基于单片机的环境感知自动花架设计

汪卿 邱雨欣 耿一田 朱龙啸 张博群 徐国祺

摘 要：为解决现代家居生活和温室大棚种植过程中针对人为、自然条件等各种因素所导致的盆栽死亡的问题，设计一种可感知室内环境的自动式花架，使其能满足人们对于种植盆栽的需求，以及提高绿植的存活率。该设计通过土壤湿度传感器、光强传感器和STC89C52单片机的结合，感知外部环境，结合负反馈调节的方法，使自动式花架上的盆栽始终处于稳态环境中。通过模拟试验法和文献研究法确定了各模块硬件型号，确保盆栽达到最理想的生长环境。室内自动式花架作为一种智能装备，可实现观赏性和实用性相结合，给用户提供一个良好的盆栽养护环境。

关键词：花架;自动化设备;土壤湿度;光照强度;结构设计

中图分类号：S688    文献标识码：A   文章编号：1006-8023（2021）01-0053-06

Abstract：In order to solve the problem of potted death caused by various factors such as manmade and natural conditions in modern homes and greenhouses， an automatic flowerpot frame which can perceive the indoor environment is designed to meet peoples demand for potted plants and improved the survival rate of green plants. Through the combination of soil moisture sensor， light intensity sensor and STC89C52 single-chip microcomputer， the design senses the external environment and combines the method of negative feedback adjustment， so that the pot on the automatic flower frame is always in a stable environment. The hardware models of each module are determined by simulation test and literature study to ensure the optimal growing environment for pot plants. As a kind of intelligent equipment， indoor automatic flower frame can realize the combination of ornamental value and practicality， providing uses with a good potted maintenance environment.

Keywords：Flower frame; automation equipment; soil moisture content; illumination intensity; structural design

0 引言

随着人们对自然生态的渴求逐渐强烈，人们愈发喜爱将生活环境与森林生态系统相互结合，试图制造一种室内森林生态景观。因此，现在许多家庭和温室大棚都栽种各类盆栽，以达到净化空气、美化环境以及进行学术研究等目的，对此，用户均需要依据不同种类植物的习性对其进行科学养护。用户如果不能针对不同种类的植物进行科学性养护，则很容易导致植物不能正常的生长甚至枯萎。目前国内市场上仅出现了可以实现自动补水的花架，这些花架大多采用简单的自动补水装置，且一台装置只能控制一盆盆栽，存在复杂、昂贵、易损且不易管理等缺点，无法针对不同种类盆栽进行科学养护和批量种植[1-4]。

针对此情况，本文提出了一种可感知室内环境的自动式花架，可有效避免盆栽受损，还可批量种植，节省时间，并根据植物习性不同，对不同种类植物进行分类，以实现对各类植物的科学养护;本文将传感器与程序相结合，设计一种能够科学化给水、补光的自动式花架[5]。通过此自动式花架的设计，使用户能够体会到自然森林生态的生活环境。

1 整体设计

室内自动式花架的整体设计由3部分组成：外部结构、硬件设计、软件设计。

图1为装置的结构示意图。该花架由顶罩、环形座、灯带、底座、立柱、滴灌管、環形座和万向轮等工作组件构成，且立柱被环形座切分为3层，各层可独立转动，环形座和灯罩底部均设置有灯带。硬件设计由单片机模块、传感器模块、LCD显示模块、按键输入模块和调节模块5大模块组成。软件设计主要是根据系统设计原理，明确系统运行逻辑，再利用 Keil 进行编程。

2  各部分设计

2.1 硬件设计

2.1.1 单片机模块

单片机模块选用STC89C52型单片机。该单片机属于STC宏晶科技公司生产的新型ISP单片机，是51系列单片机的衍生品种，与目前流行的单片计算机MSC-51系列内核完全兼容，具有可在线编程、功耗低和供电电压低的特点[6]。

2.1.2 传感器模块

传感器模块主要由两部分组成，光强传感器和土壤湿度传感器。可分别对环境中的光照强度和土壤湿度进行检测。如图2所示。

土壤湿度传感器应具备稳定性高、检测精度高、体积小和耐腐蚀等特点。因此选用YL-69湿度传感器[8，14]。在各盆栽土壤中均放置土壤湿度传感器的镀镍探头，检测各盆栽土壤湿度，每隔30 min，向单片机输出一次电压信号。