基于51單片機(jī)的新型“花療”智能花卉養(yǎng)護(hù)機(jī)設(shè)計(jì)

代也 靳美玲 趙若琦 張倩

摘 ?要：花香療法是我國(guó)醫(yī)學(xué)治療手段中一個(gè)重要的方法。現(xiàn)代科學(xué)證明，花卉是天然的“芳香療養(yǎng)機(jī)”，是凈化空氣、養(yǎng)生保健的“高手”。近年來(lái)，花香有利于人體健康這種觀點(diǎn)的廣泛傳播，使得花香療法受到了更多人的關(guān)注，這款集智能與藝術(shù)并存的純天然養(yǎng)生產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。本產(chǎn)品由光伏發(fā)電系統(tǒng)供電，節(jié)能環(huán)保，其創(chuàng)新點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)智能養(yǎng)花的同時(shí)，通過(guò)合理搭配植物，能使植物本身的香氣充分發(fā)揮藥用價(jià)值，起到真正的養(yǎng)生功效。

關(guān)鍵詞：51單片機(jī);花香療法;“花療”智能花卉養(yǎng)護(hù)機(jī)

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）28-0032-03

Abstract： Flower Fragrance Therapy is an important method in medical treatment in our country. Modern science has proved that flowers are a natural "fragrance treatment machine" and a "master" of air purification and health care. In recent years， with the widespread of the view that flower fragrance is good for human health， Flower Fragrance Therapy has attracted more and more people's attention， and this pure natural health-keeping product characterized by the coexistence of intelligence and art has arisen at the historic moment. This product is powered by photovoltaic power generation system， which is energy saving and environmental protection， and its innovation lies in the realization of intelligent flower cultivation， so that the aroma of plants， through reasonable collocation of plants， can give full play to the medicinal value and play a real health effect.

Keywords： 51 single chip microcomputer; Flower Fragrance Therapy; "Flower Fragrance Therapy" intelligent flower fragrance treatment machine

引言

十九大報(bào)告指出，在實(shí)施健康中國(guó)戰(zhàn)略中，要傳承和發(fā)展中醫(yī)藥事業(yè)。中醫(yī)藥以人為本的綜合治療理念與豐富多彩的治療方法在養(yǎng)生保健、防病治病中具有不可替代的作用。

近年來(lái)花香療法逐漸被人們熟知，但事實(shí)上早在數(shù)千年前就已有關(guān)于植物精油和花香療法的記載。據(jù)史料與考古發(fā)現(xiàn)，早在公元2000年，古埃及人就將植物香料用于木乃伊保存;在東方的中國(guó)，早在5000年前“神農(nóng)嘗百草”對(duì)植物精華的運(yùn)用進(jìn)行了實(shí)踐。而《神農(nóng)本草經(jīng)》中“香者，氣之正，正氣盛則除邪辟穢也”的記載，可見(jiàn)花香能夠捍衛(wèi)人體“正氣”，甚至還有強(qiáng)身健體等功效。此外，三國(guó)時(shí)期華佗治療肺癆也是利用了麝香、丁香的花香作用。二十世紀(jì)20年代，“芳香療法”這一概念才被法國(guó)化學(xué)家蓋特佛賽提出并出版《芳香療法》著作，從而為花香療法提供了理論指導(dǎo)。

“花療”作為一種合理且天然的養(yǎng)生方法，能夠達(dá)到治未病、保養(yǎng)身心的目標(biāo)，因此在當(dāng)今注重利用科技改善生活品質(zhì)的熱潮下，設(shè)計(jì)一款“花療”智能花卉養(yǎng)護(hù)機(jī)具有一定現(xiàn)實(shí)意義，既能彌補(bǔ)傳統(tǒng)花卉養(yǎng)護(hù)短板，解決人們?nèi)狈︷B(yǎng)護(hù)花卉的時(shí)間及花卉養(yǎng)護(hù)的專業(yè)知識(shí)導(dǎo)致“花療”效果并不明顯的問(wèn)題，又能將花卉藥用價(jià)值與欣賞價(jià)值相結(jié)合，使其內(nèi)在上做到科學(xué)治病、外觀上又能與家庭裝飾相配，將智能、養(yǎng)生與美觀有機(jī)融合在一起，更好的滿足人們對(duì)于智能、便捷的生活需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

關(guān)于花卉養(yǎng)護(hù)，環(huán)境的主要要素有：土壤濕度、土壤營(yíng)養(yǎng)、光照、溫度[1]。本設(shè)計(jì)以51系列單片機(jī)STC89C52為控制核心，采用土壤濕度檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度的檢測(cè)，當(dāng)濕度低于設(shè)定閾值時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)充水分;根據(jù)不同花卉生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)情況設(shè)定補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液的時(shí)間間隔，實(shí)現(xiàn)定時(shí)補(bǔ)液;光照采用自然光照;溫度通過(guò)DS18B20檢測(cè)環(huán)境溫度，并完成溫度顯示。本設(shè)計(jì)主要包含以下幾個(gè)部分：系統(tǒng)主控單元、光伏發(fā)電模塊、土壤濕度檢測(cè)模塊、自動(dòng)滴灌模塊、營(yíng)養(yǎng)液補(bǔ)充模塊、環(huán)境溫度檢測(cè)模塊、顯示模塊及無(wú)線通信模塊，本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主控單元

考慮到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及處理能力，結(jié)合實(shí)際操作情況，我們選用51系列單片機(jī)STC89C52為控制核心。STC89C52是一個(gè)具有在線編程功能，且功耗低，價(jià)格低，性能高，便于操作，可靠性高，不需12V的VPP編程高壓[2]的51內(nèi)核的CMOS 8位單片機(jī)。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)模塊

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏陣列、光伏控制器、蓄電池組和逆變器。光伏陣列組件通過(guò)電纜和匯線盒完成組件的串、并聯(lián)，組成整個(gè)的組件系統(tǒng);將單節(jié)蓄電池串、并聯(lián)組成整個(gè)蓄電池組，太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能通過(guò)蓄電池組貯存;光伏控制器可控制蓄電池組的放電，監(jiān)控電壓?jiǎn)?dòng)輔助裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的過(guò)充放保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)?。逆變器將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。光伏發(fā)電系統(tǒng)為養(yǎng)護(hù)機(jī)工作提供清潔能源。

2.3 土壤濕度檢測(cè)模塊

采用3.3-5V的土壤濕度檢測(cè)模塊，其表面采用鍍鎳處理，具有感應(yīng)面積大，導(dǎo)電性能強(qiáng)，不易生銹腐蝕，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)模塊中電位器可以設(shè)定相應(yīng)濕度閾值，可連接單片機(jī)來(lái)檢測(cè)輸出數(shù)字引腳的高低電平從而監(jiān)測(cè)土壤濕度情況，也可將模擬量輸出引腳與AD模塊相連再經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換得到更精確的濕度數(shù)值，以此完成濕度信息的采集及處理分析。

2.4 自動(dòng)滴灌模塊

本設(shè)計(jì)采用智能滴灌技術(shù)來(lái)保障花卉生長(zhǎng)所必需的水分，系統(tǒng)以STC89C52低功耗單片機(jī)與射頻模塊為基礎(chǔ)，使用nRF2401芯片作為網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)，采用土壤濕度傳感器采集土壤濕度信息;滴灌模塊由水分存儲(chǔ)罐、導(dǎo)管、滴頭及三通閥門(mén)構(gòu)成，當(dāng)檢測(cè)到土壤濕度低于設(shè)定最低閾值后，由單片機(jī)控制三通閥門(mén)將水分所在部分打開(kāi)，補(bǔ)充水分，直到檢測(cè)到土壤濕度等于設(shè)定最高閾值后，關(guān)閉三通閥門(mén);并可進(jìn)一步擴(kuò)展通過(guò)無(wú)線通信GPRS連接，將土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)nRF2401通信模塊傳輸?shù)綗o(wú)線網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)信息傳輸和智能灌溉。

2.5 營(yíng)養(yǎng)液補(bǔ)充模塊

為保障花卉正常生長(zhǎng)所必需的各種微量元素，需要每間隔一定時(shí)間對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)充通用型花卉生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液，這一功能通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液補(bǔ)充模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，模塊由營(yíng)養(yǎng)液存儲(chǔ)罐、導(dǎo)管及三通閥門(mén)構(gòu)成，由單片機(jī)控制三通閥門(mén)將營(yíng)養(yǎng)液所在部分打開(kāi)，每次補(bǔ)充固定劑量營(yíng)養(yǎng)液，補(bǔ)充完成后關(guān)閉三通閥門(mén)，間隔一段時(shí)間后再次補(bǔ)液。

2.6 環(huán)境溫度檢測(cè)模塊

本設(shè)計(jì)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，具有體積小，抗干擾力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)并且還能夠輸出數(shù)字信號(hào)，可以滿足本設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境溫度檢測(cè)的需求。

2.7 顯示模塊

顯示采用LCD1602工業(yè)字符型液晶屏，利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制顯示圖形，其能夠同時(shí)顯示16*2即32個(gè)字符，完成對(duì)環(huán)境溫度的顯示。

2.8 無(wú)線通信模塊

本設(shè)計(jì)采用nRF24L01芯片，其芯片體積小、功耗低、成本少，工作在2.4GHz全球開(kāi)放ISM頻段，125個(gè)頻道，可滿足多點(diǎn)無(wú)線通信和跳頻通信需求，工作速率0～1Mb/s，最大發(fā)射功率0dBm，外圍元件極少，內(nèi)置硬件CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制，可組成頻率合成器，晶體振蕩器和調(diào)制解調(diào)器。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

上電啟動(dòng)后系統(tǒng)自動(dòng)初始化，進(jìn)行初始化判斷，如初始化不正常則程序結(jié)束，初始化正常則進(jìn)行濕度及是否補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液的檢測(cè)，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)液晶屏顯示出來(lái)，并發(fā)送到客戶移動(dòng)端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先進(jìn)行濕度的判斷，如果濕度異常再進(jìn)行是否補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液的檢測(cè)。若營(yíng)養(yǎng)液也異常則發(fā)送濕度、營(yíng)養(yǎng)液異常的告警信息至移動(dòng)客戶端，并控制加水和營(yíng)養(yǎng)液，然后返回濕度是否正常的判斷。若營(yíng)養(yǎng)液正常則發(fā)送濕度異常告警信息至移動(dòng)客戶端，并控制加水，然后返回濕度是否正常的判斷。如果濕度正常則進(jìn)行是否補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液的檢測(cè)，若營(yíng)養(yǎng)液異常則發(fā)送營(yíng)養(yǎng)液異常告警信息到客戶移動(dòng)端，并控制加營(yíng)養(yǎng)液，之后返回是否補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液的判斷。若營(yíng)養(yǎng)液正常，則直接顯示設(shè)備狀態(tài)指示。如果狀態(tài)異常則程序結(jié)束，狀態(tài)正常則重新進(jìn)行濕度及是否補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液的檢測(cè)，并執(zhí)行其下操作。

4 “花療”的功效

隨著人們生活品質(zhì)的提高，通過(guò)“花療”達(dá)到保健養(yǎng)生的需求也逐漸被挖掘出來(lái)，前景廣闊。本產(chǎn)品將健康、裝飾、環(huán)保、智能等概念集于一身，利用花卉本身香氣的藥用價(jià)值發(fā)揮“防病、治病、滋養(yǎng)”的作用，并采用智能技術(shù)幫助“養(yǎng)花小白”解決養(yǎng)護(hù)操作問(wèn)題，可在實(shí)現(xiàn)智能養(yǎng)護(hù)的同時(shí)充分發(fā)揮花卉藥用價(jià)值，既符合內(nèi)在需求又符合外在審美。

4.1 防病

（1）殺菌。一些花卉具有殺滅結(jié)核桿菌、肺類球菌、葡萄球菌的作用，如：茉莉花、玫瑰花、薔薇、紫羅蘭等，能夠防范感冒和醫(yī)治呼吸系統(tǒng)疾病。搭配可治頭痛鼻塞的玉蘭花[3]對(duì)傷寒病菌有較大殺傷力。金銀花香，濃淡適宜，對(duì)患有急慢性鼻竇炎、扁桃體炎、腦膜炎、肺炎、急性乳腺炎和大葉性肺炎等[3]疾病的人群大有益處。（2）肝膽心肺保護(hù)。迷迭香和薰衣草都含有乙酸芳樟酯、蒎烯、龍腦等幾十種藥效成分，有平喘功能，用來(lái)治療氣喘病等[3]，另外薰衣草香味有鎮(zhèn)靜和減慢心率作用， 對(duì)神經(jīng)性心跳過(guò)速病人有一定療效;菊花能“通天竅，利衛(wèi)氣”有降血壓作用;梔子花有清肝利膽功能，搭配使用可以為我們的肝膽心肺保駕護(hù)航。

4.2 治病

如利用花香治療失眠，香葉天竺花中的揮發(fā)性油內(nèi)含有香葉醇、芳樟醇、薄荷酮等成分，有鎮(zhèn)靜神經(jīng)的藥理作用[3]，因此能治療神經(jīng)衰弱，有鎮(zhèn)靜、消除疲勞之功能，若搭配有理氣、解郁、避穢的作用茉莉花香和有催眠功能西班牙的野花勃羅特的花香或是薰衣草，整體對(duì)抑郁、失眠、焦慮的患者有顯著治療作用。此外，薄荷具有很好的止痛功效，能有效緩解頭痛[4]。

4.3 養(yǎng)生

比如兒童智力發(fā)育。橙花和檸檬香味使人興奮和自信;玫瑰花的香味使人愉快[5]、舒暢;梅花、蘭花以及菊花和薄荷的清香能夠使思維清晰[6，7]、動(dòng)作矯捷、反應(yīng)靈敏，對(duì)智力發(fā)育有利;此外桂花、白蘭花香甜，其香氣能夠安撫衰弱的神經(jīng)、使心情得到放松[7]。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種基于STC89C52單片機(jī)的新型“花療”智能花卉養(yǎng)護(hù)機(jī)設(shè)計(jì)，其具有部署簡(jiǎn)單、成本低廉、易于控制的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度的監(jiān)測(cè)及滴灌、營(yíng)養(yǎng)液定時(shí)補(bǔ)充，通過(guò)合理搭配不同花卉實(shí)現(xiàn)“花療”養(yǎng)生功效，解決了人們因缺乏養(yǎng)護(hù)時(shí)間和花卉養(yǎng)護(hù)專業(yè)知識(shí)而導(dǎo)致的“花療”效果不佳的問(wèn)題，同時(shí)也可滿足大眾對(duì)綠色養(yǎng)生、智能便捷、美觀精致的產(chǎn)品需求，對(duì)于保證人們健康也有重要意義。

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