基于51單片機的新型“花療”智能花卉養護機設計

代也 靳美玲 趙若琦 張倩

摘 ?要：花香療法是我國醫學治療手段中一個重要的方法。現代科學證明，花卉是天然的“芳香療養機”，是凈化空氣、養生保健的“高手”。近年來，花香有利于人體健康這種觀點的廣泛傳播，使得花香療法受到了更多人的關注，這款集智能與藝術并存的純天然養生產品應運而生。本產品由光伏發電系統供電，節能環保，其創新點在于實現智能養花的同時，通過合理搭配植物，能使植物本身的香氣充分發揮藥用價值，起到真正的養生功效。

關鍵詞：51單片機;花香療法;“花療”智能花卉養護機

中圖分類號：TP368.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）28-0032-03

Abstract： Flower Fragrance Therapy is an important method in medical treatment in our country. Modern science has proved that flowers are a natural "fragrance treatment machine" and a "master" of air purification and health care. In recent years， with the widespread of the view that flower fragrance is good for human health， Flower Fragrance Therapy has attracted more and more people's attention， and this pure natural health-keeping product characterized by the coexistence of intelligence and art has arisen at the historic moment. This product is powered by photovoltaic power generation system， which is energy saving and environmental protection， and its innovation lies in the realization of intelligent flower cultivation， so that the aroma of plants， through reasonable collocation of plants， can give full play to the medicinal value and play a real health effect.

Keywords： 51 single chip microcomputer; Flower Fragrance Therapy; "Flower Fragrance Therapy" intelligent flower fragrance treatment machine

引言

十九大報告指出，在實施健康中國戰略中，要傳承和發展中醫藥事業。中醫藥以人為本的綜合治療理念與豐富多彩的治療方法在養生保健、防病治病中具有不可替代的作用。

近年來花香療法逐漸被人們熟知，但事實上早在數千年前就已有關于植物精油和花香療法的記載。據史料與考古發現，早在公元2000年，古埃及人就將植物香料用于木乃伊保存;在東方的中國，早在5000年前“神農嘗百草”對植物精華的運用進行了實踐。而《神農本草經》中“香者，氣之正，正氣盛則除邪辟穢也”的記載，可見花香能夠捍衛人體“正氣”，甚至還有強身健體等功效。此外，三國時期華佗治療肺癆也是利用了麝香、丁香的花香作用。二十世紀20年代，“芳香療法”這一概念才被法國化學家蓋特佛賽提出并出版《芳香療法》著作，從而為花香療法提供了理論指導。

“花療”作為一種合理且天然的養生方法，能夠達到治未病、保養身心的目標，因此在當今注重利用科技改善生活品質的熱潮下，設計一款“花療”智能花卉養護機具有一定現實意義，既能彌補傳統花卉養護短板，解決人們缺乏養護花卉的時間及花卉養護的專業知識導致“花療”效果并不明顯的問題，又能將花卉藥用價值與欣賞價值相結合，使其內在上做到科學治病、外觀上又能與家庭裝飾相配，將智能、養生與美觀有機融合在一起，更好的滿足人們對于智能、便捷的生活需求。

1 系統總體設計

關于花卉養護，環境的主要要素有：土壤濕度、土壤營養、光照、溫度[1]。本設計以51系列單片機STC89C52為控制核心，采用土壤濕度檢測模塊，實現對土壤濕度的檢測，當濕度低于設定閾值時，自動補充水分;根據不同花卉生長所需營養情況設定補充營養液的時間間隔，實現定時補液;光照采用自然光照;溫度通過DS18B20檢測環境溫度，并完成溫度顯示。本設計主要包含以下幾個部分：系統主控單元、光伏發電模塊、土壤濕度檢測模塊、自動滴灌模塊、營養液補充模塊、環境溫度檢測模塊、顯示模塊及無線通信模塊，本系統的總體結構框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 系統主控單元

考慮到系統的結構及處理能力，結合實際操作情況，我們選用51系列單片機STC89C52為控制核心。STC89C52是一個具有在線編程功能，且功耗低，價格低，性能高，便于操作，可靠性高，不需12V的VPP編程高壓[2]的51內核的CMOS 8位單片機。

2.2 光伏發電系統模塊

光伏發電系統主要包括光伏陣列、光伏控制器、蓄電池組和逆變器。光伏陣列組件通過電纜和匯線盒完成組件的串、并聯，組成整個的組件系統;將單節蓄電池串、并聯組成整個蓄電池組，太陽能產生的電能通過蓄電池組貯存;光伏控制器可控制蓄電池組的放電，監控電壓啟動輔助裝置，實現對蓄電池組的過充放保護、溫度補償等。逆變器將光伏組件產生的直流電轉換為交流電。光伏發電系統為養護機工作提供清潔能源。

2.3 土壤濕度檢測模塊

采用3.3-5V的土壤濕度檢測模塊，其表面采用鍍鎳處理，具有感應面積大，導電性能強，不易生銹腐蝕，使用壽命長等特點。通過調節模塊中電位器可以設定相應濕度閾值，可連接單片機來檢測輸出數字引腳的高低電平從而監測土壤濕度情況，也可將模擬量輸出引腳與AD模塊相連再經過AD轉換得到更精確的濕度數值，以此完成濕度信息的采集及處理分析。

2.4 自動滴灌模塊

本設計采用智能滴灌技術來保障花卉生長所必需的水分，系統以STC89C52低功耗單片機與射頻模塊為基礎，使用nRF2401芯片作為網絡連接點，采用土壤濕度傳感器采集土壤濕度信息;滴灌模塊由水分存儲罐、導管、滴頭及三通閥門構成，當檢測到土壤濕度低于設定最低閾值后，由單片機控制三通閥門將水分所在部分打開，補充水分，直到檢測到土壤濕度等于設定最高閾值后，關閉三通閥門;并可進一步擴展通過無線通信GPRS連接，將土壤水分數據通過nRF2401通信模塊傳輸到無線網絡，從而實現土壤水分數據信息傳輸和智能灌溉。

2.5 營養液補充模塊

為保障花卉正常生長所必需的各種微量元素，需要每間隔一定時間對系統補充通用型花卉生長營養液，這一功能通過營養液補充模塊來實現，模塊由營養液存儲罐、導管及三通閥門構成，由單片機控制三通閥門將營養液所在部分打開，每次補充固定劑量營養液，補充完成后關閉三通閥門，間隔一段時間后再次補液。

2.6 環境溫度檢測模塊

本設計采用DS18B20數字溫度傳感器，具有體積小，抗干擾力強，精度高的特點并且還能夠輸出數字信號，可以滿足本設計對環境溫度檢測的需求。

2.7 顯示模塊

顯示采用LCD1602工業字符型液晶屏，利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制顯示圖形，其能夠同時顯示16*2即32個字符，完成對環境溫度的顯示。

2.8 無線通信模塊

本設計采用nRF24L01芯片，其芯片體積小、功耗低、成本少，工作在2.4GHz全球開放ISM頻段，125個頻道，可滿足多點無線通信和跳頻通信需求，工作速率0～1Mb/s，最大發射功率0dBm，外圍元件極少，內置硬件CRC（循環冗余校驗）和點對多點通信地址控制，可組成頻率合成器，晶體振蕩器和調制解調器。

3 系統軟件設計

上電啟動后系統自動初始化，進行初始化判斷，如初始化不正常則程序結束，初始化正常則進行濕度及是否補充營養液的檢測，將檢測到的數據通過液晶屏顯示出來，并發送到客戶移動端對數據進行分析。首先進行濕度的判斷，如果濕度異常再進行是否補充營養液的檢測。若營養液也異常則發送濕度、營養液異常的告警信息至移動客戶端，并控制加水和營養液，然后返回濕度是否正常的判斷。若營養液正常則發送濕度異常告警信息至移動客戶端，并控制加水，然后返回濕度是否正常的判斷。如果濕度正常則進行是否補充營養液的檢測，若營養液異常則發送營養液異常告警信息到客戶移動端，并控制加營養液，之后返回是否補充營養液的判斷。若營養液正常，則直接顯示設備狀態指示。如果狀態異常則程序結束，狀態正常則重新進行濕度及是否補充營養液的檢測，并執行其下操作。

4 “花療”的功效

隨著人們生活品質的提高，通過“花療”達到保健養生的需求也逐漸被挖掘出來，前景廣闊。本產品將健康、裝飾、環保、智能等概念集于一身，利用花卉本身香氣的藥用價值發揮“防病、治病、滋養”的作用，并采用智能技術幫助“養花小白”解決養護操作問題，可在實現智能養護的同時充分發揮花卉藥用價值，既符合內在需求又符合外在審美。

4.1 防病

（1）殺菌。一些花卉具有殺滅結核桿菌、肺類球菌、葡萄球菌的作用，如：茉莉花、玫瑰花、薔薇、紫羅蘭等，能夠防范感冒和醫治呼吸系統疾病。搭配可治頭痛鼻塞的玉蘭花[3]對傷寒病菌有較大殺傷力。金銀花香，濃淡適宜，對患有急慢性鼻竇炎、扁桃體炎、腦膜炎、肺炎、急性乳腺炎和大葉性肺炎等[3]疾病的人群大有益處。（2）肝膽心肺保護。迷迭香和薰衣草都含有乙酸芳樟酯、蒎烯、龍腦等幾十種藥效成分，有平喘功能，用來治療氣喘病等[3]，另外薰衣草香味有鎮靜和減慢心率作用， 對神經性心跳過速病人有一定療效;菊花能“通天竅，利衛氣”有降血壓作用;梔子花有清肝利膽功能，搭配使用可以為我們的肝膽心肺保駕護航。

4.2 治病

如利用花香治療失眠，香葉天竺花中的揮發性油內含有香葉醇、芳樟醇、薄荷酮等成分，有鎮靜神經的藥理作用[3]，因此能治療神經衰弱，有鎮靜、消除疲勞之功能，若搭配有理氣、解郁、避穢的作用茉莉花香和有催眠功能西班牙的野花勃羅特的花香或是薰衣草，整體對抑郁、失眠、焦慮的患者有顯著治療作用。此外，薄荷具有很好的止痛功效，能有效緩解頭痛[4]。

4.3 養生

比如兒童智力發育。橙花和檸檬香味使人興奮和自信;玫瑰花的香味使人愉快[5]、舒暢;梅花、蘭花以及菊花和薄荷的清香能夠使思維清晰[6，7]、動作矯捷、反應靈敏，對智力發育有利;此外桂花、白蘭花香甜，其香氣能夠安撫衰弱的神經、使心情得到放松[7]。

5 結束語

本文介紹了一種基于STC89C52單片機的新型“花療”智能花卉養護機設計，其具有部署簡單、成本低廉、易于控制的特點，能實現對土壤濕度的監測及滴灌、營養液定時補充，通過合理搭配不同花卉實現“花療”養生功效，解決了人們因缺乏養護時間和花卉養護專業知識而導致的“花療”效果不佳的問題，同時也可滿足大眾對綠色養生、智能便捷、美觀精致的產品需求，對于保證人們健康也有重要意義。

參考文獻：

[1]張榮蜀，張正華，孫正衛，等.基于無線組網的高檔花卉智能大棚信息系統的設計[J].信息化研究，2013，39（04）：40-43.

[2]張俊謨.單片機中級教程[M].北京：北京航空航天大學出版社， 1999：75-86.

[3]高升.花香療法[J].林業與生態，2013（9）：34.

[4]王東旭.常在花間走，活過九十九[J].南國博覽，2018（9）：59.

[5]姜海峰.一種帶藥包花香熱敷結構[P].CN201910214015.0，2019-06-07.

[6]鐘芳.人到老年需花香[J].家庭醫藥·快樂養生，2011（2）：73.

[7]高睿，鐘芳.一年四季趕花兒忙[J].中國保健營養，2012（5）：31-33.