基于51單片機設計的花房智能管理系統

王琪，李潼，張宇航，趙志非

（東南大學成賢學院，江蘇南京，210000）

0 引言

互聯網+，是目前國家大力發展的項目之一。加上目前農村人口不斷涌入城市，互聯網+農業勢必成為未來農村生產的主力。而嬌嫩的花卉，更加需要更嚴苛、更精準的生長環境，才能保證花卉的茁壯成長。通過土壤濕度傳感器收集土壤濕度數值，經過單片機處理后發送至云端服務器，花卉管理員可通過手機查看數值并遠程向水泵系統發送指令。智能花房系統相較傳統花房的人工照料而言，節省了人力成本，提升了環境的穩定性，出更少的錯，達到更好的生產指標。

1 花房智能管理系統的組成

花房智能管理系統通過濕度傳感器測量花房的濕度，經過芯片處理后，將采得信息傳送到控制系統(STC89C51)，并通過顯示器顯示測得值，并且因為不同種類的植物適宜濕度各不相同，所以需要添加控制系統來自動調節花房內濕度。因此花房智能管理系統的控制器采用STC89C51單片機，利用濕度傳感器來檢測花房內濕度，LCD顯示屏為顯示模塊，并根據測得的濕度數據驅動繼電器工作，讓水泵進行抽水工作，自動調節濕度。系統總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

（1）濕度采集模塊

濕度采集模塊主要通過濕度傳感器實時獲取濕度數據,并將數據實時傳送到app，同時在LCD顯示模塊進行顯示。

（2）顯示模塊

顯示模塊主要功能是將濕度傳感器傳送的數據進行顯示。

（3）WIFI傳輸模塊

WIFI傳輸模塊主要是將濕度傳感器的數據傳送到云端并通過app進行顯示。

（4）報警模塊

報警模塊主要是當花房的濕度低于預期設定的極限值時，報警指示燈亮，蜂鳴器開始工作。

圖2 硬件系統設計圖

2 硬件系統設計

2.1 元器件的選擇

(1)控制模塊- STC89C51

51單片機原型由英特爾研發，現如今兼容Intel 8051指令系統的單片機都可稱為51單片機。由于性能穩定，價格低廉等優點，令其稱為應用最為廣泛的單片機。尤其適合初學者入門。一個全雙工UART（通用異步接收發送器）的串行I/O口，用于實現單片機之間或單片機與微機之間的串行通信，8004單片機取得了長足的進展，成為應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，廣泛應用于工業測控系統之中。5片機是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。需要注意的是51系列的單片機一般不具備自編程能力。

(2)溫濕度傳感器——SHTl0

SHTl0是Sensirion公司推出的一款溫濕度集成傳感器，電容式聚合體測濕元件與能隙式測溫元件使得該傳感器可同時測量溫度和濕度，同時CMOS過程微加工技術使得該傳感器具備非常高的可靠性和理想的長期穩定性。14位A／D轉換器和2一wire數字接口使得此傳感器抗干擾能力強，功耗低，速度快， 超小的體積以及理想的測量精度是我們選擇該器件的重要原因。

（3）LCD顯示——1602LCD

LCD1602是字符型液晶顯示模塊，專門用于顯示字母、數字等點陣式LCD,它一共可以顯示兩行，每一行可以顯示16個字符數據，其顯示各個引腳說明如圖表1所示。

表1 1602LCD各引腳

2.2 總體電路設計圖

圖3 設計電路圖

3 軟件設計

在設計電路中，單片機是整個嵌入式系統的控制器。本設計中，采用Keil5單片機軟件開發環境對單片機進行編程，由于Keil軟件支持模塊化程序設計，因此把總模塊分成若干個小模塊單獨編碼，接著由編譯器生成一個最終文件。該開發環境可以進行軟件仿真驗證，因此可以方便地對程序進行驗證其邏輯性，驗證代碼無錯誤后下載到單片機。單片機在通電后，主程序完成初始化工作，運行后執行相應的操作，能夠在LCD屏幕上顯示出結果，便于調試系統。

（1）系統主流程圖

圖4 系統主流圖

（2）仿真測試

實驗仿真結果可以通過LCD進行顯示，00%為當前時濕度值（未插入土壤中），60%為上閾值，15%為下閾值，一旦顯示不在上下閾值內，蜂鳴器報警，水泵工作，調節土壤濕度。實驗結果如圖5所示，APP運行圖如圖6所示。

圖5 仿真測試圖

圖6 APP演示圖

4 總結

為了實現自動控制花房的濕度，我們使用51單片機設計了花房智能系統，包含了濕度傳感器、WIFI云端、水泵控制總成、A/D轉換模塊及LCD顯示，通過對智能花房的整合設計，使花房里大規模的花卉培育更加簡便、精確和智能，推動了科技智能化，給花卉培育員帶來的方便。