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标题

基于51单片机的新型“花疗”智能花卉养护机设计

范文

代也靳美玲赵若琦张倩

摘 ?要：花香疗法是我国医学治疗手段中一个重要的方法。现代科学证明，花卉是天然的“芳香疗养机”，是净化空气、养生保健的“高手”。近年来，花香有利于人体健康这种观点的广泛传播，使得花香疗法受到了更多人的关注，这款集智能与艺术并存的纯天然养生产品应运而生。本产品由光伏发电系统供电，节能环保，其创新点在于实现智能养花的同时，通过合理搭配植物，能使植物本身的香气充分发挥药用价值，起到真正的养生功效。

关键词：51单片机;花香疗法;“花疗”智能花卉养护机

中图分类号：TP368.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）28-0032-03

Abstract： Flower Fragrance Therapy is an important method in medical treatment in our country. Modern science has proved that flowers are a natural "fragrance treatment machine" and a "master" of air purification and health care. In recent years， with the widespread of the view that flower fragrance is good for human health， Flower Fragrance Therapy has attracted more and more people's attention， and this pure natural health-keeping product characterized by the coexistence of intelligence and art has arisen at the historic moment. This product is powered by photovoltaic power generation system， which is energy saving and environmental protection， and its innovation lies in the realization of intelligent flower cultivation， so that the aroma of plants， through reasonable collocation of plants， can give full play to the medicinal value and play a real health effect.

Keywords： 51 single chip microcomputer; Flower Fragrance Therapy; "Flower Fragrance Therapy" intelligent flower fragrance treatment machine

引言

十九大報告指出，在实施健康中国战略中，要传承和发展中医药事业。中医药以人为本的综合治疗理念与丰富多彩的治疗方法在养生保健、防病治病中具有不可替代的作用。

近年来花香疗法逐渐被人们熟知，但事实上早在数千年前就已有关于植物精油和花香疗法的记载。据史料与考古发现，早在公元2000年，古埃及人就将植物香料用于木乃伊保存;在东方的中国，早在5000年前“神农尝百草”对植物精华的运用进行了实践。而《神农本草经》中“香者，气之正，正气盛则除邪辟秽也”的记载，可见花香能够捍卫人体“正气”，甚至还有强身健体等功效。此外，三国时期华佗治疗肺痨也是利用了麝香、丁香的花香作用。二十世纪20年代，“芳香疗法”这一概念才被法国化学家盖特佛赛提出并出版《芳香疗法》著作，从而为花香疗法提供了理论指导。

“花疗”作为一种合理且天然的养生方法，能够达到治未病、保养身心的目标，因此在当今注重利用科技改善生活品质的热潮下，设计一款“花疗”智能花卉养护机具有一定现实意义，既能弥补传统花卉养护短板，解决人们缺乏养护花卉的时间及花卉养护的专业知识导致“花疗”效果并不明显的问题，又能将花卉药用价值与欣赏价值相结合，使其内在上做到科学治病、外观上又能与家庭装饰相配，将智能、养生与美观有机融合在一起，更好的满足人们对于智能、便捷的生活需求。

1 系统总体设计

关于花卉养护，环境的主要要素有：土壤湿度、土壤营养、光照、温度[1]。本设计以51系列单片机STC89C52为控制核心，采用土壤湿度检测模块，实现对土壤湿度的检测，当湿度低于设定阈值时，自动补充水分;根据不同花卉生长所需营养情况设定补充营养液的时间间隔，实现定时补液;光照采用自然光照;温度通过DS18B20检测环境温度，并完成温度显示。本设计主要包含以下几个部分：系统主控单元、光伏发电模块、土壤湿度检测模块、自动滴灌模块、营养液补充模块、环境温度检测模块、显示模块及无线通信模块，本系统的总体结构框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 系统主控单元

考虑到系统的结构及处理能力，结合实际操作情况，我们选用51系列单片机STC89C52为控制核心。STC89C52是一个具有在线编程功能，且功耗低，价格低，性能高，便于操作，可靠性高，不需12V的VPP编程高压[2]的51内核的CMOS 8位单片机。

2.2 光伏发电系统模块

光伏发电系统主要包括光伏阵列、光伏控制器、蓄电池组和逆变器。光伏阵列组件通过电缆和汇线盒完成组件的串、并联，组成整个的组件系统;将单节蓄电池串、并联组成整个蓄电池组，太阳能产生的电能通过蓄电池组贮存;光伏控制器可控制蓄电池组的放电，监控电压启动辅助装置，实现对蓄电池组的过充放保护、温度补偿等。逆变器将光伏组件产生的直流电转换为交流电。光伏发电系统为养护机工作提供清洁能源。

2.3 土壤湿度检测模块

采用3.3-5V的土壤湿度检测模块，其表面采用镀镍处理，具有感应面积大，导电性能强，不易生锈腐蚀，使用寿命长等特点。通过调节模块中电位器可以设定相应湿度阈值，可连接单片机来检测输出数字引脚的高低电平从而监测土壤湿度情况，也可将模拟量输出引脚与AD模块相连再经过AD转换得到更精确的湿度数值，以此完成湿度信息的采集及处理分析。

2.4 自动滴灌模块

本设计采用智能滴灌技术来保障花卉生长所必需的水分，系统以STC89C52低功耗单片机与射频模块为基础，使用nRF2401芯片作为网络连接点，采用土壤湿度传感器采集土壤湿度信息;滴灌模块由水分存储罐、导管、滴头及三通阀门构成，当检测到土壤湿度低于设定最低阈值后，由单片机控制三通阀门将水分所在部分打开，补充水分，直到检测到土壤湿度等于设定最高阈值后，关闭三通阀门;并可进一步扩展通过无线通信GPRS连接，将土壤水分数据通过nRF2401通信模块传输到无线网络，从而实现土壤水分数据信息传输和智能灌溉。

2.5 营养液补充模块

为保障花卉正常生长所必需的各种微量元素，需要每间隔一定时间对系统补充通用型花卉生长营养液，这一功能通过营养液补充模块来实现，模块由营养液存储罐、导管及三通阀门构成，由单片机控制三通阀门将营养液所在部分打开，每次补充固定剂量营养液，补充完成后关闭三通阀门，间隔一段时间后再次补液。

2.6 环境温度检测模块

本设计采用DS18B20数字温度传感器，具有体积小，抗干扰力强，精度高的特点并且还能够输出数字信号，可以满足本设计对环境温度检测的需求。

2.7 显示模块

显示采用LCD1602工业字符型液晶屏，利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制显示图形，其能够同时显示16*2即32个字符，完成对环境温度的显示。

2.8 无线通信模块

本设计采用nRF24L01芯片，其芯片体积小、功耗低、成本少，工作在2.4GHz全球开放ISM频段，125个频道，可满足多点无线通信和跳频通信需求，工作速率0～1Mb/s，最大发射功率0dBm，外围元件极少，内置硬件CRC（循环冗余校验）和点对多点通信地址控制，可组成频率合成器，晶体振荡器和调制解调器。

3 系统软件设计

上电启动后系统自动初始化，进行初始化判断，如初始化不正常则程序结束，初始化正常则进行湿度及是否补充营养液的检测，将检测到的数据通过液晶屏显示出来，并发送到客户移动端对数据进行分析。首先进行湿度的判断，如果湿度异常再进行是否补充营养液的检测。若营养液也异常则发送湿度、营养液异常的告警信息至移动客户端，并控制加水和营养液，然后返回湿度是否正常的判断。若营养液正常则发送湿度异常告警信息至移动客户端，并控制加水，然后返回湿度是否正常的判断。如果湿度正常则进行是否补充营养液的检测，若营养液异常则发送营养液异常告警信息到客户移动端，并控制加营养液，之后返回是否补充营养液的判断。若营养液正常，则直接显示设备状态指示。如果状态异常则程序结束，状态正常则重新进行湿度及是否补充营养液的检测，并执行其下操作。

4 “花疗”的功效

随着人们生活品质的提高，通过“花疗”达到保健养生的需求也逐渐被挖掘出来，前景广阔。本产品将健康、装饰、环保、智能等概念集于一身，利用花卉本身香气的药用价值发挥“防病、治病、滋养”的作用，并采用智能技术帮助“养花小白”解决养护操作问题，可在实现智能养护的同时充分发挥花卉药用价值，既符合内在需求又符合外在审美。

4.1 防病

（1）杀菌。一些花卉具有杀灭结核杆菌、肺类球菌、葡萄球菌的作用，如：茉莉花、玫瑰花、蔷薇、紫罗兰等，能够防范感冒和医治呼吸系统疾病。搭配可治头痛鼻塞的玉兰花[3]对伤寒病菌有较大杀伤力。金银花香，浓淡适宜，对患有急慢性鼻窦炎、扁桃体炎、脑膜炎、肺炎、急性乳腺炎和大叶性肺炎等[3]疾病的人群大有益处。（2）肝胆心肺保护。迷迭香和薰衣草都含有乙酸芳樟酯、蒎烯、龙脑等几十种药效成分，有平喘功能，用来治疗气喘病等[3]，另外薰衣草香味有镇静和减慢心率作用，对神经性心跳过速病人有一定疗效;菊花能“通天窍，利卫气”有降血压作用;栀子花有清肝利胆功能，搭配使用可以为我们的肝胆心肺保驾護航。

4.2 治病

如利用花香治疗失眠，香叶天竺花中的挥发性油内含有香叶醇、芳樟醇、薄荷酮等成分，有镇静神经的药理作用[3]，因此能治疗神经衰弱，有镇静、消除疲劳之功能，若搭配有理气、解郁、避秽的作用茉莉花香和有催眠功能西班牙的野花勃罗特的花香或是薰衣草，整体对抑郁、失眠、焦虑的患者有显著治疗作用。此外，薄荷具有很好的止痛功效，能有效缓解头痛[4]。

4.3 养生

比如儿童智力发育。橙花和柠檬香味使人兴奋和自信;玫瑰花的香味使人愉快[5]、舒畅;梅花、兰花以及菊花和薄荷的清香能够使思维清晰[6，7]、动作矫捷、反应灵敏，对智力发育有利;此外桂花、白兰花香甜，其香气能够安抚衰弱的神经、使心情得到放松[7]。

5 结束语

本文介绍了一种基于STC89C52单片机的新型“花疗”智能花卉养护机设计，其具有部署简单、成本低廉、易于控制的特点，能实现对土壤湿度的监测及滴灌、营养液定时补充，通过合理搭配不同花卉实现“花疗”养生功效，解决了人们因缺乏养护时间和花卉养护专业知识而导致的“花疗”效果不佳的问题，同时也可满足大众对绿色养生、智能便捷、美观精致的产品需求，对于保证人们健康也有重要意义。

参考文献：

[1]张荣蜀，张正华，孙正卫，等.基于无线组网的高档花卉智能大棚信息系统的设计[J].信息化研究，2013，39（04）：40-43.

[2]张俊谟.单片机中级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社， 1999：75-86.

[3]高升.花香疗法[J].林业与生态，2013（9）：34.

[4]王东旭.常在花间走，活过九十九[J].南国博览，2018（9）：59.

[5]姜海峰.一种带药包花香热敷结构[P].CN201910214015.0，2019-06-07.

[6]钟芳.人到老年需花香[J].家庭医药·快乐养生，2011（2）：73.

[7]高睿，钟芳.一年四季赶花儿忙[J].中国保健营养，2012（5）：31-33.

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