李剛，杜艷紅，榮奇

基于C51單片機(jī)的花卉智能培育系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

李剛，杜艷紅，榮奇

（天津農(nóng)學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)院，天津 300384）

隨著科學(xué)的發(fā)展和人們生活水平的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求也越來越高，花卉的養(yǎng)殖也成為了人們生活的一部分。由于現(xiàn)在人們生活節(jié)奏普遍較快，不能按時(shí)給花卉澆水成為了花卉死亡的主要原因。因此，設(shè)計(jì)了一款以C51單片機(jī)為控制核心，利用溫濕度傳感器DHT11、土壤濕度傳感器YL-69進(jìn)行環(huán)境及土壤的檢測(cè)，利用LCD顯示，通過報(bào)警、藍(lán)牙通訊，控制繼電器驅(qū)動(dòng)澆水、施肥，實(shí)現(xiàn)花卉的智能培育。

花卉培育；單片機(jī)；傳感器；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的日益進(jìn)步，人們?cè)絹碓阶⒅厣瞽h(huán)境質(zhì)量的提高。家庭中花卉的養(yǎng)殖便是人們的不二選擇，但由于人們生活節(jié)奏快、經(jīng)常出差加班等緣故，花卉的澆水施肥得不到保證，自然花卉不能健康成長(zhǎng)，在這個(gè)高效率、快節(jié)奏的時(shí)代，人工看管培育過渡到智能自動(dòng)化培育則是必然的[1]。

近年來，電子技術(shù)行業(yè)飛速的發(fā)展，極大地推動(dòng)了智能家用設(shè)備的發(fā)展。在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)灌溉已經(jīng)取得比較有價(jià)值的研究成果，從最初的機(jī)械化控制到后來的一體化控制再到現(xiàn)在的智能化控制。中國(guó)的智能家用設(shè)備和儀器的研發(fā)與測(cè)試技術(shù)雖然與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定差異，但也在迅速發(fā)展[2]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

花卉的培育需要確定花卉的生長(zhǎng)環(huán)境是否適合花卉的生長(zhǎng)，所以需要對(duì)花卉的生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。主要監(jiān)測(cè)以下幾個(gè)方面：①濕度。土壤濕度是主要影響花卉生長(zhǎng)的因素之一。濕度長(zhǎng)期太低，會(huì)導(dǎo)致花卉缺水，呈蔫狀，嚴(yán)重的會(huì)使花卉枯死；濕度太高，會(huì)造成爛根、落葉等現(xiàn)象。②溫度?；ɑ艿纳L(zhǎng)發(fā)育都是在一定的溫度條件下完成的，因此，溫度是直接影響花卉生長(zhǎng)發(fā)育的最重要的外界條件之一。③光照。室內(nèi)光線不足也會(huì)影響花卉的生長(zhǎng)。在室內(nèi)養(yǎng)殖花卉時(shí)，常常由于光線不足，容易造成葉子發(fā)黃、脫落，嚴(yán)重時(shí)造成死亡，所以需要對(duì)室內(nèi)光照進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī)、傳感器、顯示屏、水泵、營(yíng)養(yǎng)液噴頭、報(bào)警電路、藍(lán)牙模塊組成。傳感器將以上這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集上傳到單片機(jī)，單片機(jī)與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過DHT11傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度和濕度，當(dāng)土壤濕度值低于設(shè)置時(shí)啟動(dòng)水泵進(jìn)行澆花，營(yíng)養(yǎng)液噴頭則會(huì)按照系統(tǒng)設(shè)置定時(shí)施肥。同時(shí)，也可以通過按鍵設(shè)置報(bào)警值，當(dāng)溫度和濕度大于報(bào)警值時(shí)會(huì)聲光報(bào)警。另外檢測(cè)到的土壤濕度和環(huán)境的溫濕度可以通過藍(lán)牙上傳到手機(jī)，方便使用者查看數(shù)據(jù)[3]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以C51單片機(jī)為主處理器和控制器，利用溫度、濕度和光照等傳感器采集土壤及環(huán)境數(shù)據(jù)，然后傳送至單片機(jī)處理，通過程序控制電磁閥來執(zhí)行外圍電路，通過藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)到上位機(jī)，實(shí)時(shí)顯示花卉環(huán)境參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到花卉環(huán)境的改變不利于花卉健康生長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行澆水、施肥等操作來保證花卉的生長(zhǎng)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集主要是通過傳感器來實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要采用DHT11溫濕度傳感器、YL-69土壤濕度傳感器以及光敏電阻對(duì)光照進(jìn)行采集。

DHT11是一種體積小、低功耗的傳感器，使用單線時(shí)鐘串行接口，含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)的溫濕度復(fù)合傳感器。YL-69土壤濕度傳感器測(cè)量精度高、硬件電路簡(jiǎn)單，主要原理是利用兩個(gè)電級(jí)來檢測(cè)土壤的導(dǎo)電性，將采集的信號(hào)處理發(fā)送給單片機(jī)。對(duì)于光照的檢測(cè)主要利用光敏電阻來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)光照采集模塊將光敏電阻采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可讀取的數(shù)據(jù)。

2.2 外圍電路模塊設(shè)計(jì)

外圍電路主要由LCD顯示屏、外圍報(bào)警電路、水泵施肥設(shè)備、藍(lán)牙模塊組成。

LCD顯示屏具有體積小巧、耗能低、無輻射等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)通過其與單片機(jī)相連，顯示環(huán)境溫度、濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度以及顯示手動(dòng)設(shè)定上下限位值和環(huán)境超出設(shè)定范圍值的報(bào)警信息。

外圍報(bào)警電路主要由蜂鳴器與發(fā)光二極管組成，由單片機(jī)獨(dú)立控制，當(dāng)環(huán)境超出設(shè)定范圍值時(shí)，由單片機(jī)啟動(dòng)報(bào)警模式。

水泵設(shè)備主要由水泵、繼電器構(gòu)成。當(dāng)檢測(cè)出土壤濕度低至設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)會(huì)通過繼電器啟動(dòng)水泵澆水，待濕度恢復(fù)后便停止?jié)菜?，從而達(dá)到控制土壤濕度平衡的目的。

施肥設(shè)備主要由營(yíng)養(yǎng)液噴頭組成，因?yàn)槭┓市枰ㄆ趫?zhí)行，所以設(shè)置系統(tǒng)每隔一段時(shí)間自動(dòng)控制營(yíng)養(yǎng)液噴頭工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)施肥的目的。

藍(lán)牙模塊主要實(shí)現(xiàn)短距離無線通訊，可在手機(jī)上查看系統(tǒng)檢測(cè)到的溫濕度以及光照強(qiáng)度信息。單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，經(jīng)過藍(lán)牙模塊將數(shù)據(jù)傳送至用戶端，便于用戶在小范圍內(nèi)隨時(shí)查看。

3 主控制器

本系統(tǒng)采用C51單片機(jī)作為主控制處理器，此款單片機(jī)性能穩(wěn)定，是一款低功耗的8位單片機(jī)，運(yùn)行速度和工作頻率均能滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，軟件程序的編寫相對(duì)簡(jiǎn)潔，而且價(jià)格實(shí)惠，滿足了本系統(tǒng)的低成本要求，為大范圍推廣使用創(chuàng)造了條件。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要是用KEIL進(jìn)行編程，首先需要對(duì)傳感器進(jìn)行初始化，使其與單片機(jī)產(chǎn)生通訊，其次通過單片機(jī)查看其采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。結(jié)合用戶設(shè)定的限位值，對(duì)采集的溫濕度進(jìn)行判斷，如果溫濕度超值，則報(bào)警模塊或水泵開始工作，同時(shí)藍(lán)牙模塊向用戶發(fā)送信息告知報(bào)警情況。其次將測(cè)量的溫濕度實(shí)時(shí)顯示在LCD顯示屏上，便于用戶隨時(shí)查看[4]。軟件具體設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

5 結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展以及人們的生活水平的提高，智能化成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，各個(gè)行業(yè)都在向智能化方向發(fā)展?；ɑ苤悄芘嘤到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了花卉的自動(dòng)化養(yǎng)殖，既實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)管理又美化了環(huán)境，完美地將智能技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)花卉養(yǎng)殖行業(yè)。在未來，相信花卉種植行業(yè)會(huì)向一個(gè)更加智能化的方向發(fā)展。

圖2 軟件程序流程圖

［1］申聰，戴小鵬，樊振宇.智能花卉管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.福建電腦，2017（3）：26-27.

［2］安寧.花卉溫室大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2016.

［3］馮筱.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室花卉智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.曲阜：曲阜師范大學(xué)，2015.

［4］王一涯，陳曙光，王憲菊.基于STM32F103的溫室花卉自動(dòng)噴灌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（10）：164-165.

TP311.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.046

2095－6835（2019）14－0104－02

李剛（1999—），男，山西大同人，本科在讀，主要從事自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研究。

杜艷紅（1979—），女，遼寧蓋州人，副教授，主要從事電氣與自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用研究。

2018年天津農(nóng)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：201810061170）

〔編輯：王霞〕