植物音頻促長(zhǎng)儀的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

周紅　張奕超　王宏坡

摘 要：當(dāng)前針對(duì)通過(guò)聲音刺激植物生長(zhǎng)已成為熱門(mén)話題，實(shí)驗(yàn)表明，一些針對(duì)植物的特殊音樂(lè)或者通過(guò)特殊設(shè)備產(chǎn)生的特殊音頻會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的影響。物理農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要技術(shù)方面就是通過(guò)聲音刺激植物生長(zhǎng)技術(shù)，該技術(shù)也是發(fā)展物理科技農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)之一。該文在已有專(zhuān)利的基礎(chǔ)上，對(duì)植物音頻發(fā)生器原理和效果進(jìn)行了說(shuō)明和介紹，并在蔬菜、瓜果等不同的植物上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，植物音頻促長(zhǎng)儀通過(guò)特殊的音頻不僅具有促長(zhǎng)和增產(chǎn)，而且設(shè)備成本低，易于推廣。

關(guān)鍵詞：音頻促長(zhǎng) 單片機(jī) 植物

中圖分類(lèi)號(hào)：TN 91918 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（c）-0069-01

1 裝置的基本組成和工作原理

1.1 基本組成

該植物音頻促長(zhǎng)儀通過(guò)微控制器AT89C51SNDlC單片機(jī)作為控制核心，此外還有可以插入U(xiǎn)盤(pán)的MP3模塊、有功率放大模塊、有交流220V轉(zhuǎn)換為直流12V電壓的電源轉(zhuǎn)換模塊、還有用于調(diào)整音量的模塊和揚(yáng)聲器模塊等組成，如圖1所示。

1.2 各部分的功能

（1）單片機(jī)微控制器模塊：該模塊采用了內(nèi)部含有MP3解碼器的作為AT89C51SNDlC單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)它完成對(duì)植物聲音的讀取，存放以及播放，從而減少單獨(dú)設(shè)計(jì)MP3音頻處理模塊，進(jìn)而降低了成本。

（2）MP3模塊是集成與單片機(jī)的播放模塊，該模塊不再由用戶進(jìn)行軟件編/解碼，可直接進(jìn)行讀取并播放MP3格式的音頻數(shù)據(jù)。

（3）SD卡/U盤(pán)模塊：該模塊主要用于與SD卡及U盤(pán)接口配套使用，以便將存儲(chǔ)在SD卡及U盤(pán)中的特殊音頻通過(guò)該模塊讀取到單片機(jī)中。

（4）功率放大模塊：該模塊主要用于放大通過(guò)MP3模塊播放出的音頻信號(hào)，由于MP3模塊產(chǎn)生的音頻功率較小，不能推動(dòng)外置揚(yáng)聲器發(fā)生，為此，增加功率放模塊，以便于播放相應(yīng)音頻。

（5）交流電轉(zhuǎn)換直流電模塊：由于當(dāng)前居民用電的輸電電路主要是220 V交流電，但在植物音頻促長(zhǎng)儀中的很多模塊都是使用直流電，因此通過(guò)該模塊完成從交流電220V向直流電轉(zhuǎn)換，所轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的直流電壓有5V的用于供給控制芯片等，還有12V電壓，用于音頻模塊，當(dāng)然如果未來(lái)有些模塊需要其他直流電壓，也要通過(guò)該模塊進(jìn)行。

（6）音量調(diào)節(jié)器器模塊：該模塊通過(guò)調(diào)整按鈕，用于改變音頻的輸出功率，從而達(dá)到調(diào)整音頻促長(zhǎng)儀音量的作用。

（7）揚(yáng)聲器模塊：該模塊主要由幾個(gè)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器組成，用于將植物音頻促長(zhǎng)儀生成的特殊音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲音并播放出去。

2 工作原理

該植物促長(zhǎng)儀主要應(yīng)用了目前比較普及的具有的SD插卡接口及U盤(pán)接口的MP3模塊和環(huán)境監(jiān)控及定時(shí)模塊，設(shè)備工作的原理如下所示。

植物音頻促長(zhǎng)儀具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，如果在手動(dòng)方式下，則設(shè)備的開(kāi)啟與關(guān)閉完全取決于操作者；在自動(dòng)方式下，通過(guò)一個(gè)定時(shí)器，將設(shè)備設(shè)定在固定的時(shí)間段進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。無(wú)論何種方式，當(dāng)開(kāi)啟電源時(shí)，用于外接的220 V交流電進(jìn)入電源轉(zhuǎn)換模塊，該模塊將交流電轉(zhuǎn)換為5V和12 V兩種直流電源，其中5V用于供給單片機(jī)及周邊芯片供電，而12V的直流電為音頻相關(guān)模塊供電電源。當(dāng)所有設(shè)備都接通電源后，單片機(jī)控制模塊就根據(jù)程序指令自動(dòng)通過(guò)SD卡/U盤(pán)接口讀取存儲(chǔ)在SD插卡或U盤(pán)上的MP3格式的音頻數(shù)據(jù)，然后單片機(jī)的MP3模塊將MP3格式的音頻進(jìn)行解碼，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢圆シ诺穆曇簦髮⒔獯a后的數(shù)據(jù)送入功率放大器模塊，最后經(jīng)動(dòng)圈揚(yáng)聲器將音頻播出。音量的大小用戶可以通過(guò)調(diào)整功率放大器的功率放大按鈕進(jìn)行調(diào)整，從而使聲音能夠播放到所需覆蓋的區(qū)域。

3 應(yīng)用舉例

本植物音頻促長(zhǎng)儀在多種不同的植物上進(jìn)行了測(cè)驗(yàn)，測(cè)試表明，該設(shè)備對(duì)植物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量都有提高。測(cè)試是嚴(yán)格按著對(duì)比試驗(yàn)的方法進(jìn)行，即在同一塊土地上，使用同樣的植物，一塊土地使用植物音頻促長(zhǎng)儀，一塊土地不適用植物音頻促長(zhǎng)儀。此外，為了更具體看出差異，對(duì)兩塊土地上的植物分不同時(shí)期進(jìn)行測(cè)量，尤其是高度，分了兩個(gè)不同時(shí)期進(jìn)行測(cè)量，具體見(jiàn)表1，通過(guò)所產(chǎn)生的結(jié)果可以明顯看到植物音頻促長(zhǎng)儀的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，農(nóng)業(yè)逐步向生態(tài)農(nóng)業(yè)方向發(fā)展，而要實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)其中的一個(gè)重要方面就是發(fā)展物理農(nóng)業(yè)，植物音頻促長(zhǎng)儀就是將物理原理應(yīng)用到農(nóng)業(yè)的一個(gè)典型案例，并且通過(guò)將該設(shè)備應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中，經(jīng)試驗(yàn)表明，該設(shè)備能夠?qū)χ参锏纳L(zhǎng)過(guò)程產(chǎn)生刺激，從而達(dá)到增產(chǎn)效果，此外，該設(shè)備由于是使用物理原理調(diào)整植物生產(chǎn)，并沒(méi)有采用生物技術(shù)，從而可以減少化肥用量，不污染環(huán)境，從而進(jìn)行綠色食品生產(chǎn)，有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。當(dāng)然，該設(shè)備還存在一定缺陷，比如對(duì)于供電，如果設(shè)備是放置到野外，則電源是一個(gè)問(wèn)題，可以考慮在未來(lái)采用太陽(yáng)能供電，這樣就可以解決野外使用時(shí)供電的問(wèn)題。

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