植物音頻促長儀的設計和開發(fā)

周紅　張奕超　王宏坡

摘 要：當前針對通過聲音刺激植物生長已成為熱門話題，實驗表明，一些針對植物的特殊音樂或者通過特殊設備產生的特殊音頻會對植物的生長發(fā)育具有一定的影響。物理農業(yè)的一個重要技術方面就是通過聲音刺激植物生長技術，該技術也是發(fā)展物理科技農業(yè)的重要技術之一。該文在已有專利的基礎上，對植物音頻發(fā)生器原理和效果進行了說明和介紹，并在蔬菜、瓜果等不同的植物上進行了實驗，實驗結果表明，植物音頻促長儀通過特殊的音頻不僅具有促長和增產，而且設備成本低，易于推廣。

關鍵詞：音頻促長 單片機 植物

中圖分類號：TN 91918 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（c）-0069-01

1 裝置的基本組成和工作原理

1.1 基本組成

該植物音頻促長儀通過微控制器AT89C51SNDlC單片機作為控制核心，此外還有可以插入U盤的MP3模塊、有功率放大模塊、有交流220V轉換為直流12V電壓的電源轉換模塊、還有用于調整音量的模塊和揚聲器模塊等組成，如圖1所示。

1.2 各部分的功能

（1）單片機微控制器模塊：該模塊采用了內部含有MP3解碼器的作為AT89C51SNDlC單片機作為控制核心，通過它完成對植物聲音的讀取，存放以及播放，從而減少單獨設計MP3音頻處理模塊，進而降低了成本。

（2）MP3模塊是集成與單片機的播放模塊，該模塊不再由用戶進行軟件編/解碼，可直接進行讀取并播放MP3格式的音頻數據。

（3）SD卡/U盤模塊：該模塊主要用于與SD卡及U盤接口配套使用，以便將存儲在SD卡及U盤中的特殊音頻通過該模塊讀取到單片機中。

（4）功率放大模塊：該模塊主要用于放大通過MP3模塊播放出的音頻信號，由于MP3模塊產生的音頻功率較小，不能推動外置揚聲器發(fā)生，為此，增加功率放模塊，以便于播放相應音頻。

（5）交流電轉換直流電模塊：由于當前居民用電的輸電電路主要是220 V交流電，但在植物音頻促長儀中的很多模塊都是使用直流電，因此通過該模塊完成從交流電220V向直流電轉換，所轉換過來的直流電壓有5V的用于供給控制芯片等，還有12V電壓，用于音頻模塊，當然如果未來有些模塊需要其他直流電壓，也要通過該模塊進行。

（6）音量調節(jié)器器模塊：該模塊通過調整按鈕，用于改變音頻的輸出功率，從而達到調整音頻促長儀音量的作用。

（7）揚聲器模塊：該模塊主要由幾個動圈式揚聲器組成，用于將植物音頻促長儀生成的特殊音頻信號轉化為聲音并播放出去。

2 工作原理

該植物促長儀主要應用了目前比較普及的具有的SD插卡接口及U盤接口的MP3模塊和環(huán)境監(jiān)控及定時模塊，設備工作的原理如下所示。

植物音頻促長儀具有自動和手動兩種方式，如果在手動方式下，則設備的開啟與關閉完全取決于操作者；在自動方式下，通過一個定時器，將設備設定在固定的時間段進行自動開啟和關閉。無論何種方式，當開啟電源時，用于外接的220 V交流電進入電源轉換模塊，該模塊將交流電轉換為5V和12 V兩種直流電源，其中5V用于供給單片機及周邊芯片供電，而12V的直流電為音頻相關模塊供電電源。當所有設備都接通電源后，單片機控制模塊就根據程序指令自動通過SD卡/U盤接口讀取存儲在SD插卡或U盤上的MP3格式的音頻數據，然后單片機的MP3模塊將MP3格式的音頻進行解碼，轉變?yōu)榭梢圆シ诺穆曇?，而后將解碼后的數據送入功率放大器模塊，最后經動圈揚聲器將音頻播出。音量的大小用戶可以通過調整功率放大器的功率放大按鈕進行調整，從而使聲音能夠播放到所需覆蓋的區(qū)域。

3 應用舉例

本植物音頻促長儀在多種不同的植物上進行了測驗，測試表明，該設備對植物的生長和產量都有提高。測試是嚴格按著對比試驗的方法進行，即在同一塊土地上，使用同樣的植物，一塊土地使用植物音頻促長儀，一塊土地不適用植物音頻促長儀。此外，為了更具體看出差異，對兩塊土地上的植物分不同時期進行測量，尤其是高度，分了兩個不同時期進行測量，具體見表1，通過所產生的結果可以明顯看到植物音頻促長儀的效果。

4 結語

當前，農業(yè)逐步向生態(tài)農業(yè)方向發(fā)展，而要實現生態(tài)農業(yè)其中的一個重要方面就是發(fā)展物理農業(yè)，植物音頻促長儀就是將物理原理應用到農業(yè)的一個典型案例，并且通過將該設備應用到農業(yè)中，經試驗表明，該設備能夠對植物的生長過程產生刺激，從而達到增產效果，此外，該設備由于是使用物理原理調整植物生產，并沒有采用生物技術，從而可以減少化肥用量，不污染環(huán)境，從而進行綠色食品生產，有極大的經濟效益和社會效益。當然，該設備還存在一定缺陷，比如對于供電，如果設備是放置到野外，則電源是一個問題，可以考慮在未來采用太陽能供電，這樣就可以解決野外使用時供電的問題。

參考文獻

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