基于單片機(jī)的智能花盆系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院　張俊朋　盛象飛

基于單片機(jī)的智能花盆系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院張俊朋盛象飛

白領(lǐng)一族為了緩解自己的生活壓力，一般選擇在辦公室或者臥室種植盆栽，但是平時(shí)又無(wú)較多時(shí)間管理，盆栽往往會(huì)枯萎死亡。為了解決上述問(wèn)題，特設(shè)計(jì)一種智能花盆系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心器件，并由溫濕度和照度傳感器為檢測(cè)器件設(shè)計(jì)而成。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)能顯示當(dāng)前環(huán)境的溫濕度，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定值并持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，會(huì)及時(shí)通過(guò)蜂鳴器和LED等提醒用戶及時(shí)做出相應(yīng)措施。該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和應(yīng)用價(jià)值。

智能花盆；溫濕度傳感器；照度傳感器

1　引言

隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，白領(lǐng)的壓力也越來(lái)越大。很多白領(lǐng)通常在家中或者辦公室中種植盆栽以調(diào)節(jié)緊張的氣氛，營(yíng)造一個(gè)較輕松的環(huán)境，進(jìn)而起到減壓和凈化空氣的目的。白領(lǐng)平時(shí)忙于工作和應(yīng)酬，疏于對(duì)盆栽的管理，導(dǎo)致自己喜歡的盆栽枯萎凋零。對(duì)此，設(shè)計(jì)出一種智能花盆系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用智能傳感器對(duì)盆栽所處的環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，包括土壤溫度、空氣濕度以及盆栽當(dāng)前所受的光照強(qiáng)度等，并將檢測(cè)的溫度、濕度通過(guò)LCD進(jìn)行顯示，當(dāng)光照強(qiáng)度較大時(shí)，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，并伴有LED燈閃爍，提醒用戶將盆栽移到一個(gè)光線較為溫和的地方。

2　系統(tǒng)總體方案

該智能花盆系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)上述功能的同時(shí)，為了降低設(shè)計(jì)成本和減少設(shè)計(jì)周期，該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。由于需要檢測(cè)土壤溫度、空氣濕度以及光照強(qiáng)度，因此需要用到溫度傳感器、濕度傳感器以及照度傳感器；同時(shí)需要顯示檢測(cè)到的溫度、濕度，也需要LCD顯示模塊；為了提醒用戶及時(shí)把盆栽移到一個(gè)光線合適的地方，所以該方案通過(guò)蜂鳴器以及LED燈發(fā)出的聲音和燈光，提示用戶對(duì)盆栽做出相應(yīng)的保護(hù)措施?？傮w方案見(jiàn)圖1所示。

圖1　總體方案設(shè)計(jì)圖

3　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1電源模塊

電源模塊為該系統(tǒng)正常工作提供可靠穩(wěn)定的直流電源。由于該智能花盆系統(tǒng)的使用對(duì)象是白領(lǐng)一族，多在辦公室或者臥室等地方使用，因此該系統(tǒng)采用USB或者手機(jī)充電器供電，該供電電壓多為+5V。采用USB或者手機(jī)充電器供電的好處就是通用性和實(shí)用性強(qiáng)。

3.2單片機(jī)

在電源模塊確定之后，接著就是單片機(jī)的選型。考慮到該系統(tǒng)采用的是+5V電源供電，同時(shí)本著節(jié)約成本的思想，單片機(jī)選擇宏晶公司生產(chǎn)的一款高性能、低功耗、型號(hào)為STC89C52RC的新一代8051單片機(jī)，它具有8KB的程序Flash存儲(chǔ)器，512字節(jié)RAM，通用I/O口36個(gè)，看門(mén)狗定時(shí)器，還有外部掉電檢測(cè)電路等功能［1］。

3.3溫度、濕度和照度傳感器

根據(jù)圖1總體方案可知，需要用到溫度、濕度和照度傳感器。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的更高集成化，選用了集溫度和濕度傳感器一體的DHT11型號(hào)溫濕度傳感器；為了實(shí)現(xiàn)方便，照度傳感器選用BH1750FVI。

DHT11型號(hào)溫濕度傳感器是一款有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器。它采用了先進(jìn)的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保該傳感器具有極高的可靠性和穩(wěn)定性。該型號(hào)傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，可與STC89C52RC型號(hào)單片機(jī)相連接，具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。它具有超小的體積、極低的功耗，這也是該系統(tǒng)選用該型號(hào)傳感器的主要考慮之一。該傳感器的測(cè)量誤差及量程為濕度± 5%RH，溫度±2℃，量程濕度20～90%RH，溫度0～50℃。可見(jiàn)，該傳感器非常適合在辦公室、家庭室內(nèi)使用。

BH1750FVI型號(hào)照度傳感器是日本RHOM株式會(huì)社近些年推出的一種兩線式串行總線接口的集成電路，可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，其具有1～65535lx的高分辨率，可支持較大范圍的光照強(qiáng)度變化［2］。它的最大特點(diǎn)是內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器，接收的光照經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，可直接用于單片機(jī)的采集，這非常便于單片機(jī)對(duì)該傳感器進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集。該型號(hào)照度傳感器由+3.3V電源供電，該電壓可由電源模塊中的+5V轉(zhuǎn)換得到。

溫濕度傳感器和照度傳感器與單片機(jī)的硬件電路原理圖分別如圖2、圖3所示。

圖2　溫濕度傳感器電路原理圖

圖3　照度傳感器電路原理圖

3.4LCD顯示模塊

根據(jù)圖1總體方案可知，當(dāng)智能花盆系統(tǒng)檢測(cè)到環(huán)境中的溫度、濕度時(shí)，會(huì)顯示出來(lái)，所以需要用到顯示模塊。為了整個(gè)系統(tǒng)的美觀和低功耗，確定選用LCD進(jìn)行顯示。根據(jù)方案要求，只需顯示溫度和濕度，故選用1602LCD顯示器即可滿足設(shè)計(jì)要求。

1602LCD顯示器每行可顯示16個(gè)字符，共顯示2行，能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符，是一款低功耗，具有背光功能的工業(yè)型液晶顯示器。該液晶顯示器由+5V供電，硬件電路較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。

3.5蜂鳴器和LED燈

根據(jù)圖1總體方案可知，當(dāng)智能花盆系統(tǒng)檢測(cè)到光照強(qiáng)度超過(guò)設(shè)定的門(mén)限并持續(xù)一定時(shí)間后，會(huì)促使單片機(jī)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出響聲，并帶有LED燈的閃爍。考慮到該智能花盆系統(tǒng)多處于辦公室和臥室當(dāng)中，為了不影響其他人，當(dāng)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出響聲時(shí)，只響三聲，但是LED燈會(huì)一直閃爍，直到用戶按下對(duì)應(yīng)按鍵才會(huì)熄滅。

4　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是基于其硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。軟件設(shè)計(jì)主要分為兩大部分，一部分是通過(guò)溫濕度傳感器DHT11檢測(cè)溫濕度，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示在LCD上；另一部分是通過(guò)照度傳感器BH1750FVI檢測(cè)光照強(qiáng)度，與程序固化的上限值進(jìn)行比較，然后做出判斷，當(dāng)光照強(qiáng)度和光照時(shí)間超過(guò)固化的上限值時(shí)，通過(guò)蜂鳴器和LED等告知用戶，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)盆栽不受過(guò)多暴曬而枯萎的目的。這兩部分的軟件設(shè)計(jì)流程如圖4和圖5所示。

圖4　溫濕度檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)流程圖

圖5　照度檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)流程圖

5　結(jié)論

該智能花盆以溫濕度和照度傳感器為檢測(cè)器件，以單片機(jī)為控制器件，實(shí)現(xiàn)了智能花盆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。經(jīng)測(cè)試，該智能花盆系統(tǒng)具有檢測(cè)溫度、濕度以及光照強(qiáng)度等功能，并能將溫濕度顯示于LCD屏幕上，而當(dāng)光照強(qiáng)度大于一定上限值，并持續(xù)一定時(shí)間后，蜂鳴器發(fā)出響聲，并伴有LED燈閃爍。經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，滿足方案設(shè)計(jì)要求。

［1］李晨杰，趙佑初，章麗霞，袁清.基于單片機(jī)的智能花盆的研究與應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013，22：131-133.

［2］云中華，白天蕊.基于BH1750FVI的室內(nèi)光照強(qiáng)度測(cè)量?jī)x［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012，06：27-29.

張俊朋（1990—），女，河南平頂山人，碩士研究生，現(xiàn)就讀于沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，主要研究方向：視覺(jué)伺服信息處理。