光照如何影響植物生長
——自制單片機探究光照對植物生長的影響

文 北京市101中學高三（13）班 黃炳超

植物的生長離不開溫度、空氣、水分及光照等基本要素，在農業生產中，提高植物的產量及品質必須調節好這幾大要素。我想通過一系列試驗，證明光照對植物的生長能產生直接的影響。

一、實驗過程

統一栽培蕎麥種子，發芽后，挑選高度相同的蕎麥，將其分為三組置于同一房間內，放在同樣的紙張上培養，每天保證為三組蕎麥提供相同的水分。

三組蕎麥分別被置于三個不透光培養箱中。本實驗利用三個黑色的不透明塑料紙簍作為試驗箱，如圖1。試驗箱中各有一個功率為3W的LED燈提供照明。第一組光照時間為 7：00～19：00， 第 二 組 光 照 時 間 為 8：00～17：00，第三組光照時間為 9：00～15：00。

圖1

每天早上7點為三組蕎麥各澆水20ml，每天下午5點再各澆水30ml。每隔一天，于晚上8點記錄每組蕎麥高度的平均值，實驗數據見表1。

表1

二、制作自動照明控制裝置

為了精準控制時間，節省人力，我制作了單片機自動時間控制系統控制燈光。我使用51單片機作為主控（STC15F2K60S2型號），為保證時間準確，使用DS1302作為RTC時間模塊，用LCD1602作為液晶顯示屏幕，使用四路繼電器，其中的三路分別控制三個LED燈光源，四個微動開關可設定開關時間。5V、25W電源負責為整套控制電路以及LED燈供電。

1.電路設計

使用單片機的P2.5、P2.6、P2.7三個引腳分別模擬SCLK、DIO、CE三個引腳對DS1302進行通信，使用單片機的P2.1、P2.2、P2.3作為 LCD1602的 RN、RW、RS引腳以及整個PO口作為并行端口對LCD1602顯示器進行通信。使用單片機的接口P1.4至P1.7作為四個按鍵。P2.0、P4.1至P4.4作為繼電器控制端口。

為了簡化設計，我使用市場上能買到的電路模塊，用標準的洞洞板作為主電路板。

2.操作說明

共有四個按鍵，從左到右分別為主界面（時 +）、設置（分 +）、確認、取消。開機后，進入主界面，上方分別顯示時、分、秒，下方顯示目前四路LED燈的開關狀態。

主界面

在主界面按下“設置（分+）”按鍵，即可進入設置界面，在此界面點擊主界面（時+）按鍵即可回到主界面。在設置界面按下“確認”按鍵，即可進入時間設置，在此界面可通過點擊主界面（時+）、設置（分+）改變時、分，“確認”按鍵應用設置，“取消”按鍵放棄設置。

在時間設置界面無論是應用還是放棄設置，都會返回到設置界面，此時按主界面（時+）按鍵即可回到主界面。

3.程序介紹

單片機的主程序使用C語言開發，使用MDK μVision 4軟件進行開發的，代碼總量為400行。由于沒有用到增強型8051的特性，故僅使用REG52.h（本圖中被重命名為STC.h）作為頭文件。

三、預期結果

四、實驗結果

通過實驗過程中記錄蕎麥生長的高度對比可以發現，光照時長越長，蕎麥的生長越旺盛，光照時長越短，蕎麥的生長越緩慢。