一種盆栽土壤濕度監測與提醒系統設計

陳蒼松++趙淑霞

摘 要：該文設計了一個土壤濕度監測與提醒系統，主要由單片機、濕度傳感器、模式選擇、顯示及報警模塊幾部分組成。系統采用集成了A/D轉換模塊的單片機為系統的控制核心，將土壤濕度傳感器實時監測輸出的數據進行處理，系統具有顯示及語音報警功能。盆栽植物生長過程土壤水分測控系統是在總結國內外研究現狀的基礎上，通過采用土壤濕度傳感器和單片機控制裝置設計出一套適用于盆栽植物生長過程中土壤水分的監測系統，該系統可解決人們種植盆栽植物過程中存在的問題，同時又具有系統成本低、實用高等優點。

關鍵詞：單片機 土壤濕度監測 傳感器 盆栽

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0023-02

很多盆栽植物具有凈化空氣、怡神靜氣的功效，已經成為家家戶戶必不可少的裝飾品，盆栽可以給人們帶來愉悅心情與視覺享受，但是同時，盆栽是有生命的，需要適時澆水。上班族忙于工作，養幾株盆栽怡養性情，平時卻疏于照料，經常是想起來時花已經凋亡，讓人唏噓不已。該文利用單片機技術，設計了一個監測與提醒系統，該系統能實時檢測花盆土壤濕度，并根據濕度情況進行文字及語音提醒，提醒養花者自行澆水，讓養花者既能擺脫時時的牽掛又能體會到親自澆水的樂趣。

1 系統設計方案

盆栽土壤濕度檢測與提醒系統主要由五部分組成：單片機、濕度傳感器、模式選擇、濕度顯示、報警模塊。系統原理框圖如圖1所示。模式選擇模塊用于設定盆栽濕度類型，有3種模式：S（濕生花卉）、M（中生花卉）、H（耐旱花卉）。濕度傳感器模塊完成盆栽土壤濕度的采集，并將濕度信息傳給單片機的A/D轉換部分，完成濕度由模擬值向數字量的轉換，單片機控制部分將轉換后的濕度值經由顯示模塊顯示出來，供資深養花者做澆水與否的判斷參考，同時，當濕度值低于所選模式對應的濕度范圍時，系統可自動判斷盆栽處于缺水狀態，自行啟動報警模塊，以文字和語音兩種方式提醒養花者澆水。本系統只監測土壤濕度，空氣溫度與濕度不予考慮。

2 系統硬件設計

2.1 濕度傳感器模塊

土壤濕度傳感器又稱土壤水分傳感器，用來測量土壤容積含水量。該文所選型號是FC-28（圖1），表面采用鍍鎳處理，有加寬的感應面積，可以提高導電性能，防止接觸土壤容易生銹的問題，延長使用壽命。

將探針插入土壤里，過幾秒等充分接觸土壤后，信號傳至單片機的AD轉換模塊，經處理后由單片機控制輸出至顯示模塊。

2.2 單片機

單片機是整個系統的核心部件，通過它實現對整個系統硬件的控制，包括土壤濕度的采集轉化、顯示、語音提醒及報警信息等。

該設計所選單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機STC12C5A60S2（圖2），它是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍，且內部集成有8路高速10位A/D轉換模塊，可簡化總電路，A/D轉化速度可高達250 K/s，即25萬次/s。

2.3 模式選擇

不同濕度類型的盆栽所需土壤的濕度范圍也不同，根據盆栽所需土壤的合適濕度范圍，可將盆栽大致分為濕生花卉、中生花卉、耐旱花卉三種。模式選擇模塊用于選擇所監測盆栽的濕度類型，從而確定該盆栽的濕度監測范圍。該部分電路用按鍵實現。

2.4 濕度顯示模塊

濕度顯示模塊用于顯示當前濕度值，以及警示信息。該設計中的顯示模塊采用帶中文字庫的12864LCD液晶顯示屏，如圖3，它是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集。不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也較低。

2.5 報警電路

報警電路采用語音芯片直接驅動喇叭的方式，用于實時播報當前濕度，以及土壤濕度低于設定濕度范圍時的語音警報，由單片機控制其輸出報警信號（圖4）。

3 軟件設計

該系統軟件部分采用C語言編程，首先進行系統初始化，模式選擇后確定濕度設定范圍，檢測當前濕度值與設定范圍進行比較，如果在范圍內，則輸出濕度值及文字、語音提醒；若低于設定值，則輸出濕度值并發出文字、語音報警信息，及時提醒為盆栽澆水，程序流程圖如圖5所示。

4 結語

該設計用單片機控制技術指導操作者科學地為盆栽澆水，使盆栽照料工作變得更加輕松愉快。系統采用集成了AD轉換模塊的單片機作為控制核心，并采用液晶顯示模塊顯示提醒及報警信息，簡化了硬件電路，降低了電路板的體積，而且操作方便。

參考文獻

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