高心遠(yuǎn)

一、系統(tǒng)總體組成

智能培育系統(tǒng)通過單片機(jī)檢測植物生長環(huán)境中的光照、濕度和溫度，當(dāng)這些參數(shù)不利于植物生長時，可自動調(diào)節(jié)，無需人工干預(yù)。

該系統(tǒng)主要由花盆、控制器、監(jiān)測裝置、水泵、繼電器組、補(bǔ)光燈、加熱器、手動按鈕、OLED液晶顯示器、單片機(jī)與云服務(wù)器雙向數(shù)據(jù)無線傳送模塊、軟件控制代碼、手機(jī)App遠(yuǎn)程控制程序等組成。

圖1為系統(tǒng)示意圖與最終完成的實物圖。上述所有單元全部由一個單片機(jī)進(jìn)行采樣與控制，例如單片機(jī)控制繼電器組，實現(xiàn)水泵、加熱器、補(bǔ)光燈的通斷。

二、控制與監(jiān)測

利用Protel99軟件設(shè)計一塊印刷電路板，將單片機(jī)、OLED液晶顯示器、手動按鈕等弱電部分全部焊接在該電路板上。單片機(jī)為ATMEL公司AT89系列的STC51芯片，采用C語言編程。利用芯片內(nèi)置的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對外界溫度、濕度、光照的采樣與轉(zhuǎn)換。

光照傳感器采用BH1710模塊。為了符合植物的生長周期并防止誤判，采用DS3231時鐘芯片判斷時間，以區(qū)別是白天還是黑夜。當(dāng)白天光照不足時，系統(tǒng)會打開補(bǔ)光燈，夜晚則關(guān)閉。

溫度傳感器DS18B20模塊對溫度進(jìn)行檢測，當(dāng)?shù)陀谶m宜溫度時，通過陶瓷加熱燈升溫。

濕度傳感器可檢測土壤的濕度，當(dāng)濕度過低時，控制水泵為植物澆水。

三、在線現(xiàn)場監(jiān)控與無線遠(yuǎn)程監(jiān)控

對光照、溫度和濕度能自動檢測和智能化調(diào)節(jié)是本系統(tǒng)的特點，在此基礎(chǔ)上，我還設(shè)計了在線現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)和無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

在線現(xiàn)場監(jiān)控采用OLED液晶顯示器與手動按鈕修改門檻值結(jié)合的方式。通過單片機(jī)的采樣與計算，將光照等實時狀態(tài)直觀地顯示在液晶屏上。安裝手動按鈕時需解決按鍵時的抖動問題，可通過軟件編程中合理延時的辦法避免系統(tǒng)誤判動作。

考慮到大規(guī)模商業(yè)種植的集中管理問題，同時兼顧本方案的現(xiàn)實情況，我又設(shè)計了一套無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備在線現(xiàn)場監(jiān)控的所有功能，用戶通過手機(jī)App或電腦就能查看光照、溫度、濕度等實時參數(shù)，還能根據(jù)植物品種的不同，設(shè)置環(huán)境參數(shù)的最優(yōu)值或門檻值。

開發(fā)的App基于Android平臺手機(jī)，通過該App可遠(yuǎn)程實時監(jiān)控植物所處的環(huán)境，并重新設(shè)定不同植物適宜的環(huán)境參數(shù)。

四、系統(tǒng)整體軟件設(shè)計

程序采用C語言，基于Keil編譯環(huán)境。主要包含溫度監(jiān)測與控制、濕度監(jiān)測與控制、光照監(jiān)測與控制、液晶顯示、無線通信5個模塊。程序關(guān)鍵環(huán)節(jié)的流程見圖4。

其中，中斷針對手動按鈕控制與無線遠(yuǎn)程控制兩種方式，以時間先后為準(zhǔn)，按照中斷發(fā)生的先后次序進(jìn)行響應(yīng)。也就是說，全部中斷采用同一個優(yōu)先級。

五、創(chuàng)新點

1.分析了溫度、濕度、光照這三個對植物生長至關(guān)重要的影響因素。

2.利用Protel99軟件設(shè)計了印刷電路板，用于安裝單片機(jī)、檢測、顯示、無線通信等模塊。采用C語言設(shè)計了系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的控制代碼，讓系統(tǒng)能正常運(yùn)行。

3.觀賞性植物智能培育系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)植物生長環(huán)境的溫度、濕度和光照，通過App還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線實時監(jiān)測，既可以應(yīng)用于家庭養(yǎng)植，對大規(guī)模商業(yè)種植也有一定的借鑒意義。