一种盆栽土壤湿度监测与提醒系统设计

陈苍松++赵淑霞

摘 要：该文设计了一个土壤湿度监测与提醒系统，主要由单片机、湿度传感器、模式选择、显示及报警模块几部分组成。系统采用集成了A/D转换模块的单片机为系统的控制核心，将土壤湿度传感器实时监测输出的数据进行处理，系统具有显示及语音报警功能。盆栽植物生长过程土壤水分测控系统是在总结国内外研究现状的基础上，通过采用土壤湿度传感器和单片机控制装置设计出一套适用于盆栽植物生长过程中土壤水分的监测系统，该系统可解决人们种植盆栽植物过程中存在的问题，同时又具有系统成本低、实用高等优点。

关键词：单片机 土壤湿度监测 传感器 盆栽

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0023-02

很多盆栽植物具有净化空气、怡神静气的功效，已经成为家家户户必不可少的装饰品，盆栽可以给人们带来愉悦心情与视觉享受，但是同时，盆栽是有生命的，需要适时浇水。上班族忙于工作，养几株盆栽怡养性情，平时却疏于照料，经常是想起来时花已经凋亡，让人唏嘘不已。该文利用单片机技术，设计了一个监测与提醒系统，该系统能实时检测花盆土壤湿度，并根据湿度情况进行文字及语音提醒，提醒养花者自行浇水，让养花者既能摆脱时时的牵挂又能体会到亲自浇水的乐趣。

1 系统设计方案

盆栽土壤湿度检测与提醒系统主要由五部分组成：单片机、湿度传感器、模式选择、湿度显示、报警模块。系统原理框图如图1所示。模式选择模块用于设定盆栽湿度类型，有3种模式：S（湿生花卉）、M（中生花卉）、H（耐旱花卉）。湿度传感器模块完成盆栽土壤湿度的采集，并将湿度信息传给单片机的A/D转换部分，完成湿度由模拟值向数字量的转换，单片机控制部分将转换后的湿度值经由显示模块显示出来，供资深养花者做浇水与否的判断参考，同时，当湿度值低于所选模式对应的湿度范围时，系统可自动判断盆栽处于缺水状态，自行启动报警模块，以文字和语音两种方式提醒养花者浇水。本系统只监测土壤湿度，空气温度与湿度不予考虑。

2 系统硬件设计

2.1 湿度传感器模块

土壤湿度传感器又称土壤水分传感器，用来测量土壤容积含水量。该文所选型号是FC-28（图1），表面采用镀镍处理，有加宽的感应面积，可以提高导电性能，防止接触土壤容易生锈的问题，延长使用寿命。

将探针插入土壤里，过几秒等充分接触土壤后，信号传至单片机的AD转换模块，经处理后由单片机控制输出至显示模块。

2.2 单片机

单片机是整个系统的核心部件，通过它实现对整个系统硬件的控制，包括土壤湿度的采集转化、显示、语音提醒及报警信息等。

该设计所选单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机STC12C5A60S2（图2），它是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍，且内部集成有8路高速10位A/D转换模块，可简化总电路，A/D转化速度可高达250 K/s，即25万次/s。

2.3 模式选择

不同湿度类型的盆栽所需土壤的湿度范围也不同，根据盆栽所需土壤的合适湿度范围，可将盆栽大致分为湿生花卉、中生花卉、耐旱花卉三种。模式选择模块用于选择所监测盆栽的湿度类型，从而确定该盆栽的湿度监测范围。该部分电路用按键实现。

2.4 湿度显示模块

湿度显示模块用于显示当前湿度值，以及警示信息。该设计中的显示模块采用带中文字库的12864LCD液晶显示屏，如图3，它是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也较低。

2.5 报警电路

报警电路采用语音芯片直接驱动喇叭的方式，用于实时播报当前湿度，以及土壤湿度低于设定湿度范围时的语音警报，由单片机控制其输出报警信号（图4）。

3 软件设计

该系统软件部分采用C语言编程，首先进行系统初始化，模式选择后确定湿度设定范围，检测当前湿度值与设定范围进行比较，如果在范围内，则输出湿度值及文字、语音提醒；若低于设定值，则输出湿度值并发出文字、语音报警信息，及时提醒为盆栽浇水，程序流程图如图5所示。

4 结语

该设计用单片机控制技术指导操作者科学地为盆栽浇水，使盆栽照料工作变得更加轻松愉快。系统采用集成了AD转换模块的单片机作为控制核心，并采用液晶显示模块显示提醒及报警信息，简化了硬件电路，降低了电路板的体积，而且操作方便。

参考文献

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