基于單片機的智能花房設計與仿真

朱洪浪 黃 靜 曾陳萍 葉長青 向鎳鋅

（西昌學院信息技術學院 四川西昌 615000）

隨著我國經濟飛速的發展，城市化率逐年升高，常住城市人口不斷增加，百姓生活水平和質量也迅速提升，特別是國內消費能力變得越來越強[1]。伴隨著城市化進程，人們對精神世界的追求也愈加強烈，城市人對于花卉、盆栽、花房的需求巨大[2]。

花房恰好是能陶冶情操，修身養性的一處佳地。雖達不到“種豆南山下”的舒適淡然，卻也有一種“結廬在人境，而無車馬囂”的寧靜在其中。而要修建一個花房卻是開頭容易，堅持難。花房開始僅僅需要一個房間或者一個陽臺，里面種一些喜歡的花卉。然而花卉的生長過程當中，對于光照強度、溫濕度的控制不能單靠人的感覺和經驗來調節，控制不當輕則葉黃花枯，重則花謝根爛，特別是對一些珍貴花卉來說，這樣的損失是難以承受的[3]。

針對傳統花房管理僅靠人工澆水、通風、補充光照等，不僅費時費力，還容易造成水資源的浪費，且做不到精細化、智能化的管理[4]。因此，設計一款能實現自動澆水、自動散熱、自動加熱、自動補光的智能花房控制系統就顯得尤其重要。

1 方案設計

本智能花房設計采用模塊化設計，以 STC89 C52芯片為信息運算處理核心，主要包括環境信息采集模塊、繼電器控制模塊、按鍵模塊、顯示模塊。其中，環境信息采集模塊通過溫度傳感器和濕度傳感器采集土壤溫濕度信息，光敏電阻采集環境光照強度，經ADC0832 轉換后給單片機處理，并顯示在 LCD1602顯示屏上。然后單片機通過掃描與功能按鍵相連的引腳，并判斷各引腳電平以及各功能按鍵的狀態對繼電器進行控制。繼電器控制模塊，當按下自動控制按鍵時，程序將檢測到的土壤溫濕度和環境光照強度與設定值進行對比，若在設定值內則不會進行任何操作，若不在設定值范圍內則會進行相應的調控操作，如圖1中的繼電器1 在光照強度弱的時候自動進行補光。在自動控制按鍵未按下時，也可以通過手動按鍵控制對應的繼電器進行調控。

圖1 整體方案設計框圖

2 硬件系統設計

智能花房硬件系統設計包括電源電路、溫度檢測電路、濕度檢測電路、光照檢測電路、按鍵及繼電器控制電路，如圖2所示。

圖2 電路原理圖

2.1 電源電路

如圖2所示，本系統采用5V 電壓供電，利用一個電源接口和自鎖開關控制開關狀態。470 uF 電容可以起到低頻濾波的作用，防止電源電壓波動或者工作電流異常，從而影響其正常工作的穩定程度。

2.2 溫度檢測電路

如圖2所示，本系統采用不銹鋼封裝DS18 B20 溫度傳感器采集土壤溫度信息，直接輸出數字信號，傳遞給單片機的P3.7 口。上電復位時溫度寄存器中設置的默認值為+85 ℃。

2.3 濕度檢測電路

如圖2所示，本系統采用YL-69 土壤濕度傳感器串聯一個10 kΩ的電阻，連接在5V 電路上，將濕度傳感器的輸出值轉化成電壓值，輸出給ADC0832 的CH0 轉換成數字信號，再發送給單片機進行處理。當土壤中的濕度最小時，濕度傳感器的電阻是10 kΩ，當土壤濕度最大時，濕度傳感器的電阻是0.1kΩ。

2.4 光照檢測電路

如圖2所示，本系統采用光敏電阻采集光照強度，其中光照強度強，光敏電阻阻值小，光照強度弱，光敏電阻阻值大。將其串聯一個電阻即可將電阻變化引起的電流變化轉變為電壓值變化，將電壓輸出連接到ADC0832 的CH1，ADC0832 的DI 和DO 均連接到單片機的P1.1 口，CLK 端接到單片機的P1.0 口，為A/D 芯片提供時鐘輸入，使能端CS 接到單片機的P1.2 口，不同傳感器的模擬電壓分別由CH0 和CH1 端輸入。

2.5 按鍵及繼電器控制電路

如圖2所示，本系統按鍵電路是用來控制繼電器的閉合，繼電器控制自動模式與手動模式轉換，設置濕溫度上下限值，設置光照強度閾值。

當處于手動模式時，四個按鍵控制四個繼電器，K2 控制抽水機，K3 控制加熱片，K4 控制手動自動切換，K5 控制散熱，K6 控制補光。當處于自動模式時，按下設置鍵后，有三個按鍵對溫濕度上下限值及光照強度閾值進行設定，K2 為設置時的減鍵，K3 為設置鍵，K4 為加鍵。按K3一次時設置濕度上限值，按K3 第二次時設置濕度下限值，按K3 第三次時設置光照強度值，按K3 第四次時設定溫度上限值，按K3 第五次時設定溫度下限值，按K3 第六次時回到主界面。

3 仿真及調試

3.1 智能花房仿真

智能花房整體電路仿真圖如圖3所示，實現仿真的步驟如下：

①在Keil 中編寫主程序和各模塊字程序代碼，導出HEX 文件；②將HEX 文件導入到Proteus 中的單片機里；③Proteus 模擬仿真和調試溫濕度設置與調控、光照強度設置與調節等功能，驗證便攜式電子秤設計的有效性和可行性。

圖3 智能花房仿真測試圖

圖4 智能花房調試實物圖

3.2 智能花房調試

焊接好各模塊后，用萬用表檢查，確定無短路或者斷路時，連接電源線打開開關。先調試手動模式，當系統為手動模式時，點擊各個控制繼電器的按鈕，繼電器運作。手動模式調試完成。打開自動模式后，首先調試濕度控制模塊，將相對濕度上限設定為70%，下限值設定為40%，當濕度低于這個范圍時抽水機和警報器運作，當濕度達到這個范圍時抽水機停止運轉，當濕度高于這個范圍時蜂鳴器工作。接著調試控制光照強度，把光強設置為25 lx，當光強低于25 lx 時，補光燈亮。接著調試控制溫度模塊，把溫度下限設定為20 ℃，上限設定為35 ℃，當溫度低于這個范圍時，加熱片工作，當溫度高于這個范圍時，排氣扇工作。

4 結語

本文基于STC89C52 單片機的智能花房設計提出了一個模塊化的設計方案（如圖4），該裝置主要由環境信息采集、繼電器控制、按鍵、顯示等模塊組成。主要通過單片機控制繼電器實現自動澆水、自動散熱、自動加熱、自動補光功能，達到了進行精細化、智能化花房管理目的，無需過多的人工干預。