基于STC89C52的高空智能防摔花盆設計

楊軍

（鄭州技師學院電氣工程系，河南鄭州，450007）

1 整體方案

本設計采用美國新型微納米級失重檢測傳感器，體積小，響應快，可在花盆下落時迅速向單片機發(fā)送信號；專用蜂鳴部分發(fā)音響亮，可在打開降落傘減速的同時，發(fā)出聲光報警提醒路人避免花盆從陽臺墜落。當系統(tǒng)控制裝置檢測到花盆從高空墜落時，系統(tǒng)控制裝置會打開降落傘并發(fā)出警報，可避免花盆傷及路人或者路過高樓附近的車輛的后果。當花盆從陽臺上落下時，失重檢測部分會檢測到這一變化，然后將信號發(fā)送給單片機控制系統(tǒng)，單片機控制舵機部分執(zhí)行動作彈出降落傘。近年來各媒體報道顯示陽臺上落下的花盆引發(fā)的交通事故和人身事故呈上升趨勢，因此高層居民可以利用這種裝置防止落下的花盆傷人。本設計的設計思路新穎，是一種全新的基于加速度檢測傳感器和單片機智能控制的高空智能防墜花盆，使人們的生命健康得到安全保障。

由于我國建設用地資源有限，越來越多的城市開始修建高樓，高層居民在陽臺上種花也很常見。高空落花盆的消息也頻頻出現(xiàn)在各媒體報道中。從高處落下的花盆很可能傷及路人，對高樓大廈周圍行人與過往車輛的潛在危害非常大。本文提出的設計的具有防摔功能的花盆從高空墜落時會打開降落傘和報警器，可以最大限度地減少花盆從高空墜落時對行人造成傷害的可能性，非常適合在高層陽臺上種花的人使用和推廣。

本方案給出的解決方法為一款改進的新型智能防摔花盆，在平常生活中可以作為普通花盆來使用，當發(fā)生高空跌落意外時可彈出降落傘，從而緩緩下降，起到安全降落的效果。

1.1 系統(tǒng)結構框架

本系統(tǒng)的整體系統(tǒng)框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

1.2 方案介紹

本文的新型花盆設計主要針對高層陽臺花盆墜落傷及行人的現(xiàn)象，設計具有降低墜落速度同時發(fā)出警報功能的花盆。如果花盆從陽臺墜落，花盆內的加速模塊會通過單片機控制模塊使舵機打開降落傘，并發(fā)出報警，從而大大降低花盆從高層墜落傷及行人的可能性。這種設計可以像普通花盆一樣正常使用。高空墜落時，可降低墜落速度，并發(fā)出聲光報警，保護高層建筑附近的行人。具有一定的使用價值和市場推廣價值。

2 模塊電路設計

2.1 單片機最小系統(tǒng)模塊

本設計中的單片機最小系統(tǒng)包括一個核心控制芯片、一個晶體振蕩器和一個按鍵控制的程序復位電路。

本設計的核心控制芯片采用的是STC89C52芯片，該芯片為國產宏晶公司生產的一款智能控制MCU，價格便宜，特別適合家用電器和兒童玩具的智能控制。

本設計中使用的晶體振蕩器為11.0592MHz。晶體振蕩器使本設計可以準確地獲得特定的波特率，本設計留設了擴展接口，方便通過串行通信進行設備調試。

本設計使用的按鍵控制的程序復位電路，主要用于調試設備時的程序復位留用。本設計對于檢測部分的靈敏度以及彈跳部分的靈敏度都可以進行調試以獲取最佳效果。

2.2 加速度檢測模塊

花盆失重檢測部分采用MPU6050專用的加速度檢測芯片。傳感器的測量范圍與靈敏度可由單片機進行設定控制。陀螺儀和加速度計的測量范圍比較大，測量精度也比較高，可以完成花盆掉落失重狀態(tài)的監(jiān)測。

MPU6050的角速度可測量范圍非常廣，靈敏度也比較高，可精確跟蹤快慢運動，用戶可設定范圍為±2g、±4g、±8g和±16g的范圍監(jiān)測。MPU6050的封裝尺寸非常小，監(jiān)測元件小尺寸使花盆整個設計也非常小。

加速度檢測元件之所以選擇MPU6050主要考慮因素為美信加速度傳感器的設計體積非常小，可以安裝在花盆內部而不占用大量空間的優(yōu)點。

2.3 舵機動作模塊

本設計動作執(zhí)行部分采用舵機來完成。在接收到高頻PWM外部控制信號后，可以在較短的周期時間內獲得位置信息，并且可以及時調整轉向器搖臂的位置。轉向器的響應速度相對較快，以便在第一時間釋放降落傘，使從高樓落下的花盆緩慢落地，以免傷及行人。

本設計所采用的舵機具有體積小、控制精確度高等優(yōu)點。實際應用中將舵機埋入花盆內部，占用空間比較小，對花盆外觀沒有影響。在控制過程中，當失重檢測模塊檢測到花盆掉落，會將信號傳輸進單片機IO口。單片機在收到失重信號后會向舵機發(fā)出動作指令。舵機動作迅速且精度較高，可以及時打開降落傘從而使高空掉落的花盆緩緩降落。

2.4 聲光報警模塊

本設計智能花盆采用高分貝的報警蜂鳴器和高亮閃爍的LED燈組成聲光報警部分。蜂鳴器是受單片機控制的發(fā)聲器件。

該設計使用單片機I/O端口來控制驅動蜂鳴器發(fā)聲。由高分貝的警報蜂鳴器和高亮閃爍的LED燈制成的聲光警報部分的主要目的是提醒高層建筑附近的行人在花盆掉落時注意天空中的物體。使用單片機控制蜂鳴器和指示燈的工作，完成了報警聲和指示燈的相關功能執(zhí)行。

圖2 系統(tǒng)控制流程圖

3 軟件編程設計

3.1 硬件接口定義

本設計使用單片機P0口控制聲光報警模塊、使用單片機P1口獲取傳感器數(shù)據(jù)、使用單片機P2口控制舵機機械動作。

3.2 延時子函數(shù)

延時子函數(shù)程序采用C語言編寫代碼如下：

3.3 傳感器與舵機子函數(shù)

傳感器與舵機子函數(shù)程序采用C語言編寫代碼如下：

初始化MPU6050傳感器程序如下：

傳感器獲取數(shù)據(jù)程序如下

主函數(shù)部分代碼如下：

4 結束語

本文以STC89C52單片機作為核心控制芯片，設計了失重檢測部分，舵機動作執(zhí)行部分，聲光報警部分等外圍電路，整機調試結果正確，可以實現(xiàn)高空掉落花盆打開降落傘，以降低下降速度，同時發(fā)出聲光報警的功能。此設計可作為普通花盆正常使用，組件均選用通用設備，單片機控制器芯片成本低至三元，全套設備成本不超過三十元，適合于高層陽臺花草供人群使用。本設計所采用的電控與機械結構都比較簡單，控制器編程內部邏輯也比較明了，能夠較為成功的完成降低高空掉落花盆傷及行人的事件概率，創(chuàng)新性和實用性都比較明顯。