该传感器共有3个引脚，分别是数据端s、电源Vcc和地线GND，传感器的s端口接Arduino的模拟量输入口。土壤湿度传感器通过判断土壤中水分含量来判断土壤的湿度值。
当湿度传感器探头悬空时，三极管基极处于开路状态，三极管截止输出为0。当传感器探头插入土壤中，土壤中水分含量不同，土壤的电阻值不同，三极管的基极导通电流产生变化，三极管集电极到发射极的导通电流收到基极的控制，经过发射极的下拉电阻转化为电压值。土壤湿度传感器的主要性能指标:工作电压+5V直流，工作电流小于20mA，输出类型为模拟量，工作湿度10%～90%无凝结。
水位检测采用水位传感器(ＲB-02S048)，与Arduino的接线如图3所示，传感器的规格参数如下:工作电压+5V直流，工作电流小于20mA，输出信号类型模拟量，工作温度:10～30℃，工作湿度:10%～90%无凝结。
水泵采用Ｒ-385直流隔膜泵。Ｒ-385直流隔膜泵是一款微型水泵，产品具有质量轻、体积小、压力大、可自吸、扬程高、使用性能广等特点。其主要性能参数:尺寸90mm×40mm×35mm，出水口内径6mm，外径9mm，工作电压6～12V直流，工作电流0．6～2A，流量1．5～2L/min，最大吸程2m，最大扬程3m，水温低于80℃。
继电器采用(ＲB-02S025)继电器开关控制模块，其规格参数如下:工作电压+5V直流，控制信号TTL电平，与传感器扩展板I/O兼容，平面尺寸:32mm×20mm。
(2)自动补光模块。自动补光模块选用光线传感器(ＲB-02S023)检测光照强度，该传感器是基于半导体的光电效应原理工作的，当光照强度变化时，半导体的电阻值发生变化，进而可检测光照强度。传感器的3P插针接口可通过3P传感器连接线与Arduino结合使用，与Arduino的接线如图4所示。主要性能参数:供电电压3．55V，工作温度－25～85℃，尺寸:13．7mm×32．8mm。
灯带采用低压12V，型号为5050的高亮植物生长补光LED植物防水灯带。LED植物灯采用半导体照明原理，发热量小，可接近植物补光，不会造成灼伤，其体积小、寿命长、生物能效高、节能环保和破损后没有重金属污染，是绿色照明光源，是专用于花卉和蔬菜等植物生产的一种基于高精密技术的植物生长辅助灯。
(3)外观结构设计。根据使用需求设计外观结构，整体外观如图5所示，底部中心的大圆盘为盆栽承载台-水箱，顶部放置花盆，内部中空作为水箱，盛装用于浇花的水，水位传感器固定在水箱内壁，为内部元器件安装方便，盆栽承载台-水箱分上下两部分，如图6所示。两侧的偏圆球用于放置湿度、光照、水位模块的电路模块和继电器等元器件，后侧偏圆球见图7，内部空心，用于放置Arduino和水泵，是整个装置的控制中枢，上面连接空心管，空心管内置橡胶水管、光传感器连接线等，连接水泵与喷头以及Arduino与光传感器。
锥形罩起灯罩和喷头外罩作用，内置喷头，如图8所示。灯罩内壁缠绕植物生长灯带，外壁安装光照传感器。喷头上部连接橡胶水管，通过空心管连接水泵。灯罩和喷头可方便安装拆卸，且密封性能、功能得到良好保证。
软件设计
首先对参数进行初始化，启动光传感器检测环境光照强度，数据传输至 Arduino，程序中设置两个光强阈值，根据光强所处阈值范围，Arduino 输出控制信号给继电器，控制两条植物生长灯带点亮或熄灭，光强较强时两条灯带都熄灭，光强一般时点亮一条灯带，光强较弱时点亮两条灯带。然后启动湿度传感器检测花盆土壤湿度，水位检测传感器检测水箱内的水位，数据传输至 Arduino，当土壤湿度低于设定值且水箱内水量充足时，Arduino 控制继电器通电，水泵运转进行浇水，当湿度达到设定值时关闭水泵，停止浇水; 当水箱内水量不足时，系统报警提醒，水泵不运行，具有缺水保护作用。程序流程图如图 9 所示。
