一種智能盆栽監測儀器

馬振賀 史吳斌 謝國輝

摘 要：該文設計了一個監測盆栽溫度、濕度與光照情況的儀器，該儀器主要由單片機、溫度傳感器、濕度傳感器、光敏傳感器、液晶顯示屏、藍牙模塊、報警模塊等組成。系統采用集成A＼D轉換模塊的單片機為系統的控制核心，將土壤溫度、濕度傳感器實時監測輸出數據進行處理，系統具有顯示的功能，在水分含量低時，可以通過藍牙模塊自動補充水分。該儀器是在國內研究土壤水分測控系統的基礎上，通過采用單片機、傳感器和藍牙技術設計出的一套適用于盆栽植物生長的監測儀器，該儀器可以解決人們種植盆栽過程中的問題，并且對未來盆栽蔬菜的種植具有很好的導向作用，該儀器制造成本低，實用性較強。

關鍵詞：傳感器 盆栽 監測 單片機 藍牙技術

隨著人們生活節奏的加快，人們生活壓力增大，于是很多人選擇養幾盆盆栽陶冶一下情操。但是，人們總是忘記照顧盆栽，盆栽因為各種各樣的問題而死亡，如果有儀器可以實時監測盆栽的生長狀況，并且將信息傳遞給我們就會解決這一問題。基于此，我們利用光、溫度、濕度傳感器及藍牙技術做出了一款產品，可以解決這一問題[2]。另外“盆栽蔬菜”這一名詞在歐美發達國家已經顯得不是那么陌生，人們在自己家的陽臺上種植蔬菜，不僅可以保證蔬菜的新鮮程度，還可以保證無公害。我們這款產品繼續研發可以做到蔬菜從種子到餐桌的一站式處理[4]。

1.儀器設計理念

盆栽檢測儀器主要由單片機，溫度、濕度、光照傳感器，液晶顯示，藍牙模塊等裝置組成。濕度傳感器、溫度傳感器、光敏傳感器等完成盆栽溫度、濕度、光照信息的采集，然后傳遞給單片機的A/D轉換部分。完成模擬值向數字量的轉換，單片機的控制部分經過比較判斷是否需要澆水。當濕度低于某一數值時，系統自動判斷盆栽處于缺水狀態，自行啟動藍牙模塊進行澆水[3]。

2.儀器硬件設計

2.1單片機

單片機作為整個系統的核心部件，通過它實現對整個系統硬件的控制，包括土壤溫、濕度的采集轉化以及比較發送指令等。

該儀器采用的是天河雙龍電子有限公司的STM32F103ZE單片機，它具有高速、低功耗、超強抗干擾的優點，指令代碼兼容51單片機。

1. 超低的價格。以8位機的價格，得到32位機，是STM32最大的優勢。

2. 超多的外設。STM32擁有包括：FSMC、TIMER、SPI、IIC、USB、CAN、IIS、SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA等眾多外設及功能，具有極高的集成度。

3. 豐富的型號。STM32僅M3內核就擁有F100、F101、F102、F103、F105、F107、F207、F217等8個系列上百種型號，具有QFN、LQFP、BGA等封裝可供選擇。同時STM32還推出了STM32L和STM32W等超低功耗和無線應用型的M3芯片。

4.優異的實時性能。84個中斷，16級可編程優先級，并且所有的引腳都可以作為中斷輸入。

2.2藍牙芯片

本儀器采用低功耗藍牙透傳模塊GT-ZS01，該模塊使用簡便，無需任何藍牙協議；該模塊具有豐富的指令集，如：支持AT指令軟件復位模塊，獲取MAC地址，支持AT指令修改MAC地址，控制不同的轉發速率，修改串口波特率表。極地功耗的待機模式。高速透傳轉發，最快可達8.2k/s。

2.3貼片溫敏電阻

貼片熱敏電阻由半導體陶瓷材料組成，大多為負溫度系數，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。貼片溫敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應很快。

熱敏電阻靈敏度較高，其電阻溫度系數要比金屬大10倍以上。工作范圍很廣，常溫期間適用于-55℃-300℃，使用方便。

2.4光線傳感器

紅外接收二極管又稱紅外光敏二極管，它能很好地接收紅外光信號，而對于其他波長的光線則不能接收，因而保證了接受的準確性和靈敏度。我們采用RPM-301B型號的光敏傳感器，在紅外接收二極管管殼上有一個能射入光線的玻璃透鏡，入射光通過透鏡正好照射在管芯上。紅外接收二極管管芯是一個具有光敏特性的PN結，它被封裝在管殼內。紅外接收二極管管芯的光敏面是通過擴散工藝在N型單晶硅上形成的一層薄膜。它的管芯以及管芯上的PN結面積做得較大，而管芯上的電極面積做得較小，PN結的結深比普通半導體二極管做得淺，這些結構上的特點都是為了提高光電轉換的能力[4]。

2.5液晶顯示屏以及太陽能電池板

采用單色液晶屏，其最大的特點是工藝簡單，價格便宜，控制簡單，對CPU的要求低，占用的I/O口哨，應用比較廣泛，在強烈的陽光直射下，不會影響視覺。由于植物長期生活在光照條件下，我們考慮添加一塊小型的太陽能電池板，供給儀器用電。如果技術成熟，可以保持儀器一直在工作狀態。

3.軟件設計

該儀器部分采用C語言編程，首先進行初始化，設定濕度值。檢測當前濕度值與設定范圍進行比較。將溫度值在顯示屏上顯示，如果濕度在給定范圍內，儀器不會做出反應；如果濕度低于設定范圍，單片機啟動藍牙模塊，自行啟動澆水，直到濕度在給定范圍內。對于光敏元件檢測的數值將會直觀的顯示在單色顯示屏幕上，本儀器可以當做家庭溫度計使用。

4.結語

我們擁有的創新想法，不僅可以應用到花草等盆栽上，同時可以應用到蔬菜上。“盆栽蔬菜”在未來幾年內定會成為新興事物。就中國國內而言，除了小米旗下北京的花花草草有限公司退出了一款APP和一款公益產品外，并沒有其他競爭對手。另外小米的那款產品需要通過藍牙綁定手，只要在一定的距離范圍內才能發揮作用，而我們不可能因為一盆植物時刻開著藍牙，這款產品是非常不科學的。未來關于這一方面市場空間巨大，潛力無限。

該儀器利用單片機科學的測定溫度、濕度和光照等信息，為盆栽營造了更加適宜的環境，使盆栽照料工作變得更加輕松愉快。

參考文獻：

[1]董愛香. 北京花壇草花應用現狀及未來發展策略[J]. 北京園林，2007（02）：20-23.

[2] 高翠翠，耿麗麗，安鳳霞，盧寶偉. 現代居室的室內綠化設計與植物配置[J]. 黑龍江生態工程職業學院學報，2010，23（01）：21-22.

[3] 陳曉. 鄭州市盆栽蔬菜的發展現狀及前景分析[J]. 信陽農業高等專科學校學報，2013，23（04）：95-97+100.

[4] 張星曄. 光照度實時監測系統[J]. 測試技術學報，1995（02）：55-58.

作者簡介：

馬振賀（1997.08.03-）男，漢族，山東省聊城市，身份證號：371522199708030514，本科生，研究方向：電氣工程

史吳斌 （1996.11.07-）男，漢族，安徽省滁州市，身份證號：341103199611071612，本科生，研究方向：自動化

謝國輝 （1997.04.19-）男，漢族，四川省內江市，身份證號：51102819970419771x，本科生，研究方向：自動化。