植物智能养护系统研究与设计

    杨果仁 孙浩然 蔡顺燕

    

    

    

    【摘 ?要】论文设计的植物智能养护系统主要以STC89C52单片机为主控芯片，包括温度采集模块、湿度采集模块、光照采集模块、红外线模块、语音模块、串口屏模块。通过光照控制装置和湿度控制装置可以检测植物的湿度、温度、光照强度3个因素是否低于或高于设定值，进而根据结果进行浇水、施光等操作，最终在串口屏显示环境温度、湿度、光照强度及植物生长状况数据，同时进行语音播报及报警。通过调试，该系统性能稳定。

    【Abstract】The plant intelligent maintenance system designed in this paper mainly uses STC89C52 single chip microcomputer as the main control chip， including temperature acquisition module， humidity acquisition module， light acquisition module， infrared module， voice module， serial port screen module. Through the light control device and humidity control device， we can detect whether the humidity， temperature and light intensity of the plant are lower or higher than the set value， and then according to the results for watering， lighting and other operations， and finally display the environmental temperature， humidity， light intensity and plant growth status data in the serial screen， and carry out voice broadcast and alarm. Through debugging， the performance of the system is stable.

    【關键词】STC89C52单片机;串口屏;语音模块;传感器

    【Keywords】STC89C52 single chip microcomputer; serial screen; voice module; sensor

    【中图分类号】S126 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2021）07-0195-02

    1 引言

    随着科学的不断发展和人们生活水平的不断提高，人们对于生活质量的要求也越来越高，种植植物成为家庭生活中的一部分。人们种植植物的目的大多是陶冶情操，提高室内外的空气质量，给自己制造一个良好的生活环境。但由于人们生活节奏快和经常出差等缘故，不能按时为植物浇水会造成花卉死亡，为科学养护植物，人们想了很多办法，但是效果不佳。市面上装置很多，但功能单一且不完善，没有达到用户满意的产品需求。为此，论文设计出了一款较为完善并且满足大部分客户需求的植物智能养护系统。论文以STC89C52单片机为核心，通过传感器采集外部数据，利用A/D将数据转换后传输给单片机，将数据和内部设定数据进行比对，根据结果进行浇水、施光等操作，最终在串口屏显示环境温度、湿度、光照强度及植物生长状况数据，达到智能养护植物的功能。

    2 系统整体方案

    系统结构主要由STC89C52单片机、传感器、串口屏、语音模块组成。温度传感器、湿度传感器、光照传感器检测外部环境的数据，然后数据以模拟信号的形式送入ADC转换器变成数字信号输入给单片机，输入的数字信号和系统内部设定的标准进行比对，由语音模块将结果播报出来，当外界温度、湿度、光照强度低于系统设定标准则进行加温、加湿、加光等操作，直至满足系统设定的标准，反之相同。

    3 主要电路设计

    3.1 光敏电阻传感器

    根据光照强度的不同，光敏电阻传感器两端的电压值会随之变化。采集到的电压值通过AD转换器就可以表示当前的光照强度。将当前的光照强度传输给LM393比较器，让其与内部设定的阈值作比较可输出高低电平，滑动变阻器调节可以调节该阈值。

    3.2 红外传感器模块

    如图2所示，红外传感器模块的发射是为了感知周围环境的某些方面，其工作方式为发射器即红外发射二极管不断向外界发射红外线，当发射出的红外线因为没有检测到外部环境中的被检测物体而反射回来时，与其相连的光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平;当被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，此时模块的输出端为高电平，电阻和输出电压将随接收到的红外光的大小而成比例变化。

    3.3 湿度传感器模块

    如图3所示，将J1两个插片插在土壤里面，根据我们事先的调查和测试，我们知道了固定放置在比较湿润的土壤的探针间的电阻在几百欧，用来测量和收集电压值的是AC口，当测量到土壤湿度较低或者干旱时，探针间电阻接近无穷大，也就意味着AC值就相当于是VCC值，当土壤湿度大时，此时探针键电阻会减少到几千甚至几百欧，此時AC的电压值会根据探针键检测到的阻值来变化。LM393是一个比较器，通过R1设置一个标准值，当湿度大（AC值小），OUT输出低电平;当湿度低（AC值大），OUT输出高电平。OUT信号的输出可以直接用来粗略估算湿度大小。通过AD转换器将AC数值转换成数字信号，由此给我们一个直观的数值来感知土壤的湿度情况。L1用来看电路是否接通，L2湿度小（AC值大）灭，湿度大（AC值小）亮。

    4 软件设计

    本设计采用STC89C52单片机为主控芯片，在最初设定好最初的数值，然后由传感器检测当前环境状况，传感器将检测到的环境状况以模拟信号的形式传输给ADC转换器，由ADC转换器将模拟信号转换给数字信号，然后传输给单片机，单片机将数字信号和设定好的标准进行比对，通过浇水、打开生长灯、加温等一系列操作使得外界环境状况和预期值相同，同时通过串口在串口屏上显示数据。

    5 结论

    该植物智能养护系统可以实现以下功能：当按下系统开机键，温度传感器、湿度传感器、光照传感器、红外传感器进行外界环境状况的检测，并将检测结果在显示屏上显示，同时检测到的数据和系统内部设定好的数据进行比对，当低于或高于系统内部设定好的数据时，语音播报进行播报，在主控芯片的控制下系统进行加水、打开生长灯等一系列的操作，使外界环境状况到达预期的目的。

    【参考文献】

    【1】郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2008.

    【2】黄智伟.全国大学生电子设计竞赛[M].北京：航天航空大学出版社，2008.

    【3】郭克友，陈雪洁，纪彬.基于SYN6288的车速语音播报系统设计[J].实验技术与管理，2014，31（01）：87-90.

    【4】廖泽鑫.温度传感器的设计与研究[D].上海：复旦大学，2012.

    【5】许少华，孙海兴，邓风永.触摸屏和远方仪表的串口通讯应用研究[J].科技视界，2015（27）：128-129.

    【6】薛晨阳，谭秋林，马游春，等.红外传感器的信号提取和数据采集的设计[J].仪表技术与传感器，2007（02）：45-46.