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        植物音頻促長儀的設(shè)計(jì)和開發(fā)

        2015-06-02 19:38:23周紅張奕超王宏坡
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2015年12期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)植物

        周紅 張奕超 王宏坡

        摘 要:當(dāng)前針對(duì)通過聲音刺激植物生長已成為熱門話題,實(shí)驗(yàn)表明,一些針對(duì)植物的特殊音樂或者通過特殊設(shè)備產(chǎn)生的特殊音頻會(huì)對(duì)植物的生長發(fā)育具有一定的影響。物理農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要技術(shù)方面就是通過聲音刺激植物生長技術(shù),該技術(shù)也是發(fā)展物理科技農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)之一。該文在已有專利的基礎(chǔ)上,對(duì)植物音頻發(fā)生器原理和效果進(jìn)行了說明和介紹,并在蔬菜、瓜果等不同的植物上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)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(chǎn),而且設(shè)備成本低,易于推廣。

        關(guān)鍵詞:音頻促長 單片機(jī) 植物

        中圖分類號(hào):TN 91918 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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(jī)作為控制核心,此外還有可以插入U(xiǎn)盤的MP3模塊、有功率放大模塊、有交流220V轉(zhuǎn)換為直流12V電壓的電源轉(zhuǎn)換模塊、還有用于調(diào)整音量的模塊和揚(yáng)聲器模塊等組成,如圖1所示。

        1.2 各部分的功能

        (1)單片機(jī)微控制器模塊:該模塊采用了內(nèi)部含有MP3解碼器的作為AT89C51SNDlC單片機(jī)作為控制核心,通過它完成對(duì)植物聲音的讀取,存放以及播放,從而減少單獨(dú)設(shè)計(jì)MP3音頻處理模塊,進(jìn)而降低了成本。

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

        (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(chǔ)在SD卡及U盤中的特殊音頻通過該模塊讀取到單片機(jī)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(hào),由于MP3模塊產(chǎn)生的音頻功率較小,不能推動(dòng)外置揚(yáng)聲器發(fā)生,為此,增加功率放模塊,以便于播放相應(yīng)音頻。

        (5)交流電轉(zhuǎn)換直流電模塊:由于當(dāng)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(zhuǎn)換,所轉(zhuǎn)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(dāng)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(jìn)行。

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

        (7)揚(yáng)聲器模塊:該模塊主要由幾個(gè)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器組成,用于將植物音頻促長儀生成的特殊音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲音并播放出去。

        2 工作原理

        該植物促長儀主要應(yīng)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(shí)模塊,設(shè)備工作的原理如下所示。

        植物音頻促長儀具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式,如果在手動(dòng)方式下,則設(shè)備的開啟與關(guān)閉完全取決于操作者;在自動(dòng)方式下,通過一個(gè)定時(shí)器,將設(shè)備設(shè)定在固定的時(shí)間段進(jìn)行自動(dòng)開啟和關(guān)閉。無論何種方式,當(dāng)開啟電源時(shí),用于外接的220 V交流電進(jìn)入電源轉(zhuǎn)換模塊,該模塊將交流電轉(zhuǎn)換為5V和12 V兩種直流電源,其中5V用于供給單片機(jī)及周邊芯片供電,而12V的直流電為音頻相關(guān)模塊供電電源。當(dāng)所有設(shè)備都接通電源后,單片機(jī)控制模塊就根據(jù)程序指令自動(dòng)通過SD卡/U盤接口讀取存儲(chǔ)在SD插卡或U盤上的MP3格式的音頻數(shù)據(jù),然后單片機(jī)的MP3模塊將MP3格式的音頻進(jìn)行解碼,轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢圆シ诺穆曇?,而后將解碼后的數(shù)據(jù)送入功率放大器模塊,最后經(jīng)動(dòng)圈揚(yáng)聲器將音頻播出。音量的大小用戶可以通過調(diào)整功率放大器的功率放大按鈕進(jìn)行調(diào)整,從而使聲音能夠播放到所需覆蓋的區(qū)域。

        3 應(yīng)用舉例

        本植物音頻促長儀在多種不同的植物上進(jìn)行了測驗(yàn),測試表明,該設(shè)備對(duì)植物的生長和產(chǎn)量都有提高。測試是嚴(yán)格按著對(duì)比試驗(yàn)的方法進(jìn)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(duì)兩塊土地上的植物分不同時(shí)期進(jìn)行測量,尤其是高度,分了兩個(gè)不同時(shí)期進(jìn)行測量,具體見表1,通過所產(chǎn)生的結(jié)果可以明顯看到植物音頻促長儀的效果。

        4 結(jié)語

        當(dāng)前,農(nóng)業(yè)逐步向生態(tài)農(nóng)業(yè)方向發(fā)展,而要實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)其中的一個(gè)重要方面就是發(fā)展物理農(nóng)業(yè),植物音頻促長儀就是將物理原理應(yīng)用到農(nóng)業(yè)的一個(gè)典型案例,并且通過將該設(shè)備應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中,經(jīng)試驗(yàn)表明,該設(shè)備能夠?qū)χ参锏纳L過程產(chǎn)生刺激,從而達(dá)到增產(chǎn)效果,此外,該設(shè)備由于是使用物理原理調(diào)整植物生產(chǎn),并沒有采用生物技術(shù),從而可以減少化肥用量,不污染環(huán)境,從而進(jìn)行綠色食品生產(chǎn),有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。當(dāng)然,該設(shè)備還存在一定缺陷,比如對(duì)于供電,如果設(shè)備是放置到野外,則電源是一個(gè)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(shí)供電的問題。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 白生龍,田光華,郝水源,等.植物聲頻控制技術(shù)在玉米、向日葵上應(yīng)用初探[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2006,21(3):86-88.

        [2] 王江,王明亮,黃維兵.植物聲頻控制技術(shù)在棉花上的應(yīng)用效果研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,46(2):415-418.

        [3] 王宏坡,馬文芝,周紅.基于Android 的電子書閱讀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),2014,21(2):39-41.

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