基于單片機的太陽能智能花盆的設計

陳俊光 陳健 安俊 高佳麗 錢煒

摘要：本文基于AT89C51單片機設計了一種可自動調控盆內作物生長環境的太陽能智能花盆。該花盆包含檢測土壤溫濕度的溫度、濕度傳感器以及實時顯示溫濕度數據的LCD液晶顯示屏，驅動水泵補水用的執行機構和報警裝置等。本文完成了硬件電路的設計、焊接、傳感器的選型及其相關軟件控制程序的編寫和調試。控制器能夠對花盆內溫度、濕度和土壤濕度的進行實際監測與控制，并可通過藍牙傳輸相關數據給用戶。

關鍵詞：智能;單片機;藍牙;太陽能

中圖分類號：TP368.1;S317文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）14-0070-01

1緒論

隨著經濟的全球化發展，生活質量也被人們重視起來，人們找到了許多提高生活品質的方式，其中養花就是其中一種特別好的方式。本文旨在設計一款結構簡單、設計美觀、成本低、耗能小的太陽能智能花盆。花盆的設計符合現代家居理念和現代人忙碌的生活節奏。

2太陽能智能花盆的硬件設計

2.1整體設計思想。本文所設計的太陽能智能花盆能夠實現土壤溫濕度自動檢測、自動補水、有效傳輸數據，并且是節能的一個系統，系統組成如圖1所示。硬件結構包含單片機、溫濕度傳感器、太陽能板、蓄電池和液晶LCD顯示屏等。通過AT89C51單片機編程語言串聯各功能部分，將溫濕度傳感器、電源、顯示和藍牙等部分連接，通過溫濕度傳感器反饋給單片機的數值進行判斷，低于下限值通過調控水泵自動補水，而且有光照時通過太陽能充電，給系統源源不斷的能源，并能通過藍牙發送土壤相關數據給用戶。

2.2電路圖及設計。如圖2所示的太陽能智能花盆總電路由：復位電路、晶振電路、按鍵設置電路、LED顯示電路、電磁閥電路以及電源電路等幾個部分組成。經過這幾個分電路的分工協調合作，可以使得整個系統具有LED顯示功能，并且能通過鍵盤進行調整，同時還能夠對電磁閥進行合理有效的控制，從而使整個裝置順利的進行工作。

（1）AT89C51單片機及晶振電路。

AT89C5單片機的P1.0～P1.7引腳連接按鍵電路，P2.0和P2.1引腳連接指示燈電路，RST引腳連接復位電路，XTAL1和XTAL2引腳連接晶振電路，P2.7引腳連接電磁閥電路，P2.5～P2.7引腳連接放大電路從而和P0.0～P0.7引腳一起控制LED顯示電路。

AT89C51單片機芯片內部設置有一個反相放大器所構成的振蕩器，振蕩電路的輸入端XTAL1和輸出端XTAL2。在輸入端XTAL1和輸出端XTAL2引腳上外接定時元件，內部振蕩電路就產生自激振蕩。定時元件常常是用石英晶體和電容組成的并聯諧振回路。系統選擇了兩個30Pf的電容C2和C3，12MHZ的晶振片。

（2）復位電路。

復位電路包括兩個方面：上電復位電路和按鍵復位電路。上電復位電路是通過電容充電來實現復位的。在接電瞬間，RST引腳端的電位與Vcc端相同，但是隨著充電電流的減少，RST端的電位逐漸下降。只要保證RST端為高電壓的時間大于兩個機器周期時，系統自動能實現正常復位。按鍵復位電路是當要系統自動復位時，只需要按住S8按鍵，此時電源Vcc經過電阻R1，R2分壓，并且在RST端產生一個復位的高電平，實現按鍵復位[5]。同樣，只需要保證RST端保持高電壓的時間大于兩個機器周期時，系統就能自動實現正常復位。

3自動澆花系統軟件設計

自動澆花系統軟件設計包括四個部分的程序設計，分別是：AD轉換模塊程序設計、濕度檢測模塊設計、閥值調節模塊、數碼管顯示模塊設計。

AD轉換模塊程序設計主要實現以下功能：將濕度傳感器產生的模擬信號轉換成數字信號。

濕度檢測模塊設計主要實現以下功能：通過程序設計，對所測濕度值進行處理，當低于所設定閥值繼電器打開，實現澆水功能;當高于或等于所設閥值繼電器關閉，關閉澆水功能。

閥值調節模塊主要實現以下功能：設置兩個按鍵實現對閥值的調節功能，其中一個按鍵是上調鍵，另一個是下調節，同時設定調節幅度為相同值5。

數碼管顯示模塊主要實現以下幾個功能：需要數碼管實現三個值的顯示，分別是：采集的電壓值、采集的當前土壤濕度值、設定的適合植物生長的土壤濕度閥值。數值順序顯示，通過間歇加以區分顯示。

4創新點

本文在已有的一些智能花盆的基礎上進行了一些改進。首先，選擇了小巧輕便，成本較小的單片機來作為自動澆花系統程序控制總開關。其次，在基于單片機的控制下，優化設計了溫濕度檢測系統，采用清潔能源太陽能提供電能，節電省電，還能檢測光照環境，必要的時候開啟燈光補足光照，智能澆水，更能通過藍牙把土壤溫濕度等參數傳送給用戶。本文的設計旨在減少花卉的培育和種植中需要的精力以及時間，達到省時省力且賞心悅目的花卉栽培效果。

5結論

太陽能智能花盆的設計有利于解決用戶對于養花難這一問題，幫助廣大社會人民堅定養花的想法，可以推動花卉市場的發展，有利于建立良好的空氣環境以及和諧美好的生活環境。

參考文獻：

[1]林伸茂.8051單片機徹底研究，北京：中國電力出版社，2007.

[2]孫俊喜.LCD驅動電路、驅動程序與典型應用，北京：人民郵電出版社，2009.

[3]蔡振江.單片機原理及應用，北京：電子工業出版社，2008.

[4]周志敏，紀愛華，周紀海.LED驅動電路設計實例，北京：電子工業出版社，2008.

[5]崔雪莉.單片機原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2010：36-48.

[6]郭天祥.51單片機C語言教程——入門、提高、開發、拓展全攻略[M].北京：電子工業出版社，2012：67-87.

作者簡介：陳俊光（1998.12.-），男，籍貫：重慶市璧山區，上海理工大學本科在讀，研究方向：機械。