一種智能盆栽監(jiān)測(cè)儀器

馬振賀 史吳斌 謝國(guó)輝

摘 要：該文設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)測(cè)盆栽溫度、濕度與光照情況的儀器，該儀器主要由單片機(jī)、溫度傳感器、濕度傳感器、光敏傳感器、液晶顯示屏、藍(lán)牙模塊、報(bào)警模塊等組成。系統(tǒng)采用集成A＼D轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)為系統(tǒng)的控制核心，將土壤溫度、濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，系統(tǒng)具有顯示的功能，在水分含量低時(shí)，可以通過(guò)藍(lán)牙模塊自動(dòng)補(bǔ)充水分。該儀器是在國(guó)內(nèi)研究土壤水分測(cè)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用單片機(jī)、傳感器和藍(lán)牙技術(shù)設(shè)計(jì)出的一套適用于盆栽植物生長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)儀器，該儀器可以解決人們種植盆栽過(guò)程中的問(wèn)題，并且對(duì)未來(lái)盆栽蔬菜的種植具有很好的導(dǎo)向作用，該儀器制造成本低，實(shí)用性較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：傳感器 盆栽 監(jiān)測(cè) 單片機(jī) 藍(lán)牙技術(shù)

隨著人們生活節(jié)奏的加快，人們生活壓力增大，于是很多人選擇養(yǎng)幾盆盆栽陶冶一下情操。但是，人們總是忘記照顧盆栽，盆栽因?yàn)楦鞣N各樣的問(wèn)題而死亡，如果有儀器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盆栽的生長(zhǎng)狀況，并且將信息傳遞給我們就會(huì)解決這一問(wèn)題?；诖?，我們利用光、溫度、濕度傳感器及藍(lán)牙技術(shù)做出了一款產(chǎn)品，可以解決這一問(wèn)題[2]。另外“盆栽蔬菜”這一名詞在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)顯得不是那么陌生，人們?cè)谧约杭业年?yáng)臺(tái)上種植蔬菜，不僅可以保證蔬菜的新鮮程度，還可以保證無(wú)公害。我們這款產(chǎn)品繼續(xù)研發(fā)可以做到蔬菜從種子到餐桌的一站式處理[4]。

1.儀器設(shè)計(jì)理念

盆栽檢測(cè)儀器主要由單片機(jī)，溫度、濕度、光照傳感器，液晶顯示，藍(lán)牙模塊等裝置組成。濕度傳感器、溫度傳感器、光敏傳感器等完成盆栽溫度、濕度、光照信息的采集，然后傳遞給單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換部分。完成模擬值向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)的控制部分經(jīng)過(guò)比較判斷是否需要澆水。當(dāng)濕度低于某一數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷盆栽處于缺水狀態(tài)，自行啟動(dòng)藍(lán)牙模塊進(jìn)行澆水[3]。

2.儀器硬件設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)

單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)硬件的控制，包括土壤溫、濕度的采集轉(zhuǎn)化以及比較發(fā)送指令等。

該儀器采用的是天河雙龍電子有限公司的STM32F103ZE單片機(jī)，它具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的優(yōu)點(diǎn)，指令代碼兼容51單片機(jī)。

1. 超低的價(jià)格。以8位機(jī)的價(jià)格，得到32位機(jī)，是STM32最大的優(yōu)勢(shì)。

2. 超多的外設(shè)。STM32擁有包括：FSMC、TIMER、SPI、IIC、USB、CAN、IIS、SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA等眾多外設(shè)及功能，具有極高的集成度。

3. 豐富的型號(hào)。STM32僅M3內(nèi)核就擁有F100、F101、F102、F103、F105、F107、F207、F217等8個(gè)系列上百種型號(hào)，具有QFN、LQFP、BGA等封裝可供選擇。同時(shí)STM32還推出了STM32L和STM32W等超低功耗和無(wú)線應(yīng)用型的M3芯片。

4.優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能。84個(gè)中斷，16級(jí)可編程優(yōu)先級(jí)，并且所有的引腳都可以作為中斷輸入。

2.2藍(lán)牙芯片

本儀器采用低功耗藍(lán)牙透?jìng)髂KGT-ZS01，該模塊使用簡(jiǎn)便，無(wú)需任何藍(lán)牙協(xié)議；該模塊具有豐富的指令集，如：支持AT指令軟件復(fù)位模塊，獲取MAC地址，支持AT指令修改MAC地址，控制不同的轉(zhuǎn)發(fā)速率，修改串口波特率表。極地功耗的待機(jī)模式。高速透?jìng)鬓D(zhuǎn)發(fā)，最快可達(dá)8.2k/s。

2.3貼片溫敏電阻

貼片熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會(huì)造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。貼片溫敏電阻體積非常小，對(duì)溫度變化的響應(yīng)很快。

熱敏電阻靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10倍以上。工作范圍很廣，常溫期間適用于-55℃-300℃，使用方便。

2.4光線傳感器

紅外接收二極管又稱紅外光敏二極管，它能很好地接收紅外光信號(hào)，而對(duì)于其他波長(zhǎng)的光線則不能接收，因而保證了接受的準(zhǔn)確性和靈敏度。我們采用RPM-301B型號(hào)的光敏傳感器，在紅外接收二極管管殼上有一個(gè)能射入光線的玻璃透鏡，入射光通過(guò)透鏡正好照射在管芯上。紅外接收二極管管芯是一個(gè)具有光敏特性的PN結(jié)，它被封裝在管殼內(nèi)。紅外接收二極管管芯的光敏面是通過(guò)擴(kuò)散工藝在N型單晶硅上形成的一層薄膜。它的管芯以及管芯上的PN結(jié)面積做得較大，而管芯上的電極面積做得較小，PN結(jié)的結(jié)深比普通半導(dǎo)體二極管做得淺，這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)都是為了提高光電轉(zhuǎn)換的能力[4]。

2.5液晶顯示屏以及太陽(yáng)能電池板

采用單色液晶屏，其最大的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，控制簡(jiǎn)單，對(duì)CPU的要求低，占用的I/O口哨，應(yīng)用比較廣泛，在強(qiáng)烈的陽(yáng)光直射下，不會(huì)影響視覺(jué)。由于植物長(zhǎng)期生活在光照條件下，我們考慮添加一塊小型的太陽(yáng)能電池板，供給儀器用電。如果技術(shù)成熟，可以保持儀器一直在工作狀態(tài)。

3.軟件設(shè)計(jì)

該儀器部分采用C語(yǔ)言編程，首先進(jìn)行初始化，設(shè)定濕度值。檢測(cè)當(dāng)前濕度值與設(shè)定范圍進(jìn)行比較。將溫度值在顯示屏上顯示，如果濕度在給定范圍內(nèi)，儀器不會(huì)做出反應(yīng)；如果濕度低于設(shè)定范圍，單片機(jī)啟動(dòng)藍(lán)牙模塊，自行啟動(dòng)澆水，直到濕度在給定范圍內(nèi)。對(duì)于光敏元件檢測(cè)的數(shù)值將會(huì)直觀的顯示在單色顯示屏幕上，本儀器可以當(dāng)做家庭溫度計(jì)使用。

4.結(jié)語(yǔ)

我們擁有的創(chuàng)新想法，不僅可以應(yīng)用到花草等盆栽上，同時(shí)可以應(yīng)用到蔬菜上。“盆栽蔬菜”在未來(lái)幾年內(nèi)定會(huì)成為新興事物。就中國(guó)國(guó)內(nèi)而言，除了小米旗下北京的花花草草有限公司退出了一款A(yù)PP和一款公益產(chǎn)品外，并沒(méi)有其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。另外小米的那款產(chǎn)品需要通過(guò)藍(lán)牙綁定手，只要在一定的距離范圍內(nèi)才能發(fā)揮作用，而我們不可能因?yàn)橐慌柚参飼r(shí)刻開(kāi)著藍(lán)牙，這款產(chǎn)品是非常不科學(xué)的。未來(lái)關(guān)于這一方面市場(chǎng)空間巨大，潛力無(wú)限。

該儀器利用單片機(jī)科學(xué)的測(cè)定溫度、濕度和光照等信息，為盆栽營(yíng)造了更加適宜的環(huán)境，使盆栽照料工作變得更加輕松愉快。

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作者簡(jiǎn)介：

馬振賀（1997.08.03-）男，漢族，山東省聊城市，身份證號(hào)：371522199708030514，本科生，研究方向：電氣工程

史吳斌 （1996.11.07-）男，漢族，安徽省滁州市，身份證號(hào)：341103199611071612，本科生，研究方向：自動(dòng)化

謝國(guó)輝 （1997.04.19-）男，漢族，四川省內(nèi)江市，身份證號(hào)：51102819970419771x，本科生，研究方向：自動(dòng)化。