基于单片机的智能花盆系统设计

沈阳工业大学信息科学与工程学院　张俊朋　盛象飞

基于单片机的智能花盆系统设计

沈阳工业大学信息科学与工程学院张俊朋盛象飞

白领一族为了缓解自己的生活压力，一般选择在办公室或者卧室种植盆栽，但是平时又无较多时间管理，盆栽往往会枯萎死亡。为了解决上述问题，特设计一种智能花盆系统。该系统以单片机为核心器件，并由温湿度和照度传感器为检测器件设计而成。经测试，该系统能显示当前环境的温湿度，当光照强度达到一定值并持续一定时间时，会及时通过蜂鸣器和LED等提醒用户及时做出相应措施。该系统具有较高的稳定性和应用价值。

智能花盆；温湿度传感器；照度传感器

1　引言

随着现代生活节奏的加快，白领的压力也越来越大。很多白领通常在家中或者办公室中种植盆栽以调节紧张的气氛，营造一个较轻松的环境，进而起到减压和净化空气的目的。白领平时忙于工作和应酬，疏于对盆栽的管理，导致自己喜欢的盆栽枯萎凋零。对此，设计出一种智能花盆系统，该系统利用智能传感器对盆栽所处的环境进行检测，包括土壤温度、空气湿度以及盆栽当前所受的光照强度等，并将检测的温度、湿度通过LCD进行显示，当光照强度较大时，蜂鸣器发出蜂鸣声，并伴有LED灯闪烁，提醒用户将盆栽移到一个光线较为温和的地方。

2　系统总体方案

该智能花盆系统在实现上述功能的同时，为了降低设计成本和减少设计周期，该系统以单片机为核心进行总体方案设计。由于需要检测土壤温度、空气湿度以及光照强度，因此需要用到温度传感器、湿度传感器以及照度传感器；同时需要显示检测到的温度、湿度，也需要LCD显示模块；为了提醒用户及时把盆栽移到一个光线合适的地方，所以该方案通过蜂鸣器以及LED灯发出的声音和灯光，提示用户对盆栽做出相应的保护措施。总体方案见图1所示。

图1　总体方案设计图

3　系统硬件设计

3.1电源模块

电源模块为该系统正常工作提供可靠稳定的直流电源。由于该智能花盆系统的使用对象是白领一族，多在办公室或者卧室等地方使用，因此该系统采用USB或者手机充电器供电，该供电电压多为+5V。采用USB或者手机充电器供电的好处就是通用性和实用性强。

3.2单片机

在电源模块确定之后，接着就是单片机的选型。考虑到该系统采用的是+5V电源供电，同时本着节约成本的思想，单片机选择宏晶公司生产的一款高性能、低功耗、型号为STC89C52RC的新一代8051单片机，它具有8KB的程序Flash存储器，512字节RAM，通用I/O口36个，看门狗定时器，还有外部掉电检测电路等功能［1］。

3.3温度、湿度和照度传感器

根据图1总体方案可知，需要用到温度、湿度和照度传感器。为了实现系统的更高集成化，选用了集温度和湿度传感器一体的DHT11型号温湿度传感器；为了实现方便，照度传感器选用BH1750FVI。

DHT11型号温湿度传感器是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。它采用了先进的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保该传感器具有极高的可靠性和稳定性。该型号传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，可与STC89C52RC型号单片机相连接，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。它具有超小的体积、极低的功耗，这也是该系统选用该型号传感器的主要考虑之一。该传感器的测量误差及量程为湿度± 5%RH，温度±2℃，量程湿度20～90%RH，温度0～50℃。可见，该传感器非常适合在办公室、家庭室内使用。

BH1750FVI型号照度传感器是日本RHOM株式会社近些年推出的一种两线式串行总线接口的集成电路，可以根据收集的光线强度数据来进行环境监测，其具有1～65535lx的高分辨率，可支持较大范围的光照强度变化［2］。它的最大特点是内置AD转换器，接收的光照经AD转换器转换为数字信号，可直接用于单片机的采集，这非常便于单片机对该传感器进行控制和数据采集。该型号照度传感器由+3.3V电源供电，该电压可由电源模块中的+5V转换得到。

温湿度传感器和照度传感器与单片机的硬件电路原理图分别如图2、图3所示。

图2　温湿度传感器电路原理图

图3　照度传感器电路原理图

3.4LCD显示模块

根据图1总体方案可知，当智能花盆系统检测到环境中的温度、湿度时，会显示出来，所以需要用到显示模块。为了整个系统的美观和低功耗，确定选用LCD进行显示。根据方案要求，只需显示温度和湿度，故选用1602LCD显示器即可满足设计要求。

1602LCD显示器每行可显示16个字符，共显示2行，能够同时显示32个字符，是一款低功耗，具有背光功能的工业型液晶显示器。该液晶显示器由+5V供电，硬件电路较为简单，容易实现。

3.5蜂鸣器和LED灯

根据图1总体方案可知，当智能花盆系统检测到光照强度超过设定的门限并持续一定时间后，会促使单片机触发蜂鸣器发出响声，并带有LED灯的闪烁。考虑到该智能花盆系统多处于办公室和卧室当中，为了不影响其他人，当触发蜂鸣器发出响声时，只响三声，但是LED灯会一直闪烁，直到用户按下对应按键才会熄灭。

4　系统软件设计

本系统的软件设计是基于其硬件设计的基础上进行实现的。软件设计主要分为两大部分，一部分是通过温湿度传感器DHT11检测温湿度，将检测到的数据送入单片机，单片机对该数据进行处理并显示在LCD上；另一部分是通过照度传感器BH1750FVI检测光照强度，与程序固化的上限值进行比较，然后做出判断，当光照强度和光照时间超过固化的上限值时，通过蜂鸣器和LED等告知用户，进而达到保护盆栽不受过多暴晒而枯萎的目的。这两部分的软件设计流程如图4和图5所示。

图4　温湿度检测软件设计流程图

图5　照度检测软件设计流程图

5　结论

该智能花盆以温湿度和照度传感器为检测器件，以单片机为控制器件，实现了智能花盆系统的设计。经测试，该智能花盆系统具有检测温度、湿度以及光照强度等功能，并能将温湿度显示于LCD屏幕上，而当光照强度大于一定上限值，并持续一定时间后，蜂鸣器发出响声，并伴有LED灯闪烁。经验证，该系统具有较高的稳定性和可靠性，满足方案设计要求。

［1］李晨杰，赵佑初，章丽霞，袁清.基于单片机的智能花盆的研究与应用［J］.科技创新导报，2013，22：131-133.

［2］云中华，白天蕊.基于BH1750FVI的室内光照强度测量仪［J］.单片机与嵌入式系统应用，2012，06：27-29.

张俊朋（1990—），女，河南平顶山人，硕士研究生，现就读于沈阳工业大学，主要研究方向：视觉伺服信息处理。