植物音频促长仪的设计和开发

周红　张奕超　王宏坡

摘 要：当前针对通过声音刺激植物生长已成为热门话题，实验表明，一些针对植物的特殊音乐或者通过特殊设备产生的特殊音频会对植物的生长发育具有一定的影响。物理农业的一个重要技术方面就是通过声音刺激植物生长技术，该技术也是发展物理科技农业的重要技术之一。该文在已有专利的基础上，对植物音频发生器原理和效果进行了说明和介绍，并在蔬菜、瓜果等不同的植物上进行了实验，实验结果表明，植物音频促长仪通过特殊的音频不仅具有促长和增产，而且设备成本低，易于推广。

关键词：音频促长 单片机 植物

中图分类号：TN 91918 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（c）-0069-01

1 装置的基本组成和工作原理

1.1 基本组成

该植物音频促长仪通过微控制器AT89C51SNDlC单片机作为控制核心，此外还有可以插入U盘的MP3模块、有功率放大模块、有交流220V转换为直流12V电压的电源转换模块、还有用于调整音量的模块和扬声器模块等组成，如图1所示。

1.2 各部分的功能

（1）单片机微控制器模块：该模块采用了内部含有MP3解码器的作为AT89C51SNDlC单片机作为控制核心，通过它完成对植物声音的读取，存放以及播放，从而减少单独设计MP3音频处理模块，进而降低了成本。

（2）MP3模块是集成与单片机的播放模块，该模块不再由用户进行软件编/解码，可直接进行读取并播放MP3格式的音频数据。

（3）SD卡/U盘模块：该模块主要用于与SD卡及U盘接口配套使用，以便将存储在SD卡及U盘中的特殊音频通过该模块读取到单片机中。

（4）功率放大模块：该模块主要用于放大通过MP3模块播放出的音频信号，由于MP3模块产生的音频功率较小，不能推动外置扬声器发生，为此，增加功率放模块，以便于播放相应音频。

（5）交流电转换直流电模块：由于当前居民用电的輸电电路主要是220 V交流电，但在植物音频促长仪中的很多模块都是使用直流电，因此通过该模块完成从交流电220V向直流电转换，所转换过来的直流电压有5V的用于供给控制芯片等，还有12V电压，用于音频模块，当然如果未来有些模块需要其他直流电压，也要通过该模块进行。

（6）音量调节器器模块：该模块通过调整按钮，用于改变音频的输出功率，从而达到调整音频促长仪音量的作用。

（7）扬声器模块：该模块主要由几个动圈式扬声器组成，用于将植物音频促长仪生成的特殊音频信号转化为声音并播放出去。

2 工作原理

该植物促长仪主要应用了目前比较普及的具有的SD插卡接口及U盘接口的MP3模块和环境监控及定时模块，设备工作的原理如下所示。

植物音频促长仪具有自动和手动两种方式，如果在手动方式下，则设备的开启与关闭完全取决于操作者；在自动方式下，通过一个定时器，将设备设定在固定的时间段进行自动开启和关闭。无论何种方式，当开启电源时，用于外接的220 V交流电进入电源转换模块，该模块将交流电转换为5V和12 V两种直流电源，其中5V用于供给单片机及周边芯片供电，而12V的直流电为音频相关模块供电电源。当所有设备都接通电源后，单片机控制模块就根据程序指令自动通过SD卡/U盘接口读取存储在SD插卡或U盘上的MP3格式的音频数据，然后单片机的MP3模块将MP3格式的音频进行解码，转变为可以播放的声音，而后将解码后的数据送入功率放大器模块，最后经动圈扬声器将音频播出。音量的大小用户可以通过调整功率放大器的功率放大按钮进行调整，从而使声音能够播放到所需覆盖的区域。

3 应用举例

本植物音频促长仪在多种不同的植物上进行了测验，测试表明，该设备对植物的生长和产量都有提高。测试是严格按着对比试验的方法进行，即在同一块土地上，使用同样的植物，一块土地使用植物音频促长仪，一块土地不适用植物音频促长仪。此外，为了更具体看出差异，对两块土地上的植物分不同时期进行测量，尤其是高度，分了两个不同时期进行测量，具体见表1，通过所产生的结果可以明显看到植物音频促长仪的效果。

4 结语

当前，农业逐步向生态农业方向发展，而要实现生态农业其中的一个重要方面就是发展物理农业，植物音频促长仪就是将物理原理应用到农业的一个典型案例，并且通过将该设备应用到农业中，经试验表明，该设备能够对植物的生长过程产生刺激，从而达到增产效果，此外，该设备由于是使用物理原理调整植物生产，并没有采用生物技术，从而可以减少化肥用量，不污染环境，从而进行绿色食品生产，有极大的经济效益和社会效益。当然，该设备还存在一定缺陷，比如对于供电，如果设备是放置到野外，则电源是一个问题，可以考虑在未来采用太阳能供电，这样就可以解决野外使用时供电的问题。

参考文献

[1] 白生龙，田光华，郝水源，等.植物声频控制技术在玉米、向日葵上应用初探[J].华北农学报，2006，21（3）：86-88.

[2] 王江，王明亮，黄维兵.植物声频控制技术在棉花上的应用效果研究[J].新疆农业科学，2009，46（2）：415-418.

[3] 王宏坡，马文芝，周红.基于Android 的电子书阅读器的设计与实现[J].天津农学院学报，2014，21（2）：39-41.