陳俊光 陳健 安俊 高佳麗 錢煒

摘要：本文基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)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(shí)時(shí)顯示溫濕度數(shù)據(jù)的LCD液晶顯示屏，驅(qū)動(dòng)水泵補(bǔ)水用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和報(bào)警裝置等。本文完成了硬件電路的設(shè)計(jì)、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(shí)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(jī);藍(lán)牙;太陽能

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

1緒論

隨著經(jīng)濟(jì)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(jì)一款結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)美觀、成本低、耗能小的太陽能智能花盆?；ㄅ璧脑O(shè)計(jì)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(jì)

2.1整體設(shè)計(jì)思想。本文所設(shè)計(jì)的太陽能智能花盆能夠?qū)崿F(xiàn)土壤溫濕度自動(dòng)檢測、自動(dòng)補(bǔ)水、有效傳輸數(shù)據(jù)，并且是節(jié)能的一個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖1所示。硬件結(jié)構(gòu)包含單片機(jī)、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(jī)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(jī)的數(shù)值進(jìn)行判斷，低于下限值通過調(diào)控水泵自動(dòng)補(bǔ)水，而且有光照時(shí)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(jì)。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(gè)部分組成。經(jīng)過這幾個(gè)分電路的分工協(xié)調(diào)合作，可以使得整個(gè)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(shí)還能夠?qū)﹄姶砰y進(jìn)行合理有效的控制，從而使整個(gè)裝置順利的進(jìn)行工作。

（1）AT89C51單片機(jī)及晶振電路。

AT89C5單片機(jī)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(jī)芯片內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)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(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)能實(shí)現(xiàn)正常復(fù)位。按鍵復(fù)位電路是當(dāng)要系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位時(shí)，只需要按住S8按鍵，此時(shí)電源Vcc經(jīng)過電阻R1，R2分壓，并且在RST端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位的高電平，實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位[5]。同樣，只需要保證RST端保持高電壓的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)，系統(tǒng)就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)正常復(fù)位。

3自動(dòng)澆花系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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

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

濕度檢測模塊設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：通過程序設(shè)計(jì)，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(shí)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(shí)現(xiàn)以下功能：設(shè)置兩個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)對閥值的調(diào)節(jié)功能，其中一個(gè)按鍵是上調(diào)鍵，另一個(gè)是下調(diào)節(jié)，同時(shí)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(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：需要數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)三個(gè)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(diǎn)

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(jī)來作為自動(dòng)澆花系統(tǒng)程序控制總開關(guān)。其次，在基于單片機(jī)的控制下，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)候開啟燈光補(bǔ)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(jì)旨在減少花卉的培育和種植中需要的精力以及時(shí)間，達(dá)到省時(shí)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(jì)有利于解決用戶對于養(yǎng)花難這一問題，幫助廣大社會(huì)人民堅(jiān)定養(yǎng)花的想法，可以推動(dòng)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]林伸茂.8051單片機(jī)徹底研究，北京：中國電力出版社，2007.

[2]孫俊喜.LCD驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)程序與典型應(yīng)用，北京：人民郵電出版社，2009.

[3]蔡振江.單片機(jī)原理及應(yīng)用，北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[4]周志敏，紀(jì)愛華，周紀(jì)海.LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)實(shí)例，北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[5]崔雪莉.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010：36-48.

[6]郭天祥.51單片機(jī)C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：67-87.

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(jī)械。