基于單片機的太陽能智能花盆的設(shè)計

陳俊光 陳健 安俊 高佳麗 錢煒

摘要：本文基于AT89C51單片機設(shè)計了一種可自動調(diào)控盆內(nèi)作物生長環(huán)境的太陽能智能花盆。該花盆包含檢測土壤溫濕度的溫度、濕度傳感器以及實時顯示溫濕度數(shù)據(jù)的LCD液晶顯示屏，驅(qū)動水泵補水用的執(zhí)行機構(gòu)和報警裝置等。本文完成了硬件電路的設(shè)計、焊接、傳感器的選型及其相關(guān)軟件控制程序的編寫和調(diào)試?？刂破髂軌?qū)ㄅ鑳?nèi)溫度、濕度和土壤濕度的進(jìn)行實際監(jiān)測與控制，并可通過藍(lán)牙傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)給用戶。

關(guān)鍵詞：智能;單片機;藍(lán)牙;太陽能

中圖分類號：TP368.1;S317文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2020）14-0070-01

1緒論

隨著經(jīng)濟的全球化發(fā)展，生活質(zhì)量也被人們重視起來，人們找到了許多提高生活品質(zhì)的方式，其中養(yǎng)花就是其中一種特別好的方式。本文旨在設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計美觀、成本低、耗能小的太陽能智能花盆。花盆的設(shè)計符合現(xiàn)代家居理念和現(xiàn)代人忙碌的生活節(jié)奏。

2太陽能智能花盆的硬件設(shè)計

2.1整體設(shè)計思想。本文所設(shè)計的太陽能智能花盆能夠?qū)崿F(xiàn)土壤溫濕度自動檢測、自動補水、有效傳輸數(shù)據(jù)，并且是節(jié)能的一個系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖1所示。硬件結(jié)構(gòu)包含單片機、溫濕度傳感器、太陽能板、蓄電池和液晶LCD顯示屏等。通過AT89C51單片機編程語言串聯(lián)各功能部分，將溫濕度傳感器、電源、顯示和藍(lán)牙等部分連接，通過溫濕度傳感器反饋給單片機的數(shù)值進(jìn)行判斷，低于下限值通過調(diào)控水泵自動補水，而且有光照時通過太陽能充電，給系統(tǒng)源源不斷的能源，并能通過藍(lán)牙發(fā)送土壤相關(guān)數(shù)據(jù)給用戶。

2.2電路圖及設(shè)計。如圖2所示的太陽能智能花盆總電路由：復(fù)位電路、晶振電路、按鍵設(shè)置電路、LED顯示電路、電磁閥電路以及電源電路等幾個部分組成。經(jīng)過這幾個分電路的分工協(xié)調(diào)合作，可以使得整個系統(tǒng)具有LED顯示功能，并且能通過鍵盤進(jìn)行調(diào)整，同時還能夠?qū)﹄姶砰y進(jìn)行合理有效的控制，從而使整個裝置順利的進(jìn)行工作。

（1）AT89C51單片機及晶振電路。

AT89C5單片機的P1.0～P1.7引腳連接按鍵電路，P2.0和P2.1引腳連接指示燈電路，RST引腳連接復(fù)位電路，XTAL1和XTAL2引腳連接晶振電路，P2.7引腳連接電磁閥電路，P2.5～P2.7引腳連接放大電路從而和P0.0～P0.7引腳一起控制LED顯示電路。

AT89C51單片機芯片內(nèi)部設(shè)置有一個反相放大器所構(gòu)成的振蕩器，振蕩電路的輸入端XTAL1和輸出端XTAL2。在輸入端XTAL1和輸出端XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件常常是用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。系統(tǒng)選擇了兩個30Pf的電容C2和C3，12MHZ的晶振片。

（2）復(fù)位電路。

復(fù)位電路包括兩個方面：上電復(fù)位電路和按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位電路是通過電容充電來實現(xiàn)復(fù)位的。在接電瞬間，RST引腳端的電位與Vcc端相同，但是隨著充電電流的減少，RST端的電位逐漸下降。只要保證RST端為高電壓的時間大于兩個機器周期時，系統(tǒng)自動能實現(xiàn)正常復(fù)位。按鍵復(fù)位電路是當(dāng)要系統(tǒng)自動復(fù)位時，只需要按住S8按鍵，此時電源Vcc經(jīng)過電阻R1，R2分壓，并且在RST端產(chǎn)生一個復(fù)位的高電平，實現(xiàn)按鍵復(fù)位[5]。同樣，只需要保證RST端保持高電壓的時間大于兩個機器周期時，系統(tǒng)就能自動實現(xiàn)正常復(fù)位。

3自動澆花系統(tǒng)軟件設(shè)計

自動澆花系統(tǒng)軟件設(shè)計包括四個部分的程序設(shè)計，分別是：AD轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計、濕度檢測模塊設(shè)計、閥值調(diào)節(jié)模塊、數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計。

AD轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計主要實現(xiàn)以下功能：將濕度傳感器產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

濕度檢測模塊設(shè)計主要實現(xiàn)以下功能：通過程序設(shè)計，對所測濕度值進(jìn)行處理，當(dāng)?shù)陀谒O(shè)定閥值繼電器打開，實現(xiàn)澆水功能;當(dāng)高于或等于所設(shè)閥值繼電器關(guān)閉，關(guān)閉澆水功能。

閥值調(diào)節(jié)模塊主要實現(xiàn)以下功能：設(shè)置兩個按鍵實現(xiàn)對閥值的調(diào)節(jié)功能，其中一個按鍵是上調(diào)鍵，另一個是下調(diào)節(jié)，同時設(shè)定調(diào)節(jié)幅度為相同值5。

數(shù)碼管顯示模塊主要實現(xiàn)以下幾個功能：需要數(shù)碼管實現(xiàn)三個值的顯示，分別是：采集的電壓值、采集的當(dāng)前土壤濕度值、設(shè)定的適合植物生長的土壤濕度閥值。數(shù)值順序顯示，通過間歇加以區(qū)分顯示。

4創(chuàng)新點

本文在已有的一些智能花盆的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)。首先，選擇了小巧輕便，成本較小的單片機來作為自動澆花系統(tǒng)程序控制總開關(guān)。其次，在基于單片機的控制下，優(yōu)化設(shè)計了溫濕度檢測系統(tǒng)，采用清潔能源太陽能提供電能，節(jié)電省電，還能檢測光照環(huán)境，必要的時候開啟燈光補足光照，智能澆水，更能通過藍(lán)牙把土壤溫濕度等參數(shù)傳送給用戶。本文的設(shè)計旨在減少花卉的培育和種植中需要的精力以及時間，達(dá)到省時省力且賞心悅目的花卉栽培效果。

5結(jié)論

太陽能智能花盆的設(shè)計有利于解決用戶對于養(yǎng)花難這一問題，幫助廣大社會人民堅定養(yǎng)花的想法，可以推動花卉市場的發(fā)展，有利于建立良好的空氣環(huán)境以及和諧美好的生活環(huán)境。

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作者簡介：陳俊光（1998.12.-），男，籍貫：重慶市璧山區(qū)，上海理工大學(xué)本科在讀，研究方向：機械。