基于51單片機設(shè)計的花房智能管理系統(tǒng)

王琪，李潼，張宇航，趙志非

（東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇南京，210000）

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)+，是目前國家大力發(fā)展的項目之一。加上目前農(nóng)村人口不斷涌入城市，互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)勢必成為未來農(nóng)村生產(chǎn)的主力。而嬌嫩的花卉，更加需要更嚴(yán)苛、更精準(zhǔn)的生長環(huán)境，才能保證花卉的茁壯成長。通過土壤濕度傳感器收集土壤濕度數(shù)值，經(jīng)過單片機處理后發(fā)送至云端服務(wù)器，花卉管理員可通過手機查看數(shù)值并遠(yuǎn)程向水泵系統(tǒng)發(fā)送指令。智能花房系統(tǒng)相較傳統(tǒng)花房的人工照料而言，節(jié)省了人力成本，提升了環(huán)境的穩(wěn)定性，出更少的錯，達(dá)到更好的生產(chǎn)指標(biāo)。

1 花房智能管理系統(tǒng)的組成

花房智能管理系統(tǒng)通過濕度傳感器測量花房的濕度，經(jīng)過芯片處理后，將采得信息傳送到控制系統(tǒng)(STC89C51)，并通過顯示器顯示測得值，并且因為不同種類的植物適宜濕度各不相同，所以需要添加控制系統(tǒng)來自動調(diào)節(jié)花房內(nèi)濕度。因此花房智能管理系統(tǒng)的控制器采用STC89C51單片機，利用濕度傳感器來檢測花房內(nèi)濕度，LCD顯示屏為顯示模塊，并根據(jù)測得的濕度數(shù)據(jù)驅(qū)動繼電器工作，讓水泵進行抽水工作，自動調(diào)節(jié)濕度。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

（1）濕度采集模塊

濕度采集模塊主要通過濕度傳感器實時獲取濕度數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)實時傳送到app，同時在LCD顯示模塊進行顯示。

（2）顯示模塊

顯示模塊主要功能是將濕度傳感器傳送的數(shù)據(jù)進行顯示。

（3）WIFI傳輸模塊

WIFI傳輸模塊主要是將濕度傳感器的數(shù)據(jù)傳送到云端并通過app進行顯示。

（4）報警模塊

報警模塊主要是當(dāng)花房的濕度低于預(yù)期設(shè)定的極限值時，報警指示燈亮，蜂鳴器開始工作。

圖2 硬件系統(tǒng)設(shè)計圖

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 元器件的選擇

(1)控制模塊- STC89C51

51單片機原型由英特爾研發(fā)，現(xiàn)如今兼容Intel 8051指令系統(tǒng)的單片機都可稱為51單片機。由于性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點，令其稱為應(yīng)用最為廣泛的單片機。尤其適合初學(xué)者入門。一個全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信，8004單片機取得了長足的進展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。5片機是基礎(chǔ)入門的一個單片機，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是51系列的單片機一般不具備自編程能力。

(2)溫濕度傳感器——SHTl0

SHTl0是Sensirion公司推出的一款溫濕度集成傳感器，電容式聚合體測濕元件與能隙式測溫元件使得該傳感器可同時測量溫度和濕度，同時CMOS過程微加工技術(shù)使得該傳感器具備非常高的可靠性和理想的長期穩(wěn)定性。14位A／D轉(zhuǎn)換器和2一wire數(shù)字接口使得此傳感器抗干擾能力強，功耗低，速度快， 超小的體積以及理想的測量精度是我們選擇該器件的重要原因。

（3）LCD顯示——1602LCD

LCD1602是字符型液晶顯示模塊，專門用于顯示字母、數(shù)字等點陣式LCD,它一共可以顯示兩行，每一行可以顯示16個字符數(shù)據(jù)，其顯示各個引腳說明如圖表1所示。

表1 1602LCD各引腳

2.2 總體電路設(shè)計圖

圖3 設(shè)計電路圖

3 軟件設(shè)計

在設(shè)計電路中，單片機是整個嵌入式系統(tǒng)的控制器。本設(shè)計中，采用Keil5單片機軟件開發(fā)環(huán)境對單片機進行編程，由于Keil軟件支持模塊化程序設(shè)計，因此把總模塊分成若干個小模塊單獨編碼，接著由編譯器生成一個最終文件。該開發(fā)環(huán)境可以進行軟件仿真驗證，因此可以方便地對程序進行驗證其邏輯性，驗證代碼無錯誤后下載到單片機。單片機在通電后，主程序完成初始化工作，運行后執(zhí)行相應(yīng)的操作，能夠在LCD屏幕上顯示出結(jié)果，便于調(diào)試系統(tǒng)。

（1）系統(tǒng)主流程圖

圖4 系統(tǒng)主流圖

（2）仿真測試

實驗仿真結(jié)果可以通過LCD進行顯示，00%為當(dāng)前時濕度值（未插入土壤中），60%為上閾值，15%為下閾值，一旦顯示不在上下閾值內(nèi)，蜂鳴器報警，水泵工作，調(diào)節(jié)土壤濕度。實驗結(jié)果如圖5所示，APP運行圖如圖6所示。

圖5 仿真測試圖

圖6 APP演示圖

4 總結(jié)

為了實現(xiàn)自動控制花房的濕度，我們使用51單片機設(shè)計了花房智能系統(tǒng)，包含了濕度傳感器、WIFI云端、水泵控制總成、A/D轉(zhuǎn)換模塊及LCD顯示，通過對智能花房的整合設(shè)計，使花房里大規(guī)模的花卉培育更加簡便、精確和智能，推動了科技智能化，給花卉培育員帶來的方便。