基于單片機的智能陽臺小菜園設計

王永春

【摘 要】陽臺種菜是一種環保、自然的生活理念，基于單片機的智能化陽臺小菜園是以STC90C516單片機為主控核心電路，通過DHT11溫濕度傳感器檢測空氣溫度和土壤濕度，并根據設置的極限值決定是否要采取相應措施。同時利用LCD12864液晶屏顯示相關信息，通過GSM短信模塊發送控制信息，從而實現遠程澆水，達到智能的目的。

【關鍵詞】單片機；溫濕度傳感器；GSM短信模塊；液晶顯示

中圖分類號： TH811；TH837 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0095-001

陽臺種菜是一種環保、自然的生活理念，在陽臺種菜的日子里，盡是幸福的瞬間，如嫩芽冒出時的驚喜，抽枝展葉時的愉悅，采摘收獲時的滿足……如此普通的陽臺變得生機勃勃、綠意盎然，小小的陽臺也可滿足一家人日常的蔬菜需求，而且是有營養、無污染的有機蔬菜！可是現代人的生活又十分的忙碌，沒有時間去細細照料這些綠色，因此設計一款能夠智能化管理和控制蔬菜生長過程的花盆就顯得尤為重要。

1 硬件電路的設計

基于單片機的智能化陽臺小菜園是以STC90C516單片機為主控元件，以溫濕度傳感器DHT11為關鍵元件檢測空氣溫度和土壤濕度，并根據溫度和濕度設置的極限值決定是否要采取相應措施。①如濕度過低會自行啟動水泵電機進行灌溉，達到一定濕度自行停止；②溫度過低則會啟動電機轉動為菜園罩上薄膜從而起到保溫效果，達到一定溫度值時打開薄膜自動散熱。LCD液晶屏可顯示當前的溫度和濕度，并記錄蔬菜種植的時間；按鍵可輸入施肥時間間隔，當時間到達時轉動漏斗將一定量的肥料或營養液融入水中，通過自動灌溉進行施肥。本設計可以通過按鍵手動完成相關操作指令的操作，也可以通過藍牙或短信模塊發送信息給手機，利用手機發送澆灌或施肥的操作，從而實現遠程控制，徹底解放人力達到智能控制的效果。其系統設計方框圖如圖1所示。

STC90C516是一款低功耗、運行快速的單片機，內含64KB Flash ROM，可提供許多高性價比的解決方案和嵌入式控制應用系統。單片機最小系統是能使單片機正常工作的基本電路，且可隨時降至無振動的狀態下操作，還支持空閑模式和掉電模式下的節電工作[1]。溫濕度傳感器DHT11是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性[2][3]。利用傳感器檢測環境溫度和土壤濕度，通過與已設置的極限值進行對比，再利用多組繼電器電路用來控制水泵、肥料漏斗、薄膜罩的開啟和關閉，實現自動澆水、放水、施肥、打開或關閉薄膜罩，實現智能澆灌、施肥和保溫的目的。光敏電阻GL5528自行檢測環境光照，可根據植物所需的光照時長和光照強度自行開啟或關閉補光燈，使得蔬菜等獲得合適的生長環境，并實現智能控制生長周期。利用GSM短信SIM800A電路模塊或藍牙通信裝置HC05實現遠程澆水和補光燈控制，通過手機發送一條“澆水/jiaoshui”短信，繼電器1打開，水泵開，實現澆水若干分鐘；發送一條“補光/buguang”短信，補光燈亮若干分鐘，補足光照。內含國標一級、二級簡體中文字庫的LCD12864是點陣圖形液晶顯示模塊，該模塊接口方式靈活、指令簡單方便、且功耗較低，又能實現全中文人機交互圖形界面。本設計中可利用該液晶屏顯示溫濕度的檢測值和極限值、水泵等的開關狀態以及某種蔬菜的種植時間[4][5][6]。

2 軟件的設計與實現

Keil uVision4是眾多單片機應用開發軟件中最優秀的軟件之一，可支持眾多不同公司的MCS51架構的芯片，包括ARM，集編輯、編譯、仿真等于一體。可以進行匯編語言或C語言編程，把寫好的程序編譯為機器碼，并將可執行文件寫入單片機內。本設計主要包括主程序、溫濕度檢測控制子函數、光敏電阻檢測控制子函數、液晶屏顯示子函數、繼電器啟動/關閉子函數、GSM/藍牙信息傳輸子函數和按鍵輸入子函數等程序模塊。主流程圖如圖2所示。

3 電路焊接與實現

利用PROTEL軟件畫好電路原理圖，確定相關元器件的封裝和數量，并確定封裝與元器件實體相配之后再進行PCB集成電路板的制作。焊接電路時，應遵循元件從主到次、先難后易、由低到高的順序，要注意比對元件放置的位置和方向，并防止虛焊。焊接之后，需用萬用表依次檢測各條線路，確定是否電壓正常；利用示波器測試輸出的電源波形是否有紋波。最后上電燒程序，一一檢測各個功能模塊能否正常檢測、傳輸及控制各類信息，并完成智能澆花、保溫、施肥等操作，同時可利用手機等移動終端實現遠程控制。

4 結束語

本設計完成了智能陽臺菜園的設計，通過單片機控制所有元器件有條不紊的工作，實現遠程或手動或自動控制，達到智能效果。當然，本設計仍然存在一些缺陷，如無法實現針對不同的蔬菜種類進行不同量的水量澆灌或補光，無法遠程采集蔬菜的生長圖像以供及時了解，無法采集到土壤的營養狀況，只能根據定時間隔來施肥等。未來將會對此繼續研究，以期設計出更高端的智能小菜園裝置。

【參考文獻】

[1]張毅剛.單片機原理及應用-C51編程+Proteus仿真[M].北京： 高等教育出版社.2012.11.

[2]高偉，董彥成，馬慶磊.基于STM32F103C8的智能澆花系統[J]. 中國新技術新產品.2018（3），25-26.

[3]何麗歐.智能澆花系統[J].科技展望.2017（27），143.

[4]朱士東，高洪卓，等.基于物聯網的智能澆花系統的設計[J]. 產業與科技論壇.2017（11），42-43.

[5]李瑤，鄭晗峰，等.智能澆花裝置系統設計[J].工業控制計算機.2016（6），47-48.

[6]張倩呁.基于土壤濕度檢測的智能澆花系統設計[J].山西農經.2017（9），128-129.