基于ESP32的智能萌宠盆栽系统设计

摘要：针对现代家庭与办公环境中对高效、个性化植物养护的迫切需求，设计一款基于ESP32的智能萌宠盆栽，融合了现代物联网技术与植物生态学的智慧。该系统通过智能传感器监测植物生长所需的光照、空气温湿度和土壤水分等环境参数，同时还具备情感交互功能，将盆栽模拟为宠物与人互动，为用户提供情绪调节服务。这不仅为用户提供智能化的盆栽养护服务，更能成为用户的情感伴侣。

关键词：智能萌宠盆栽；传感器；ESP32；植物检测；自动调节

中图分类号：TP368.1    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）08-0010-03

开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

随着新时代人们生活质量的大幅提高，人们越来越渴望亲近自然，享受绿色植物带来的舒适与温馨。在如今社会的发展中盆栽植物变得十分流行，一方面它可以提高人们的精神生活状态，陶冶情操；另一方面，通过盆栽植物的光合作用能够净化空气中的有毒有害气体，使居住环境得到改善。然而，人们在面对忙碌的工作和缺乏对绿植养护知识的情况下，无法很好地照料植物，这就让种植盆栽植物的人们情绪低落，甚至影响他们自身的身心健康。

为了解决上述问题，本研究设计了一款智能萌宠盆栽系统，该系统融合了现代智能科技与传统盆栽种植，通过传感器监测盆栽生长环境并自动调节养护参数，同时模拟宠物互动，为用户提供情绪调节服务。该系统旨在帮助用户轻松愉快地培养属于自己的盆栽，随时关注其生长状态，并与之进行智能交互，成为用户的情感伴侣[1-4]。

1 系统总体设计

智能萌宠盆栽系统总体设计框图如图1所示，本系统以ESP32-S3作为核心处理器，控制整个盆栽的自动化运行。传感器设备主要包括空气温湿度传感器、光照强度传感器、土壤湿度传感器、震动传感器等，用于采集实时环境参数并传输至ESP32-S3进行数据存储和处理。外部执行控制设备包括水泵、加湿器、LED补光灯，由ESP32-S3统一控制。显示屏模块主要实现系统控制、表情互动和环境数据可视化。ESP32-S3集成的2.4GHz Wi-Fi负责将接收的传感器数据上传至互联网，并接收手机App发送的控制指令[5]。手机App、后端与数据库通过互联网与盆栽系统通信，实现远程监测、远程控制和数据储存。

2 智能萌宠盆栽硬件系统结构

在盆栽的实际设计中，主要考虑系统整体结构的便利性和可使用性，通过设计PCB电路板来减少杜邦线的使用，只在PCB电路板上预留各模块与开发板的连接插口，从而达到系统设计的各个模块便于安装和拆卸，以及整个系统小巧便利的目的。智能盆栽PCB硬件系统电路图如图2所示。

2.1 核心板设计

微控制器是智能萌宠盆栽系统中至关重要的控制单元，负责控制软硬件设备。本设计对比了STM32和ESP32单片机，为了省去额外的通信模块、简化设计并降低成本，最终选择ESP32-S3作为微控制器。乐鑫科技公司推出的ESP32-S3是一款集2.4GHz Wi-Fi和Bluetooth 5 （LE）技术的微控制单元，可以很好地进行远距离控制[6]。同时，这款芯片具有双核处理器处理速度高达240 MHz，提供多达45个可编程的通用输入输出引脚，满足用户的实际设计需求，核心板实物图如图3所示。

2.2 环境检测模块设计

系统通过盆栽上安置的多种传感器实时监测空气温湿度、光照度、土壤湿度等参数，并将数据显示在显示屏上，同时提醒用户关注植物生长状态。例如，当检测到湿度或光照强度低于阈值时，显示屏会显示相应的动画表情提示用户采取措施。

系统支持自动控制模式，用户可以自定义植物生长环境阈值，系统会根据环境参数自动控制相应设备，将环境参数保持在设定的生长阈值附近。例如，当检测到土壤湿度低于阈值时，自动打开水泵；空气湿度低于阈值时，自动打开加湿器；光照强度低于阈值时，自动打开LED补光灯。用户可根据需要选择是否开启相应设备的自动控制模式，从而减轻用户对多种植物参数的关注，提升种植体验。

2.3 显示屏模块设计

显示屏模块采用3.5寸TFTLCD显示屏，使用SPI协议与单片机通信，并移植轻量化GUI LVGL进行数据显示。显示屏模块的核心功能是对接收到的数据进行处理，并设计友好的人机交互界面。

为了使显示屏上的数据更直观，本系统采用LVGL官方GUI设计软件SquareLine Studio设计人机交互界面[7]，以便美观地显示环境数据和盆栽表情动画。表情动画形象参考QQ表情包“小竹蒿”，使用开源3D制作软件Blender制作，并使用LVGL官方的格式转换器转换成C数组格式的GIF，由LVGL的GIF组件显示。显示屏模块设计图如图4所示，其中（a） 为GUI界面，（b） 为动画形象图。

2.4 无线传输模块设计

点到点双端通信是一种广泛应用于生产和生活的经典无线通信模型，数据安全传输至关重要[8]。无线传输模块由ESP32-S3开发板集成的2.4GHz Wi-Fi实现，无线传输模块设计框图如图5所示。ESP32-S3与MQTT服务器连接，并与移动端进行无线通信，实现无线传输功能。

系统使用ESP32 Arduino框架中的WiFi库将盆栽连接至互联网，并通过PubSubClient库连接至MQTT云服务器Eclipse Mosquitto，利用MQTT协议搭建安全的双向传输协议，并订阅“智慧盆栽主题”以接收信息或向该主题推送信息进行通信。

3 智能萌宠盆栽软件设计

智能萌宠盆栽软件设计旨在为用户提供更便捷、安全、简化的植物养护方式。为此，系统软件设计采用层次化结构，并对各模块功能进行软件设计和智能控制，以确保系统在某个模块出现异常或故障时，不会对整体运行产生重大影响。

系统软件设计包含手机App、数据库和服务器。ESP-S3单片机通过Wi-Fi连接云服务器，并与“智能萌宠盆栽”App进行数据传输。App端可以发送控制指令到ESP-S3，并控制后端服务器将监测到的实时环境数据存储到数据库。系统软件设计框图如图6所示。

4 实验与分析

智能萌宠盆栽的外形采用长方形设计，使用亚克力板组合拼接成长方体盒子。盆栽盒子的右上角放置水泵与LED补光灯的金属连接软管，左下角放置加湿器，后方放置土壤湿度传感器和光照强度传感器。盒子正前方设置一个倾斜的亚克力挡板，挡板中间切割出一个3.5寸的槽位用于放置LCD显示屏。显示屏右侧为温湿度传感器，盆栽主控开发板通过PCB插槽与LCD屏幕相连，并位于屏幕后方，使用USB接口供电。实物外观图如图7所示。

在完成软硬件接线和电源测试后，进行无线数据通信和App端各功能模块的测试。App软件测试图如图8所示，其中（a） 为数据显示界面，（b） 为修改阈值界面，（c） 为养护植物选择界面，（d） 为远程控制界面，（e） 为历史数据查询界面。

5 结论

本设计将物联网技术与植物养护相结合，并赋予盆栽宠物化属性，显著提升了植物养护的智能化水平。智能萌宠盆栽系统提供多种植物种植模式，用户可根据个人喜好和植物种类选择最适宜的生长参数，实现植物最佳生长状态。

系统通过传感器监测盆栽的生长环境和状态，自动调节养护参数，并模拟宠物互动，提醒用户关注盆栽的健康成长。智能萌宠盆栽系统不仅能够作为智能宠物与用户进行互动，增加生活情趣、放松心情、缓解孤独，还能为未来物联网农业研究提供参考。

参考文献：

[1] 饶容荣，东鑫渊.一种可手机远程控制的智能浇水系统设计[J].石河子科技，2024（1）：59-60.

[2] 武潇.基于华为云IoT平台的远程智能浇花系统设计与实现[D].吉林：吉林化工学院，2024.

[3] 唐文强，吴君.基于STM32和WIFI的物联网智能盆栽（物联网农业微模型）的设计[J].电脑知识与技术，2021，17（2）：197-198.

[4] 涂颖，刘叶林，李刚.基于STM32智能盆栽远程补光浇水设计[J].电子制作，2018，26（13）：26-28.

[5] 何文祥，李社蕾.智能家居盆栽系统技术的研究与设计[J].现代计算机，2021，27（23）：167-170.

[6] 刘昶江，林媛媛，刘梦杰.基于ESP32芯片的智能物联电源设计[J].电子设计工程，2024，32（11）：141-145，150.

[7] 刘双，刘叶锋，田媛，等.基于LVGL与STM32的土壤温湿度无线检测系统的设计[J].电子制作，2024，32（14）：3-5.

[8] 张怀聪.基于ESP32的Wi-Fi无线密钥生成关键技术研究[D].南京：东南大学，2023.

【通联编辑：梁书】