基于單片機的智能花盆系統設計

沈陽工業大學信息科學與工程學院　張俊朋　盛象飛

基于單片機的智能花盆系統設計

沈陽工業大學信息科學與工程學院張俊朋盛象飛

白領一族為了緩解自己的生活壓力，一般選擇在辦公室或者臥室種植盆栽，但是平時又無較多時間管理，盆栽往往會枯萎死亡。為了解決上述問題，特設計一種智能花盆系統。該系統以單片機為核心器件，并由溫濕度和照度傳感器為檢測器件設計而成。經測試，該系統能顯示當前環境的溫濕度，當光照強度達到一定值并持續一定時間時，會及時通過蜂鳴器和LED等提醒用戶及時做出相應措施。該系統具有較高的穩定性和應用價值。

智能花盆；溫濕度傳感器；照度傳感器

1　引言

隨著現代生活節奏的加快，白領的壓力也越來越大。很多白領通常在家中或者辦公室中種植盆栽以調節緊張的氣氛，營造一個較輕松的環境，進而起到減壓和凈化空氣的目的。白領平時忙于工作和應酬，疏于對盆栽的管理，導致自己喜歡的盆栽枯萎凋零。對此，設計出一種智能花盆系統，該系統利用智能傳感器對盆栽所處的環境進行檢測，包括土壤溫度、空氣濕度以及盆栽當前所受的光照強度等，并將檢測的溫度、濕度通過LCD進行顯示，當光照強度較大時，蜂鳴器發出蜂鳴聲，并伴有LED燈閃爍，提醒用戶將盆栽移到一個光線較為溫和的地方。

2　系統總體方案

該智能花盆系統在實現上述功能的同時，為了降低設計成本和減少設計周期，該系統以單片機為核心進行總體方案設計。由于需要檢測土壤溫度、空氣濕度以及光照強度，因此需要用到溫度傳感器、濕度傳感器以及照度傳感器；同時需要顯示檢測到的溫度、濕度，也需要LCD顯示模塊；為了提醒用戶及時把盆栽移到一個光線合適的地方，所以該方案通過蜂鳴器以及LED燈發出的聲音和燈光，提示用戶對盆栽做出相應的保護措施。總體方案見圖1所示。

圖1　總體方案設計圖

3　系統硬件設計

3.1電源模塊

電源模塊為該系統正常工作提供可靠穩定的直流電源。由于該智能花盆系統的使用對象是白領一族，多在辦公室或者臥室等地方使用，因此該系統采用USB或者手機充電器供電，該供電電壓多為+5V。采用USB或者手機充電器供電的好處就是通用性和實用性強。

3.2單片機

在電源模塊確定之后，接著就是單片機的選型。考慮到該系統采用的是+5V電源供電，同時本著節約成本的思想，單片機選擇宏晶公司生產的一款高性能、低功耗、型號為STC89C52RC的新一代8051單片機，它具有8KB的程序Flash存儲器，512字節RAM，通用I/O口36個，看門狗定時器，還有外部掉電檢測電路等功能［1］。

3.3溫度、濕度和照度傳感器

根據圖1總體方案可知，需要用到溫度、濕度和照度傳感器。為了實現系統的更高集成化，選用了集溫度和濕度傳感器一體的DHT11型號溫濕度傳感器；為了實現方便，照度傳感器選用BH1750FVI。

DHT11型號溫濕度傳感器是一款有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器。它采用了先進的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保該傳感器具有極高的可靠性和穩定性。該型號傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，可與STC89C52RC型號單片機相連接，具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。它具有超小的體積、極低的功耗，這也是該系統選用該型號傳感器的主要考慮之一。該傳感器的測量誤差及量程為濕度± 5%RH，溫度±2℃，量程濕度20～90%RH，溫度0～50℃。可見，該傳感器非常適合在辦公室、家庭室內使用。

BH1750FVI型號照度傳感器是日本RHOM株式會社近些年推出的一種兩線式串行總線接口的集成電路，可以根據收集的光線強度數據來進行環境監測，其具有1～65535lx的高分辨率，可支持較大范圍的光照強度變化［2］。它的最大特點是內置AD轉換器，接收的光照經AD轉換器轉換為數字信號，可直接用于單片機的采集，這非常便于單片機對該傳感器進行控制和數據采集。該型號照度傳感器由+3.3V電源供電，該電壓可由電源模塊中的+5V轉換得到。

溫濕度傳感器和照度傳感器與單片機的硬件電路原理圖分別如圖2、圖3所示。

圖2　溫濕度傳感器電路原理圖

圖3　照度傳感器電路原理圖

3.4LCD顯示模塊

根據圖1總體方案可知，當智能花盆系統檢測到環境中的溫度、濕度時，會顯示出來，所以需要用到顯示模塊。為了整個系統的美觀和低功耗，確定選用LCD進行顯示。根據方案要求，只需顯示溫度和濕度，故選用1602LCD顯示器即可滿足設計要求。

1602LCD顯示器每行可顯示16個字符，共顯示2行，能夠同時顯示32個字符，是一款低功耗，具有背光功能的工業型液晶顯示器。該液晶顯示器由+5V供電，硬件電路較為簡單，容易實現。

3.5蜂鳴器和LED燈

根據圖1總體方案可知，當智能花盆系統檢測到光照強度超過設定的門限并持續一定時間后，會促使單片機觸發蜂鳴器發出響聲，并帶有LED燈的閃爍。考慮到該智能花盆系統多處于辦公室和臥室當中，為了不影響其他人，當觸發蜂鳴器發出響聲時，只響三聲，但是LED燈會一直閃爍，直到用戶按下對應按鍵才會熄滅。

4　系統軟件設計

本系統的軟件設計是基于其硬件設計的基礎上進行實現的。軟件設計主要分為兩大部分，一部分是通過溫濕度傳感器DHT11檢測溫濕度，將檢測到的數據送入單片機，單片機對該數據進行處理并顯示在LCD上；另一部分是通過照度傳感器BH1750FVI檢測光照強度，與程序固化的上限值進行比較，然后做出判斷，當光照強度和光照時間超過固化的上限值時，通過蜂鳴器和LED等告知用戶，進而達到保護盆栽不受過多暴曬而枯萎的目的。這兩部分的軟件設計流程如圖4和圖5所示。

圖4　溫濕度檢測軟件設計流程圖

圖5　照度檢測軟件設計流程圖

5　結論

該智能花盆以溫濕度和照度傳感器為檢測器件，以單片機為控制器件，實現了智能花盆系統的設計。經測試，該智能花盆系統具有檢測溫度、濕度以及光照強度等功能，并能將溫濕度顯示于LCD屏幕上，而當光照強度大于一定上限值，并持續一定時間后，蜂鳴器發出響聲，并伴有LED燈閃爍。經驗證，該系統具有較高的穩定性和可靠性，滿足方案設計要求。

［1］李晨杰，趙佑初，章麗霞，袁清.基于單片機的智能花盆的研究與應用［J］.科技創新導報，2013，22：131-133.

［2］云中華，白天蕊.基于BH1750FVI的室內光照強度測量儀［J］.單片機與嵌入式系統應用，2012，06：27-29.

張俊朋（1990—），女，河南平頂山人，碩士研究生，現就讀于沈陽工業大學，主要研究方向：視覺伺服信息處理。