一種盆栽土壤濕度監(jiān)測(cè)與提醒系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳蒼松++趙淑霞

摘 要：該文設(shè)計(jì)了一個(gè)土壤濕度監(jiān)測(cè)與提醒系統(tǒng)，主要由單片機(jī)、濕度傳感器、模式選擇、顯示及報(bào)警模塊幾部分組成。系統(tǒng)采用集成了A/D轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)為系統(tǒng)的控制核心，將土壤濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，系統(tǒng)具有顯示及語(yǔ)音報(bào)警功能。盆栽植物生長(zhǎng)過(guò)程土壤水分測(cè)控系統(tǒng)是在總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用土壤濕度傳感器和單片機(jī)控制裝置設(shè)計(jì)出一套適用于盆栽植物生長(zhǎng)過(guò)程中土壤水分的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可解決人們種植盆栽植物過(guò)程中存在的問(wèn)題，同時(shí)又具有系統(tǒng)成本低、實(shí)用高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 土壤濕度監(jiān)測(cè) 傳感器 盆栽

中圖分類(lèi)號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jīng)成為家家戶(hù)戶(hù)必不可少的裝飾品，盆栽可以給人們帶來(lái)愉悅心情與視覺(jué)享受，但是同時(shí)，盆栽是有生命的，需要適時(shí)澆水。上班族忙于工作，養(yǎng)幾株盆栽怡養(yǎng)性情，平時(shí)卻疏于照料，經(jīng)常是想起來(lái)時(shí)花已經(jīng)凋亡，讓人唏噓不已。該文利用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)測(cè)與提醒系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)檢測(cè)花盆土壤濕度，并根據(jù)濕度情況進(jìn)行文字及語(yǔ)音提醒，提醒養(yǎng)花者自行澆水，讓養(yǎng)花者既能擺脫時(shí)時(shí)的牽掛又能體會(huì)到親自澆水的樂(lè)趣。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

盆栽土壤濕度檢測(cè)與提醒系統(tǒng)主要由五部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)、濕度傳感器、模式選擇、濕度顯示、報(bào)警模塊。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。模式選擇模塊用于設(shè)定盆栽濕度類(lèi)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(jī)的A/D轉(zhuǎn)換部分，完成濕度由模擬值向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)控制部分將轉(zhuǎn)換后的濕度值經(jīng)由顯示模塊顯示出來(lái)，供資深養(yǎng)花者做澆水與否的判斷參考，同時(shí)，當(dāng)濕度值低于所選模式對(duì)應(yīng)的濕度范圍時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)判斷盆栽處于缺水狀態(tài)，自行啟動(dòng)報(bào)警模塊，以文字和語(yǔ)音兩種方式提醒養(yǎng)花者澆水。本系統(tǒng)只監(jiān)測(cè)土壤濕度，空氣溫度與濕度不予考慮。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 濕度傳感器模塊

土壤濕度傳感器又稱(chēng)土壤水分傳感器，用來(lái)測(cè)量土壤容積含水量。該文所選型號(hào)是FC-28（圖1），表面采用鍍鎳處理，有加寬的感應(yīng)面積，可以提高導(dǎo)電性能，防止接觸土壤容易生銹的問(wèn)題，延長(zhǎng)使用壽命。

將探針插入土壤里，過(guò)幾秒等充分接觸土壤后，信號(hào)傳至單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)處理后由單片機(jī)控制輸出至顯示模塊。

2.2 單片機(jī)

單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)硬件的控制，包括土壤濕度的采集轉(zhuǎn)化、顯示、語(yǔ)音提醒及報(bào)警信息等。

該設(shè)計(jì)所選單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)STC12C5A60S2（圖2），它是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍，且內(nèi)部集成有8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換模塊，可簡(jiǎn)化總電路，A/D轉(zhuǎn)化速度可高達(dá)250 K/s，即25萬(wàn)次/s。

2.3 模式選擇

不同濕度類(lèi)型的盆栽所需土壤的濕度范圍也不同，根據(jù)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(jiān)測(cè)盆栽的濕度類(lèi)型，從而確定該盆栽的濕度監(jiān)測(cè)范圍。該部分電路用按鍵實(shí)現(xiàn)。

2.4 濕度顯示模塊

濕度顯示模塊用于顯示當(dāng)前濕度值，以及警示信息。該設(shè)計(jì)中的顯示模塊采用帶中文字庫(kù)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(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也較低。

2.5 報(bào)警電路

報(bào)警電路采用語(yǔ)音芯片直接驅(qū)動(dòng)喇叭的方式，用于實(shí)時(shí)播報(bào)當(dāng)前濕度，以及土壤濕度低于設(shè)定濕度范圍時(shí)的語(yǔ)音警報(bào)，由單片機(jī)控制其輸出報(bào)警信號(hào)（圖4）。

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件部分采用C語(yǔ)言編程，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，模式選擇后確定濕度設(shè)定范圍，檢測(cè)當(dāng)前濕度值與設(shè)定范圍進(jìn)行比較，如果在范圍內(nèi)，則輸出濕度值及文字、語(yǔ)音提醒；若低于設(shè)定值，則輸出濕度值并發(fā)出文字、語(yǔ)音報(bào)警信息，及時(shí)提醒為盆栽澆水，程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制技術(shù)指導(dǎo)操作者科學(xué)地為盆栽澆水，使盆栽照料工作變得更加輕松愉快。系統(tǒng)采用集成了AD轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)作為控制核心，并采用液晶顯示模塊顯示提醒及報(bào)警信息，簡(jiǎn)化了硬件電路，降低了電路板的體積，而且操作方便。

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