智能花卉護(hù)理系統(tǒng)

魏文昭 桂曉亮 伊懷詩 孫德鵬

摘 要：本文提出的智能花卉護(hù)理系統(tǒng)是通過對土壤的溫、濕度等情況的檢驗(yàn)，進(jìn)而應(yīng)用智能化的管理來實(shí)現(xiàn)花卉的正常生長。土壤溫、濕度的檢驗(yàn)與控制包含了溫、濕度的檢驗(yàn)及自助澆水設(shè)計(jì)。對其的檢驗(yàn)與顯示則使用傳感器為感應(yīng)器件，將獲得的溫、濕度數(shù)值送到AT89C52單片機(jī)，再由其控制設(shè)備運(yùn)行。本文為實(shí)現(xiàn)自助養(yǎng)花進(jìn)行了一定的探索，并獲得了某些對研發(fā)新產(chǎn)品有借鑒意義的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；溫濕度傳感器；光照傳感器；C52程序；數(shù)字電路

1 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平日益提高。在家中種花養(yǎng)草成為許多人的選擇，這樣不僅能豐富我們的生活，而且，花草還有著凈化空氣的效果，在有花有草的地方分布的陰離子較多，空氣也會(huì)更加清爽。

而對花草的澆灌能否實(shí)現(xiàn)及時(shí)適量，對能否養(yǎng)好花至為重要。較為簡單的花草缺水告警器能夠提醒使用者記得給花草澆水，可是這只是實(shí)現(xiàn)了告警，還得要我們自己去澆水，不能有效解決長時(shí)間外出等造成的問題。比如在家中無人時(shí)，就算報(bào)警了也沒用，沒人澆水就起不到任何效果。所以，需要設(shè)計(jì)出一種具有土壤溫、濕度檢驗(yàn)，光照檢驗(yàn)以及自助澆水等功能的智能花卉護(hù)理系統(tǒng)，使得家中花草在無人照看時(shí)也能獲得及時(shí)的護(hù)理。

智能花卉護(hù)理系統(tǒng)，是伴隨人們生活條件的改善以及工作節(jié)奏的加快而出現(xiàn)的一類園藝產(chǎn)品。它將噴灌的概念用到家中花草澆灌中，經(jīng)過一定的設(shè)計(jì)完善，實(shí)現(xiàn)了給花草自助澆灌的效果。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是應(yīng)用在家庭或辦公室，成本較低，而且使用方便。主要適用于喜歡花草，又缺少時(shí)間護(hù)理的群體。其環(huán)境溫度介于0～40℃。

（1）本文面向?qū)嶋H需要，研發(fā)了一套溫、濕度以及光照等的控制系統(tǒng)，以保證花草在成長的過程中獲得較為適合的生存環(huán)境。整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)，包含了傳感器、控制器以及執(zhí)行裝置等3部分。

（2）硬件設(shè)計(jì)中，控制器是以AT89S52單片機(jī)為主，輸入是由溫、濕度以及光照傳感器及信號分析裝置構(gòu)成，輸出執(zhí)行裝置是由繼電器、執(zhí)行器等組成。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1.1 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

AT89S52單片機(jī)內(nèi)包含震蕩器，能夠當(dāng)作CPU的時(shí)鐘源。本文的時(shí)鐘選擇的是內(nèi)部形式。AT89S52內(nèi)包含一個(gè)具有較高增益的反相放大器，利用XTAL1（輸入端）、XTAL2（輸出端），當(dāng)作反饋器件的片外石英晶體（或陶瓷諧振器）與電容C1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振裝置之后，便形成了片內(nèi)自激震蕩器，進(jìn)而應(yīng)用它形成所需時(shí)鐘。其中的晶體凸顯感性，其與震蕩器的震蕩頻率關(guān)系密切；電容Cl，C2有著頻率調(diào)整的作用。其中的反饋器件選擇的是石英晶體，電容Cl與C2都是22PF，它們的裝設(shè)位置要盡可能的接近單片機(jī)。

3.1.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

89系列單片機(jī)，在發(fā)起時(shí)也要求復(fù)位，使得CPU及系統(tǒng)各環(huán)節(jié)處在相應(yīng)的起始狀況，并從起始態(tài)開啟工作。點(diǎn)擊SW按鍵，開始對電容充電，使得RST端迅速達(dá)到高位；放開按鍵，通過向芯片內(nèi)阻放電，使得RST達(dá)到低位，進(jìn)而使單片機(jī)及時(shí)的進(jìn)行復(fù)位，大多數(shù)情況下，R1選擇470Ω，R2選擇8.2kΩ，電容選擇22uF。

3.2 太陽能電池板充電電路

3.2.1 充電芯片的選用

CN3068，是能夠?qū)︿囯姵剡M(jìn)行及時(shí)充電的充電電路。這一元件內(nèi)包含了晶體管，在實(shí)際使用時(shí)并不要求外界的電流檢驗(yàn)電阻以及阻流二極管。CN3068僅需很少的外部元器件，熱調(diào)節(jié)電路能夠在耗能非常大或者是所處溫度非常高的情況下將其溫度管控在一定的有效范圍之內(nèi)。

3.2.2 穩(wěn)壓電路的選用

穩(wěn)壓電路，選用的是LM7805穩(wěn)壓器，能夠發(fā)出正5V的直流電壓。C7、C8相應(yīng)為輸入與輸出端，應(yīng)用濾波電容，輸出端連上一個(gè)齊納二極管從而平衡輸出電壓。

3.3 傳感器的選用

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)的溫度變化介于0～40℃，改變范圍不大，而且改變速度也不快，所以對傳感器的反應(yīng)速率并不要求太高。經(jīng)過仔細(xì)對照比較常用的幾類溫度傳感器的特性與使用情況，在這里選用的是DS18B20。

考慮到室內(nèi)環(huán)境的變化情況，對濕度傳感器要有如下幾點(diǎn)要求：能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測，易于自動(dòng)化運(yùn)行，有較好的準(zhǔn)確度及靈敏性、范圍寬，介于0～100%RH，測試的使用周期長，平穩(wěn)性好，安全性高，其發(fā)出的濕度監(jiān)測呈線性的。注意到設(shè)計(jì)的復(fù)雜性及制作成本，本文可應(yīng)用簡化電路，確保土壤的濕度維持在60%～80%之間。

4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文使用開放性高、實(shí)用性強(qiáng)的C語言當(dāng)作編程語言。系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用的是模塊化方法。對于軟件的設(shè)計(jì)，主要包含了，比如程序模塊：DS18B20溫度獲取、繼電器監(jiān)控、步進(jìn)電機(jī)監(jiān)控等。

系統(tǒng)在初始化之后，會(huì)對土壤的溫、濕度，光照情況進(jìn)行監(jiān)測。通過流程化的可靠管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對花草生長環(huán)境的合理化控制，從而為花草的生長創(chuàng)造最佳環(huán)境。

5 結(jié)語

有關(guān)土壤溫、濕度以及光照情況等多因素控制的智能花卉護(hù)理系統(tǒng)，主要包含了3個(gè)環(huán)節(jié)，也就是傳感器、AT89S52為中心的控制部分以及執(zhí)行裝置等，硬件設(shè)計(jì)較為簡單，無需A/D轉(zhuǎn)換器，也無需不必要的外部應(yīng)用，通過試驗(yàn)調(diào)測，設(shè)計(jì)的預(yù)期要求都能夠?qū)崿F(xiàn)。在本文的設(shè)計(jì)中，硬件方面所應(yīng)用的設(shè)計(jì)非常成熟，元件價(jià)格低廉，抗干擾效果也不錯(cuò)，運(yùn)行平穩(wěn)，性價(jià)比較高。軟件方面應(yīng)用的是C語言，使用模塊化結(jié)構(gòu)，功能層面方便拓展。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：濱州學(xué)院）