基于單片機的智慧花盆

武松霖 金佳慧 郭莉莉

【摘要】為了提高人們的生活水平，改善居家空氣環境，讓越來越多的“懶人”也能喜歡種植，本文設計了基于單片機的智慧花盆。系統以STC89C51單片機為主控芯片，通過溫濕度傳感器、土壤傳感器等實現對花盆植物生長環境的監測，通過單片機實現自動澆水、加營養液、增加光照等，并且主人可以通過手機“APP”實時監控花盆情況，體驗種植的樂趣。

【關鍵詞】單片機 ?智慧花盆 ?傳感器

一、引言

隨著科技的進步，智能家居逐漸走進人們的日常生活。智能家居有很多普通家居難以超越的特點，利用物聯網技術、通信技術、計算機技術、多媒體技術等，可以多方面提升家居環境的舒適性、安全性等。本系統設計也是智能家居增加了一抹亮色。

本系統是一款智慧花盆，以STC89C51單片機為核心，輸入部分采用溫度傳感器、濕度傳感器，土壤傳感器、光敏電阻;輸出部分采用液晶顯示器、水泵、燈光等。從而實現對綠植的自動監控;系統外置攝像頭，可利用手機實時監測植物生長狀態。

本系統是一款個性化極強的產品，可以滿足“懶人”喜愛種植的心里。我們的智慧花盆符合市場需求，有很廣闊的應用價值。

二、本文研究內容

系統結構框圖如圖1所示。以STC89C51單片機為主控器，實現了溫、濕度、土壤營養的檢測及控制、以及手機APP的監測。

（1）核心模塊。單片機STC89C51，是一款運算速度較高的單片機，最高工作時鐘頻率可達到80MHz，片內含4KB可重復擦寫1000次的Flash，兼容51指令系統及引腳結構，足以滿足本系統要求。

（2）輸入模塊。輸入模塊中由溫度傳感器、濕度傳感器和土壤傳感器，可對系統環境達到全方位的監控。

（3）輸出模塊。輸出模塊由顯示器、水泵電機、報警系統構成。顯示器可以實時顯示土壤的溫濕度;當系統檢測土壤缺水時會啟動水泵自動加水;當檢測到土壤營養流失時會啟動營養液補充水泵;當系統出現故障會啟動報警系統。

（4）手機APP。主要用于遠程監控。

三、系統硬件電路的設計

（1）STC89C51是一款低成本、較穩定、功耗低、抗干擾能力強的CMOS8位微控制器，具有4K在系統可編程Flash存儲器。應用編程，調試起來比較方便;帶有10位AD、內部EEPROM、可在1T/機器周期下工作，同時擁有硬件看門狗、高速SPI通信端口、全雙工異步串行口，兼容普通8051的串口，同時還具有先進的指令集結構，兼容普通8051指令集，高效的傳遞信號，很好的兼容性[1]。在應對家庭種植過程中電磁、溫度、濕度較為惡劣情況下可以更為可靠的8051核的ISP（In System Programming）控制器，是現在普遍使用的控制器。

（2）土壤濕度檢測電路。我們采用土壤檢測MODE一起檢測土壤濕度。通過ADC0832將土壤濕度數據送入到單片機中。ADC0832是一種8位分辨率、雙通道A/D轉換芯片，最高分辨率高達256級，性價比高。土壤檢測電路工作電壓3.3V-5V，主要用于土壤的濕度檢測。我們通過電位器調節土壤濕度的閥值，順時針調節，控制的濕度會越大，反之則越小;當濕度低于設定值時，DO輸出高電平，系統土壤缺水提示燈亮同時啟動水泵;當濕度高于設定值時，DO輸出低電平，同時系統缺水提示燈滅。

（3）LCD1602顯示。LCD1602是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符，是專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。分為帶背光和不帶背光兩種，其控制器大部分為HD44780，帶背光的相對于不帶背光的偏厚一些，其特點是微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統中。

需要注意的是第3引腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生"鬼影"，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度）;第7～14引腳：D0～D7為8位雙向數據端。第15～16腳：空腳或背燈電源。第15引腳背光正極，第16引腳背光負極。

（4）水泵控制。如果土壤濕度低于下限值，繼電器線圈通電，觸點就會閉合，水泵進入工作狀態，這時指示燈亮，開始加水，一直會加到土壤濕度高于上限值，繼電器會自動斷開，水泵進入停止工作狀態。

四、結論

本文研究的智慧花盆，系統簡單、使用方便、運行可靠，在智能家居中起到畫龍點睛的作用。可以使忙碌的人們回家后享受更便捷的家居生活，成本低，具有一定的市場發展潛力。

參考文獻：

[1]趙茂泰.智能儀器原理及應用[M].電子工業出版社，2019： 79.

[2]吳政江.單片機控制紅外線防盜報警器[J].錦州師范學院學報，2018（12）：47.

[3]宋文緒.傳感器與檢測技術[M].高等教育出版社，2004：16-18.

基金項目：沈陽城市建設學院大學生創新創業訓練計劃資助項目：基于太陽能的智慧家庭生態種植箱（201913208001）。

作者簡介：武松霖，（1999-），沈陽城市建設學院，信息與控制工程系，自動化專業173班。