基于单片机的智慧花盆
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【摘要】为了提高人们的生活水平，改善居家空气环境，让越来越多的“懒人”也能喜欢种植，本文设计了基于单片机的智慧花盆。系统以STC89C51单片机为主控芯片，通过温湿度传感器、土壤传感器等实现对花盆植物生长环境的监测，通过单片机实现自动浇水、加营养液、增加光照等，并且主人可以通过手机“APP”實时监控花盆情况，体验种植的乐趣。
【关键词】单片机 智慧花盆 传感器
一、引言
随着科技的进步，智能家居逐渐走进人们的日常生活。智能家居有很多普通家居难以超越的特点，利用物联网技术、通信技术、计算机技术、多媒体技术等，可以多方面提升家居环境的舒适性、安全性等。本系统设计也是智能家居增加了一抹亮色。
本系统是一款智慧花盆，以STC89C51单片机为核心，输入部分采用温度传感器、湿度传感器，土壤传感器、光敏电阻;输出部分采用液晶显示器、水泵、灯光等。从而实现对绿植的自动监控;系统外置摄像头，可利用手机实时监测植物生长状态。
本系统是一款个性化极强的产品，可以满足“懒人”喜爱种植的心里。我们的智慧花盆符合市场需求，有很广阔的应用价值。
二、本文研究内容
系统结构框图如图1所示。以STC89C51单片机为主控器，实现了温、湿度、土壤营养的检测及控制、以及手机APP的监测。
（1）核心模块。单片机STC89C51，是一款运算速度较高的单片机，最高工作时钟频率可达到80MHz，片内含4KB可重复擦写1000次的Flash，兼容51指令系统及引脚结构，足以满足本系统要求。
（2）输入模块。输入模块中由温度传感器、湿度传感器和土壤传感器，可对系统环境达到全方位的监控。
（3）输出模块。输出模块由显示器、水泵电机、报警系统构成。显示器可以实时显示土壤的温湿度;当系统检测土壤缺水时会启动水泵自动加水;当检测到土壤营养流失时会启动营养液补充水泵;当系统出现故障会启动报警系统。
（4）手机APP。主要用于远程监控。
三、系统硬件电路的设计
（1）STC89C51是一款低成本、较稳定、功耗低、抗干扰能力强的CMOS8位微控制器，具有4K在系统可编程Flash存储器。应用编程，调试起来比较方便;带有10位AD、内部EEPROM、可在1T/机器周期下工作，同时拥有硬件看门狗、高速SPI通信端口、全双工异步串行口，兼容普通8051的串口，同时还具有先进的指令集结构，兼容普通8051指令集，高效的传递信号，很好的兼容性[1]。在应对家庭种植过程中电磁、温度、湿度较为恶劣情况下可以更为可靠的8051核的ISP（In System Programming）控制器，是现在普遍使用的控制器。
（2）土壤湿度检测电路。我们采用土壤检测MODE一起检测土壤湿度。通过ADC0832将土壤湿度数据送入到单片机中。ADC0832是一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片，最高分辨率高达256级，性价比高。土壤检测电路工作电压3.3V-5V，主要用于土壤的湿度检测。我们通过电位器调节土壤湿度的阀值，顺时针调节，控制的湿度会越大，反之则越小;当湿度低于设定值时，DO输出高电平，系统土壤缺水提示灯亮同时启动水泵;当湿度高于设定值时，DO输出低电平，同时系统缺水提示灯灭。
（3）LCD1602显示。LCD1602是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符，是专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。分为带背光和不带背光两种，其控制器大部分为HD44780，带背光的相对于不带背光的偏厚一些，其特点是微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。
需要注意的是第3引脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生"鬼影"，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）;第7～14引脚：D0～D7为8位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电源。第15引脚背光正极，第16引脚背光负极。
（4）水泵控制。如果土壤湿度低于下限值，继电器线圈通电，触点就会闭合，水泵进入工作状态，这时指示灯亮，开始加水，一直会加到土壤湿度高于上限值，继电器会自动断开，水泵进入停止工作状态。
四、结论
本文研究的智慧花盆，系统简单、使用方便、运行可靠，在智能家居中起到画龙点睛的作用。可以使忙碌的人们回家后享受更便捷的家居生活，成本低，具有一定的市场发展潜力。
参考文献：
[1]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].电子工业出版社，2019： 79.
[2]吴政江.单片机控制红外线防盗报警器[J].锦州师范学院学报，2018（12）：47.
[3]宋文绪.传感器与检测技术[M].高等教育出版社，2004：16-18.
基金项目：沈阳城市建设学院大学生创新创业训练计划资助项目：基于太阳能的智慧家庭生态种植箱（201913208001）。
作者简介：武松霖，（1999-），沈阳城市建设学院，信息与控制工程系，自动化专业173班。
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