基于C51單片機的花卉智能培育系統設計＊

李剛，杜艷紅，榮奇

基于C51單片機的花卉智能培育系統設計＊

李剛，杜艷紅，榮奇

（天津農學院 工程技術學院，天津 300384）

隨著科學的發展和人們生活水平的不斷進步，人們對于生活質量的要求也越來越高，花卉的養殖也成為了人們生活的一部分。由于現在人們生活節奏普遍較快，不能按時給花卉澆水成為了花卉死亡的主要原因。因此，設計了一款以C51單片機為控制核心，利用溫濕度傳感器DHT11、土壤濕度傳感器YL-69進行環境及土壤的檢測，利用LCD顯示，通過報警、藍牙通訊，控制繼電器驅動澆水、施肥，實現花卉的智能培育。

花卉培育；單片機；傳感器；系統設計

隨著社會的日益進步，人們越來越注重生活環境質量的提高。家庭中花卉的養殖便是人們的不二選擇，但由于人們生活節奏快、經常出差加班等緣故，花卉的澆水施肥得不到保證，自然花卉不能健康成長，在這個高效率、快節奏的時代，人工看管培育過渡到智能自動化培育則是必然的[1]。

近年來，電子技術行業飛速的發展，極大地推動了智能家用設備的發展。在美國、日本等發達國家運用自動化控制技術進行自動灌溉已經取得比較有價值的研究成果，從最初的機械化控制到后來的一體化控制再到現在的智能化控制。中國的智能家用設備和儀器的研發與測試技術雖然與發達國家還存在一定差異，但也在迅速發展[2]。

1 系統結構

花卉的培育需要確定花卉的生長環境是否適合花卉的生長，所以需要對花卉的生長環境進行實時監測。主要監測以下幾個方面：①濕度。土壤濕度是主要影響花卉生長的因素之一。濕度長期太低，會導致花卉缺水，呈蔫狀，嚴重的會使花卉枯死；濕度太高，會造成爛根、落葉等現象。②溫度。花卉的生長發育都是在一定的溫度條件下完成的，因此，溫度是直接影響花卉生長發育的最重要的外界條件之一。③光照。室內光線不足也會影響花卉的生長。在室內養殖花卉時，常常由于光線不足，容易造成葉子發黃、脫落，嚴重時造成死亡，所以需要對室內光照進行實時監測。

系統結構主要由單片機、傳感器、顯示屏、水泵、營養液噴頭、報警電路、藍牙模塊組成。傳感器將以上這些數據進行采集上傳到單片機，單片機與設定值進行比較，通過DHT11傳感器監測環境的溫度和濕度，當土壤濕度值低于設置時啟動水泵進行澆花，營養液噴頭則會按照系統設置定時施肥。同時，也可以通過按鍵設置報警值，當溫度和濕度大于報警值時會聲光報警。另外檢測到的土壤濕度和環境的溫濕度可以通過藍牙上傳到手機，方便使用者查看數據[3]。

2 系統硬件設計

系統以C51單片機為主處理器和控制器，利用溫度、濕度和光照等傳感器采集土壤及環境數據，然后傳送至單片機處理，通過程序控制電磁閥來執行外圍電路，通過藍牙傳輸數據到上位機，實時顯示花卉環境參數。當系統檢測到花卉環境的改變不利于花卉健康生長時，系統會自動執行澆水、施肥等操作來保證花卉的生長。系統硬件結構如圖1所示。

圖1 系統硬件結構圖

2.1 數據采集模塊設計

數據采集主要是通過傳感器來實現的。本系統主要采用DHT11溫濕度傳感器、YL-69土壤濕度傳感器以及光敏電阻對光照進行采集。

DHT11是一種體積小、低功耗的傳感器，使用單線時鐘串行接口，含有已校準數字信號的溫濕度復合傳感器。YL-69土壤濕度傳感器測量精度高、硬件電路簡單，主要原理是利用兩個電級來檢測土壤的導電性，將采集的信號處理發送給單片機。對于光照的檢測主要利用光敏電阻來實現，設計光照采集模塊將光敏電阻采集的數據轉換為單片機可讀取的數據。

2.2 外圍電路模塊設計

外圍電路主要由LCD顯示屏、外圍報警電路、水泵施肥設備、藍牙模塊組成。

LCD顯示屏具有體積小巧、耗能低、無輻射等優點。系統通過其與單片機相連，顯示環境溫度、濕度、土壤濕度、光照強度以及顯示手動設定上下限位值和環境超出設定范圍值的報警信息。

外圍報警電路主要由蜂鳴器與發光二極管組成，由單片機獨立控制，當環境超出設定范圍值時，由單片機啟動報警模式。

水泵設備主要由水泵、繼電器構成。當檢測出土壤濕度低至設定值時，單片機會通過繼電器啟動水泵澆水，待濕度恢復后便停止澆水，從而達到控制土壤濕度平衡的目的。

施肥設備主要由營養液噴頭組成，因為施肥需要定期執行，所以設置系統每隔一段時間自動控制營養液噴頭工作，實現自動施肥的目的。

藍牙模塊主要實現短距離無線通訊，可在手機上查看系統檢測到的溫濕度以及光照強度信息。單片機對數據進行處理后，經過藍牙模塊將數據傳送至用戶端，便于用戶在小范圍內隨時查看。

3 主控制器

本系統采用C51單片機作為主控制處理器，此款單片機性能穩定，是一款低功耗的8位單片機，運行速度和工作頻率均能滿足本系統設計要求，軟件程序的編寫相對簡潔，而且價格實惠，滿足了本系統的低成本要求，為大范圍推廣使用創造了條件。

4 軟件設計

軟件部分主要是用KEIL進行編程，首先需要對傳感器進行初始化，使其與單片機產生通訊，其次通過單片機查看其采集的數據并進行分析。結合用戶設定的限位值，對采集的溫濕度進行判斷，如果溫濕度超值，則報警模塊或水泵開始工作，同時藍牙模塊向用戶發送信息告知報警情況。其次將測量的溫濕度實時顯示在LCD顯示屏上，便于用戶隨時查看[4]。軟件具體設計流程如圖2所示。

5 結論

隨著經濟和科技的發展以及人們的生活水平的提高，智能化成為社會發展的必然趨勢，各個行業都在向智能化方向發展。花卉智能培育系統實現了花卉的自動化養殖，既實現了自動管理又美化了環境，完美地將智能技術應用于傳統花卉養殖行業。在未來，相信花卉種植行業會向一個更加智能化的方向發展。

圖2 軟件程序流程圖

［1］申聰，戴小鵬，樊振宇.智能花卉管理系統的設計與實現［J］.福建電腦，2017（3）：26-27.

［2］安寧.花卉溫室大棚智能控制系統設計與實現［D］.北京：北京工業大學，2016.

［3］馮筱.基于物聯網的溫室花卉智能灌溉系統設計［D］.曲阜：曲阜師范大學，2015.

［4］王一涯，陳曙光，王憲菊.基于STM32F103的溫室花卉自動噴灌控制系統設計［J］.現代農業科技，2017（10）：164-165.

TP311.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.046

2095－6835（2019）14－0104－02

李剛（1999—），男，山西大同人，本科在讀，主要從事自動化技術的應用研究。

杜艷紅（1979—），女，遼寧蓋州人，副教授，主要從事電氣與自動化控制方面的應用研究。

2018年天津農學院大學生創新創業訓練計劃項目（編號：201810061170）

〔編輯：王霞〕