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基于单片机的智能阳台小菜园设计

作者：王永春

来源：《科技视界》2018年第08期

【摘 要】阳台种菜是一种环保、自然的生活理念，基于单片机的智能化阳台小菜园是以STC90C516单片机为主控核心电路，通过DHT11温湿度传感器检测空气温度和土壤湿度，并根据设置的极限值决定是否要采取相应措施。同时利用LCD12864液晶屏显示相关信息，通过GSM短信模块发送控制信息，从而实现远程浇水，达到智能的目的。 【关键词】单片机；温湿度传感器；GSM短信模块；液晶显示

中图分类号： TH811；TH837 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）08-0095-001 阳台种菜是一种环保、自然的生活理念，在阳台种菜的日子里，尽是幸福的瞬间，如嫩芽冒出时的惊喜，抽枝展叶时的愉悦，采摘收获时的满足……如此普通的阳台变得生机勃勃、绿意盎然，小小的阳台也可满足一家人日常的蔬菜需求，而且是有营养、无污染的有机蔬菜！可是现代人的生活又十分的忙碌，没有时间去细细照料这些绿色，因此设计一款能够智能化管理和控制蔬菜生长过程的花盆就显得尤为重要。 1 硬件电路的设计

基于单片机的智能化阳台小菜园是以STC90C516单片机为主控元件，以温湿度传感器DHT11为关键元件检测空气温度和土壤湿度，并根据温度和湿度设置的极限值决定是否要采取相应措施。①如湿度过低会自行启动水泵电机进行灌溉，达到一定湿度自行停止；②温度过低则会启动电机转动为菜园罩上薄膜从而起到保温效果，达到一定温度值时打开薄膜自动散热。LCD液晶屏可显示当前的温度和湿度，并记录蔬菜种植的时间；按键可输入施肥时间间隔，当时间到达时转动漏斗将一定量的肥料或营养液融入水中，通过自动灌溉进行施肥。本设计可以通过按键手动完成相关操作指令的操作，也可以通过蓝牙或短信模块发送信息给手机，利用手机发送浇灌或施肥的操作，从而实现远程控制，彻底解放人力达到智能控制的效果。其系统设计方框图如图1所示。

STC90C516是一款低功耗、运行快速的单片机，内含64KB Flash ROM，可提供许多高性价比的解决方案和嵌入式控制应用系统。单片机最小系统是能使单片机正常工作的基本电路，且可随时降至无振动的状态下操作，还支持空闲模式和掉电模式下的节电工作[1]。温湿度传感器DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性[2][3]。利用传感器检测环境温度和土壤湿度，通过与已设置的极限值进行对比，再利用多组继电器电路用来控制水泵、肥料漏斗、薄膜罩的开启和关闭，实现自动浇水、放水、施肥、打开或关闭薄膜罩，实现智能浇灌、施肥和保温的目的。光敏电阻GL5528自行检测环境光照，可根据植物所需的光照时长和光照强度自行开启或关闭补光灯，使得蔬菜等获

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得合适的生长环境，并实现智能控制生长周期。利用GSM短信SIM800A电路模块或蓝牙通信装置HC05实现远程浇水和补光灯控制，通过手机发送一条“浇水/jiaoshui”短信，继电器1打开，水泵开，实现浇水若干分钟；发送一条“补光/buguang”短信，补光灯亮若干分钟，补足光照。内含国标一级、二级简体中文字库的LCD12864是点阵图形液晶显示模块，该模块接口方式灵活、指令简单方便、且功耗较低，又能实现全中文人机交互图形界面。本设计中可利用该液晶屏显示温湿度的检测值和极限值、水泵等的开关状态以及某种蔬菜的种植时间[4][5][6]。 2 软件的设计与实现

Keil uVision4是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，可支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，包括ARM，集编辑、编译、仿真等于一体。可以进行汇编语言或C语言编程，把写好的程序编译为机器码，并将可执行文件写入单片机内。本设计主要包括主程序、温湿度检测控制子函数、光敏电阻检测控制子函数、液晶屏显示子函数、继电器启动/关闭子函数、GSM/蓝牙信息传输子函数和按键输入子函数等程序模块。主流程图如图2所示。 3 电路焊接与实现

利用PROTEL软件画好电路原理图，确定相关元器件的封装和数量，并确定封装与元器件实体相配之后再进行PCB集成电路板的制作。焊接电路时，应遵循元件从主到次、先难后易、由低到高的顺序，要注意比对元件放置的位置和方向，并防止虚焊。焊接之后，需用万用表依次检测各条线路，确定是否电压正常；利用示波器测试输出的电源波形是否有纹波。最后上电烧程序，一一检测各个功能模块能否正常检测、传输及控制各类信息，并完成智能浇花、保温、施肥等操作，同时可利用手机等移动终端实现远程控制。 4 结束语

本设计完成了智能阳台菜园的设计，通过单片机控制所有元器件有条不紊的工作，实现远程或手动或自动控制，达到智能效果。当然，本设计仍然存在一些缺陷，如无法实现针对不同的蔬菜种类进行不同量的水量浇灌或补光，无法远程采集蔬菜的生长图像以供及时了解，无法采集到土壤的营养状况，只能根据定时间隔来施肥等。未来将会对此继续研究，以期设计出更高端的智能小菜园装置。 【参考文献】

[1]张毅刚.单片机原理及应用-C51编程+Proteus仿真[M].北京： 高等教育出版社.2012.11. [2]高伟，董彦成，马庆磊.基于STM32F103C8的智能浇花系统[J]. 中国新技术新产品.2018（3），25-26.

[3]何丽欧.智能浇花系统[J].科技展望.2017（27），143.

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[4]朱士东，高洪卓，等.基于物联网的智能浇花系统的设计[J]. 产业与科技论坛.2017（11），42-43.

[5]李瑶，郑晗峰，等.智能浇花装置系统设计[J].工业控制计算机.2016（6），47-48. [6]张倩呁.基于土壤湿度检测的智能浇花系统设计[J].山西农经.2017（9），128-129.