智能多肉植物养护系统的设计和实现
潘泽锋+徐玉菁+叶桂成+吴煜庆+仲成前
摘要：如今白领一族为了缓解压力会在办公室，家庭中放置多肉盆栽，但是工作繁忙不能经常打理，盆栽会长势不良甚至枯萎死亡。为了避免盆栽的死亡，文章提出一种智能多肉植物养护系统设计和实现，以MSP430单片机为核心，检测和植物生长的温湿度、光照和土壤湿度等环境参数。根据检测数据和预设值对比，判断缺少或者饱和来传递给430单片机以此控制自动实现浇水、补光和通风等功能。
关键词：MSP430；单片机；植物养护；光感模块；DHT11
现如今多肉植物以其多样的颜色和小巧的外观，越来越受到消费者的欢迎。然而往往人们不能准确地根据土壤实际湿度来进行浇灌和补光。而且随着现代人生节奏加快，忙于工作应酬，打理盆栽的时间会相应的减少。很有可能造成植物长势不良，甚至死亡。因此设计一种智能型的花盆，是十分必要的。该花盆能够通过各类传感器对植物生长环境中的温度、湿度、土壤干湿度等参数进行检测。并将检测到的温度、湿度、干湿度等值在OLED上进行显示。实现在光照较弱的时候能自动开启补光灯，土壤含水量过低自动补水等功能。
1系统结构
该装置由花盆、水槽、补水模块、控制器、土壤湿度传感器和光照传感器等组成。基本框架如图1所示。
整个系统以MSP430单片机为核心，通过传感器将测量到的数据传送给MSP430。其进行处理后分别将数据传送到OLED上进行显示，并通过与设定阈值比较并控制补光灯、水阀、蜂鸣器等工作，达到调节植物生长环境的目的。
2硬件
传感器：由于检测的对象不一样，所以需要用到不同类型的传感器模块，比如光敏传感器模块和DHT11等。
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。DHT11的供电电压为3～5.5V。传感器上电后，要等待1 s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。DHT11的典型运用电路如图1所示。
本系统采用了模拟数字一体光敏传感器模块。该模块包括电源电路、光敏传感器电路、比较电路和输入输出电路，采用3.3～5.0 V电源供电，分别给光敏传感器电路、比较电路供电，光敏传感器电路的输出端连接双运算放大器的输入端，双运算放大器输出端与输出电路的输入端连接。输出数字信号或模拟信号，准确度高、反应速度快、功耗低、使用成本低。
电源：本系统需要工作在于稳定可靠的直流电源。考虑到运用于普通家庭，为了便于供电所以本系统采用USB或者手机充电器供电更为方便，且供电电压5 V。采用上述方式供电的优点是共用性强，电源稳定。
单片机：单片机采用了TI公司的MsP430F5529LaunchPad，MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor，MSP）。MSP430F5529LaunchPad基于闪存的产品系列，具有超低工作功耗。其功能齐全，引脚较多，具有在线调试功能。而且可以直接采用5V供电，能与电源良好匹配。
3软件实现
通过MSP430的ADC12寄存器采集外部数据。需要对系统用到的GPIO口的功能进行设置，P6.0-6.6设置为模拟输入，用于采集湿度传感器，光敏传感器，空气温湿度传感器等的模拟电压值。
对ADC模块进行初始化，其中包括ADC时钟使能，时钟分频因子设置，ADC的工作时钟频率设置，并设置工作模式为序列通道多次转换工作模式等。
在主程序中，液晶实时地显示ADC的转换数值，并将转换值与用户设定值的进行对比，如果检测值小于用户设定的湿度限值，430通过GPIO驱动水泵，对花盆中的植物进行浇灌。当到达最大阈值则停止水泵。
4 DHT11的驱动
DHT11的数据口用于与微处理器之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间4 ms左右，数据分小数部分和整數部分，操作流程如下：一次完整的数据传输为40 bit，高位先。出数据格式：8 bit湿度整数数据+8 bit湿度小数数据
+8 bit温度整数数据+8 bit温度小数数据
+8bit校验
总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待DHT11响应，主机把总线拉低必须大于18 ms，保证EDHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送80μs低电平响应信号主机发送开始信号结束后，延时等待20～40μs后，读取DHT11的响应信号，主机发送开始信号后，可以切换到输入模式，或者输出高电平均可，总线由上拉电阻拉高。
所以需要用到单片机输出时序来驱动DHT11模块。
5结语
本文提出的多肉植物智能种植系统，通过单片机的监测和控制能够实时检测植物种植环境的温湿度、植物土壤湿度及光照条件，并根据环境变量来控制水泵、补光灯等终端设备，从而实现控制浇水和补光等功能。此系统可用于多肉养护，该系统运用了比较廉价的单片机和传感器模块，易于实现且低功耗，系统与用户通过OLED交互，易于用户了解盆栽生长环境，并对其加以适当干预。由于市面上还未有此功能的系统，因此具有一定的市场价值。
