基于單片機的環境感知自動花架設計

汪卿 邱雨欣 耿一田 朱龍嘯 張博群 徐國祺

摘 要：為解決現代家居生活和溫室大棚種植過程中針對人為、自然條件等各種因素所導致的盆栽死亡的問題，設計一種可感知室內環境的自動式花架，使其能滿足人們對于種植盆栽的需求，以及提高綠植的存活率。該設計通過土壤濕度傳感器、光強傳感器和STC89C52單片機的結合，感知外部環境，結合負反饋調節的方法，使自動式花架上的盆栽始終處于穩態環境中。通過模擬試驗法和文獻研究法確定了各模塊硬件型號，確保盆栽達到最理想的生長環境。室內自動式花架作為一種智能裝備，可實現觀賞性和實用性相結合，給用戶提供一個良好的盆栽養護環境。

關鍵詞：花架;自動化設備;土壤濕度;光照強度;結構設計

中圖分類號：S688 ? ?文獻標識碼：A ? 文章編號：1006-8023（2021）01-0053-06

Abstract：In order to solve the problem of potted death caused by various factors such as manmade and natural conditions in modern homes and greenhouses， an automatic flowerpot frame which can perceive the indoor environment is designed to meet peoples demand for potted plants and improved the survival rate of green plants. Through the combination of soil moisture sensor， light intensity sensor and STC89C52 single-chip microcomputer， the design senses the external environment and combines the method of negative feedback adjustment， so that the pot on the automatic flower frame is always in a stable environment. The hardware models of each module are determined by simulation test and literature study to ensure the optimal growing environment for pot plants. As a kind of intelligent equipment， indoor automatic flower frame can realize the combination of ornamental value and practicality， providing uses with a good potted maintenance environment.

Keywords：Flower frame; automation equipment; soil moisture content; illumination intensity; structural design

0 引言

隨著人們對自然生態的渴求逐漸強烈，人們愈發喜愛將生活環境與森林生態系統相互結合，試圖制造一種室內森林生態景觀。因此，現在許多家庭和溫室大棚都栽種各類盆栽，以達到凈化空氣、美化環境以及進行學術研究等目的，對此，用戶均需要依據不同種類植物的習性對其進行科學養護。用戶如果不能針對不同種類的植物進行科學性養護，則很容易導致植物不能正常的生長甚至枯萎。目前國內市場上僅出現了可以實現自動補水的花架，這些花架大多采用簡單的自動補水裝置，且一臺裝置只能控制一盆盆栽，存在復雜、昂貴、易損且不易管理等缺點，無法針對不同種類盆栽進行科學養護和批量種植[1-4]。

針對此情況，本文提出了一種可感知室內環境的自動式花架，可有效避免盆栽受損，還可批量種植，節省時間，并根據植物習性不同，對不同種類植物進行分類，以實現對各類植物的科學養護;本文將傳感器與程序相結合，設計一種能夠科學化給水、補光的自動式花架[5]。通過此自動式花架的設計，使用戶能夠體會到自然森林生態的生活環境。

1 整體設計

室內自動式花架的整體設計由3部分組成：外部結構、硬件設計、軟件設計。

圖1為裝置的結構示意圖。該花架由頂罩、環形座、燈帶、底座、立柱、滴灌管、環形座和萬向輪等工作組件構成，且立柱被環形座切分為3層，各層可獨立轉動，環形座和燈罩底部均設置有燈帶。硬件設計由單片機模塊、傳感器模塊、LCD顯示模塊、按鍵輸入模塊和調節模塊5大模塊組成。軟件設計主要是根據系統設計原理，明確系統運行邏輯，再利用 Keil 進行編程。

2 ?各部分設計

2.1 硬件設計

2.1.1 單片機模塊

單片機模塊選用STC89C52型單片機。該單片機屬于STC宏晶科技公司生產的新型ISP單片機，是51系列單片機的衍生品種，與目前流行的單片計算機MSC-51系列內核完全兼容，具有可在線編程、功耗低和供電電壓低的特點[6]。

2.1.2 傳感器模塊

傳感器模塊主要由兩部分組成，光強傳感器和土壤濕度傳感器。可分別對環境中的光照強度和土壤濕度進行檢測。如圖2所示。

土壤濕度傳感器應具備穩定性高、檢測精度高、體積小和耐腐蝕等特點。因此選用YL-69濕度傳感器[8，14]。在各盆栽土壤中均放置土壤濕度傳感器的鍍鎳探頭，檢測各盆栽土壤濕度，每隔30 min，向單片機輸出一次電壓信號。