李剛，杜艷紅，榮奇

基于C51單片機的花卉智能培育系統(tǒng)設計＊

李剛，杜艷紅，榮奇

（天津農(nóng)學院 工程技術學院，天津 300384）

隨著科學的發(fā)展和人們生活水平的不斷進步，人們對于生活質量的要求也越來越高，花卉的養(yǎng)殖也成為了人們生活的一部分。由于現(xiàn)在人們生活節(jié)奏普遍較快，不能按時給花卉澆水成為了花卉死亡的主要原因。因此，設計了一款以C51單片機為控制核心，利用溫濕度傳感器DHT11、土壤濕度傳感器YL-69進行環(huán)境及土壤的檢測，利用LCD顯示，通過報警、藍牙通訊，控制繼電器驅動澆水、施肥，實現(xiàn)花卉的智能培育。

花卉培育；單片機；傳感器；系統(tǒng)設計

隨著社會的日益進步，人們越來越注重生活環(huán)境質量的提高。家庭中花卉的養(yǎng)殖便是人們的不二選擇，但由于人們生活節(jié)奏快、經(jīng)常出差加班等緣故，花卉的澆水施肥得不到保證，自然花卉不能健康成長，在這個高效率、快節(jié)奏的時代，人工看管培育過渡到智能自動化培育則是必然的[1]。

近年來，電子技術行業(yè)飛速的發(fā)展，極大地推動了智能家用設備的發(fā)展。在美國、日本等發(fā)達國家運用自動化控制技術進行自動灌溉已經(jīng)取得比較有價值的研究成果，從最初的機械化控制到后來的一體化控制再到現(xiàn)在的智能化控制。中國的智能家用設備和儀器的研發(fā)與測試技術雖然與發(fā)達國家還存在一定差異，但也在迅速發(fā)展[2]。

1 系統(tǒng)結構

花卉的培育需要確定花卉的生長環(huán)境是否適合花卉的生長，所以需要對花卉的生長環(huán)境進行實時監(jiān)測。主要監(jiān)測以下幾個方面：①濕度。土壤濕度是主要影響花卉生長的因素之一。濕度長期太低，會導致花卉缺水，呈蔫狀，嚴重的會使花卉枯死；濕度太高，會造成爛根、落葉等現(xiàn)象。②溫度?；ɑ艿纳L發(fā)育都是在一定的溫度條件下完成的，因此，溫度是直接影響花卉生長發(fā)育的最重要的外界條件之一。③光照。室內光線不足也會影響花卉的生長。在室內養(yǎng)殖花卉時，常常由于光線不足，容易造成葉子發(fā)黃、脫落，嚴重時造成死亡，所以需要對室內光照進行實時監(jiān)測。

系統(tǒng)結構主要由單片機、傳感器、顯示屏、水泵、營養(yǎng)液噴頭、報警電路、藍牙模塊組成。傳感器將以上這些數(shù)據(jù)進行采集上傳到單片機，單片機與設定值進行比較，通過DHT11傳感器監(jiān)測環(huán)境的溫度和濕度，當土壤濕度值低于設置時啟動水泵進行澆花，營養(yǎng)液噴頭則會按照系統(tǒng)設置定時施肥。同時，也可以通過按鍵設置報警值，當溫度和濕度大于報警值時會聲光報警。另外檢測到的土壤濕度和環(huán)境的溫濕度可以通過藍牙上傳到手機，方便使用者查看數(shù)據(jù)[3]。

2 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)以C51單片機為主處理器和控制器，利用溫度、濕度和光照等傳感器采集土壤及環(huán)境數(shù)據(jù)，然后傳送至單片機處理，通過程序控制電磁閥來執(zhí)行外圍電路，通過藍牙傳輸數(shù)據(jù)到上位機，實時顯示花卉環(huán)境參數(shù)。當系統(tǒng)檢測到花卉環(huán)境的改變不利于花卉健康生長時，系統(tǒng)會自動執(zhí)行澆水、施肥等操作來保證花卉的生長。系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結構圖

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊設計

數(shù)據(jù)采集主要是通過傳感器來實現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要采用DHT11溫濕度傳感器、YL-69土壤濕度傳感器以及光敏電阻對光照進行采集。

DHT11是一種體積小、低功耗的傳感器，使用單線時鐘串行接口，含有已校準數(shù)字信號的溫濕度復合傳感器。YL-69土壤濕度傳感器測量精度高、硬件電路簡單，主要原理是利用兩個電級來檢測土壤的導電性，將采集的信號處理發(fā)送給單片機。對于光照的檢測主要利用光敏電阻來實現(xiàn)，設計光照采集模塊將光敏電阻采集的數(shù)據(jù)轉換為單片機可讀取的數(shù)據(jù)。

2.2 外圍電路模塊設計

外圍電路主要由LCD顯示屏、外圍報警電路、水泵施肥設備、藍牙模塊組成。

LCD顯示屏具有體積小巧、耗能低、無輻射等優(yōu)點。系統(tǒng)通過其與單片機相連，顯示環(huán)境溫度、濕度、土壤濕度、光照強度以及顯示手動設定上下限位值和環(huán)境超出設定范圍值的報警信息。

外圍報警電路主要由蜂鳴器與發(fā)光二極管組成，由單片機獨立控制，當環(huán)境超出設定范圍值時，由單片機啟動報警模式。

水泵設備主要由水泵、繼電器構成。當檢測出土壤濕度低至設定值時，單片機會通過繼電器啟動水泵澆水，待濕度恢復后便停止?jié)菜?，從而達到控制土壤濕度平衡的目的。

施肥設備主要由營養(yǎng)液噴頭組成，因為施肥需要定期執(zhí)行，所以設置系統(tǒng)每隔一段時間自動控制營養(yǎng)液噴頭工作，實現(xiàn)自動施肥的目的。

藍牙模塊主要實現(xiàn)短距離無線通訊，可在手機上查看系統(tǒng)檢測到的溫濕度以及光照強度信息。單片機對數(shù)據(jù)進行處理后，經(jīng)過藍牙模塊將數(shù)據(jù)傳送至用戶端，便于用戶在小范圍內隨時查看。

3 主控制器

本系統(tǒng)采用C51單片機作為主控制處理器，此款單片機性能穩(wěn)定，是一款低功耗的8位單片機，運行速度和工作頻率均能滿足本系統(tǒng)設計要求，軟件程序的編寫相對簡潔，而且價格實惠，滿足了本系統(tǒng)的低成本要求，為大范圍推廣使用創(chuàng)造了條件。

4 軟件設計

軟件部分主要是用KEIL進行編程，首先需要對傳感器進行初始化，使其與單片機產(chǎn)生通訊，其次通過單片機查看其采集的數(shù)據(jù)并進行分析。結合用戶設定的限位值，對采集的溫濕度進行判斷，如果溫濕度超值，則報警模塊或水泵開始工作，同時藍牙模塊向用戶發(fā)送信息告知報警情況。其次將測量的溫濕度實時顯示在LCD顯示屏上，便于用戶隨時查看[4]。軟件具體設計流程如圖2所示。

5 結論

隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展以及人們的生活水平的提高，智能化成為社會發(fā)展的必然趨勢，各個行業(yè)都在向智能化方向發(fā)展?；ɑ苤悄芘嘤到y(tǒng)實現(xiàn)了花卉的自動化養(yǎng)殖，既實現(xiàn)了自動管理又美化了環(huán)境，完美地將智能技術應用于傳統(tǒng)花卉養(yǎng)殖行業(yè)。在未來，相信花卉種植行業(yè)會向一個更加智能化的方向發(fā)展。

圖2 軟件程序流程圖

［1］申聰，戴小鵬，樊振宇.智能花卉管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.福建電腦，2017（3）：26-27.

［2］安寧.花卉溫室大棚智能控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［D］.北京：北京工業(yè)大學，2016.

［3］馮筱.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室花卉智能灌溉系統(tǒng)設計［D］.曲阜：曲阜師范大學，2015.

［4］王一涯，陳曙光，王憲菊.基于STM32F103的溫室花卉自動噴灌控制系統(tǒng)設計［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（10）：164-165.

TP311.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.046

2095－6835（2019）14－0104－02

李剛（1999—），男，山西大同人，本科在讀，主要從事自動化技術的應用研究。

杜艷紅（1979—），女，遼寧蓋州人，副教授，主要從事電氣與自動化控制方面的應用研究。

2018年天津農(nóng)學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（編號：201810061170）

〔編輯：王霞〕