基于單片機(jī)的智能陽臺小菜園設(shè)計(jì)

王永春

【摘 要】陽臺種菜是一種環(huán)保、自然的生活理念，基于單片機(jī)的智能化陽臺小菜園是以STC90C516單片機(jī)為主控核心電路，通過DHT11溫濕度傳感器檢測空氣溫度和土壤濕度，并根據(jù)設(shè)置的極限值決定是否要采取相應(yīng)措施。同時(shí)利用LCD12864液晶屏顯示相關(guān)信息，通過GSM短信模塊發(fā)送控制信息，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程澆水，達(dá)到智能的目的。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；溫濕度傳感器；GSM短信模塊；液晶顯示

中圖分類號： TH811；TH837 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0095-001

陽臺種菜是一種環(huán)保、自然的生活理念，在陽臺種菜的日子里，盡是幸福的瞬間，如嫩芽冒出時(shí)的驚喜，抽枝展葉時(shí)的愉悅，采摘收獲時(shí)的滿足……如此普通的陽臺變得生機(jī)勃勃、綠意盎然，小小的陽臺也可滿足一家人日常的蔬菜需求，而且是有營養(yǎng)、無污染的有機(jī)蔬菜！可是現(xiàn)代人的生活又十分的忙碌，沒有時(shí)間去細(xì)細(xì)照料這些綠色，因此設(shè)計(jì)一款能夠智能化管理和控制蔬菜生長過程的花盆就顯得尤為重要。

1 硬件電路的設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的智能化陽臺小菜園是以STC90C516單片機(jī)為主控元件，以溫濕度傳感器DHT11為關(guān)鍵元件檢測空氣溫度和土壤濕度，并根據(jù)溫度和濕度設(shè)置的極限值決定是否要采取相應(yīng)措施。①如濕度過低會自行啟動水泵電機(jī)進(jìn)行灌溉，達(dá)到一定濕度自行停止；②溫度過低則會啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動為菜園罩上薄膜從而起到保溫效果，達(dá)到一定溫度值時(shí)打開薄膜自動散熱。LCD液晶屏可顯示當(dāng)前的溫度和濕度，并記錄蔬菜種植的時(shí)間；按鍵可輸入施肥時(shí)間間隔，當(dāng)時(shí)間到達(dá)時(shí)轉(zhuǎn)動漏斗將一定量的肥料或營養(yǎng)液融入水中，通過自動灌溉進(jìn)行施肥。本設(shè)計(jì)可以通過按鍵手動完成相關(guān)操作指令的操作，也可以通過藍(lán)牙或短信模塊發(fā)送信息給手機(jī)，利用手機(jī)發(fā)送澆灌或施肥的操作，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，徹底解放人力達(dá)到智能控制的效果。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示。

STC90C516是一款低功耗、運(yùn)行快速的單片機(jī)，內(nèi)含64KB Flash ROM，可提供許多高性價(jià)比的解決方案和嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)是能使單片機(jī)正常工作的基本電路，且可隨時(shí)降至無振動的狀態(tài)下操作，還支持空閑模式和掉電模式下的節(jié)電工作[1]。溫濕度傳感器DHT11是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性[2][3]。利用傳感器檢測環(huán)境溫度和土壤濕度，通過與已設(shè)置的極限值進(jìn)行對比，再利用多組繼電器電路用來控制水泵、肥料漏斗、薄膜罩的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)自動澆水、放水、施肥、打開或關(guān)閉薄膜罩，實(shí)現(xiàn)智能澆灌、施肥和保溫的目的。光敏電阻GL5528自行檢測環(huán)境光照，可根據(jù)植物所需的光照時(shí)長和光照強(qiáng)度自行開啟或關(guān)閉補(bǔ)光燈，使得蔬菜等獲得合適的生長環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)智能控制生長周期。利用GSM短信SIM800A電路模塊或藍(lán)牙通信裝置HC05實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程澆水和補(bǔ)光燈控制，通過手機(jī)發(fā)送一條“澆水/jiaoshui”短信，繼電器1打開，水泵開，實(shí)現(xiàn)澆水若干分鐘；發(fā)送一條“補(bǔ)光/buguang”短信，補(bǔ)光燈亮若干分鐘，補(bǔ)足光照。內(nèi)含國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的LCD12864是點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，該模塊接口方式靈活、指令簡單方便、且功耗較低，又能實(shí)現(xiàn)全中文人機(jī)交互圖形界面。本設(shè)計(jì)中可利用該液晶屏顯示溫濕度的檢測值和極限值、水泵等的開關(guān)狀態(tài)以及某種蔬菜的種植時(shí)間[4][5][6]。

2 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Keil uVision4是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中最優(yōu)秀的軟件之一，可支持眾多不同公司的MCS51架構(gòu)的芯片，包括ARM，集編輯、編譯、仿真等于一體?？梢赃M(jìn)行匯編語言或C語言編程，把寫好的程序編譯為機(jī)器碼，并將可執(zhí)行文件寫入單片機(jī)內(nèi)。本設(shè)計(jì)主要包括主程序、溫濕度檢測控制子函數(shù)、光敏電阻檢測控制子函數(shù)、液晶屏顯示子函數(shù)、繼電器啟動/關(guān)閉子函數(shù)、GSM/藍(lán)牙信息傳輸子函數(shù)和按鍵輸入子函數(shù)等程序模塊。主流程圖如圖2所示。

3 電路焊接與實(shí)現(xiàn)

利用PROTEL軟件畫好電路原理圖，確定相關(guān)元器件的封裝和數(shù)量，并確定封裝與元器件實(shí)體相配之后再進(jìn)行PCB集成電路板的制作。焊接電路時(shí)，應(yīng)遵循元件從主到次、先難后易、由低到高的順序，要注意比對元件放置的位置和方向，并防止虛焊。焊接之后，需用萬用表依次檢測各條線路，確定是否電壓正常；利用示波器測試輸出的電源波形是否有紋波。最后上電燒程序，一一檢測各個功能模塊能否正常檢測、傳輸及控制各類信息，并完成智能澆花、保溫、施肥等操作，同時(shí)可利用手機(jī)等移動終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)完成了智能陽臺菜園的設(shè)計(jì)，通過單片機(jī)控制所有元器件有條不紊的工作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程或手動或自動控制，達(dá)到智能效果。當(dāng)然，本設(shè)計(jì)仍然存在一些缺陷，如無法實(shí)現(xiàn)針對不同的蔬菜種類進(jìn)行不同量的水量澆灌或補(bǔ)光，無法遠(yuǎn)程采集蔬菜的生長圖像以供及時(shí)了解，無法采集到土壤的營養(yǎng)狀況，只能根據(jù)定時(shí)間隔來施肥等。未來將會對此繼續(xù)研究，以期設(shè)計(jì)出更高端的智能小菜園裝置。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用-C51編程+Proteus仿真[M].北京： 高等教育出版社.2012.11.

[2]高偉，董彥成，馬慶磊.基于STM32F103C8的智能澆花系統(tǒng)[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2018（3），25-26.

[3]何麗歐.智能澆花系統(tǒng)[J].科技展望.2017（27），143.

[4]朱士東，高洪卓，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇.2017（11），42-43.

[5]李瑤，鄭晗峰，等.智能澆花裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī).2016（6），47-48.

[6]張倩呁.基于土壤濕度檢測的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山西農(nóng)經(jīng).2017（9），128-129.