一种智能盆栽监测仪器

马振贺 史吴斌 谢国辉

摘 要：該文设计了一个监测盆栽温度、湿度与光照情况的仪器，该仪器主要由单片机、温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、液晶显示屏、蓝牙模块、报警模块等组成。系统采用集成A＼D转换模块的单片机为系统的控制核心，将土壤温度、湿度传感器实时监测输出数据进行处理，系统具有显示的功能，在水分含量低时，可以通过蓝牙模块自动补充水分。该仪器是在国内研究土壤水分测控系统的基础上，通过采用单片机、传感器和蓝牙技术设计出的一套适用于盆栽植物生长的监测仪器，该仪器可以解决人们种植盆栽过程中的问题，并且对未来盆栽蔬菜的种植具有很好的导向作用，该仪器制造成本低，实用性较强。

关键词：传感器 盆栽 监测 单片机 蓝牙技术

随着人们生活节奏的加快，人们生活压力增大，于是很多人选择养几盆盆栽陶冶一下情操。但是，人们总是忘记照顾盆栽，盆栽因为各种各样的问题而死亡，如果有仪器可以实时监测盆栽的生长状况，并且将信息传递给我们就会解决这一问题。基于此，我们利用光、温度、湿度传感器及蓝牙技术做出了一款产品，可以解决这一问题[2]。另外“盆栽蔬菜”这一名词在欧美发达国家已经显得不是那么陌生，人们在自己家的阳台上种植蔬菜，不仅可以保证蔬菜的新鲜程度，还可以保证无公害。我们这款产品继续研发可以做到蔬菜从种子到餐桌的一站式处理[4]。

1.仪器设计理念

盆栽检测仪器主要由单片机，温度、湿度、光照传感器，液晶显示，蓝牙模块等装置组成。湿度传感器、温度传感器、光敏传感器等完成盆栽温度、湿度、光照信息的采集，然后传递给单片机的A/D转换部分。完成模拟值向数字量的转换，单片机的控制部分经过比较判断是否需要浇水。当湿度低于某一数值时，系统自动判断盆栽处于缺水状态，自行启动蓝牙模块进行浇水[3]。

2.仪器硬件设计

2.1单片机

单片机作为整个系统的核心部件，通过它实现对整个系统硬件的控制，包括土壤温、湿度的采集转化以及比较发送指令等。

该仪器采用的是天河双龙电子有限公司的STM32F103ZE单片机，它具有高速、低功耗、超强抗干扰的优点，指令代码兼容51单片机。

1. 超低的价格。以8位机的价格，得到32位机，是STM32最大的优势。

2. 超多的外设。STM32拥有包括：FSMC、TIMER、SPI、IIC、USB、CAN、IIS、SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA等众多外设及功能，具有极高的集成度。

3. 丰富的型号。STM32仅M3内核就拥有F100、F101、F102、F103、F105、F107、F207、F217等8个系列上百种型号，具有QFN、LQFP、BGA等封装可供选择。同时STM32还推出了STM32L和STM32W等超低功耗和无线应用型的M3芯片。

4.优异的实时性能。84个中断，16级可编程优先级，并且所有的引脚都可以作为中断输入。

2.2蓝牙芯片

本仪器采用低功耗蓝牙透传模块GT-ZS01，该模块使用简便，无需任何蓝牙协议；该模块具有丰富的指令集，如：支持AT指令软件复位模块，获取MAC地址，支持AT指令修改MAC地址，控制不同的转发速率，修改串口波特率表。极地功耗的待机模式。高速透传转发，最快可达8.2k/s。

2.3贴片温敏电阻

贴片热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。贴片温敏电阻体积非常小，对温度变化的响应很快。

热敏电阻灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10倍以上。工作范围很广，常温期间适用于-55℃-300℃，使用方便。

2.4光线传感器

红外接收二极管又称红外光敏二极管，它能很好地接收红外光信号，而对于其他波长的光线则不能接收，因而保证了接受的准确性和灵敏度。我们采用RPM-301B型号的光敏传感器，在红外接收二极管管壳上有一个能射入光线的玻璃透镜，入射光通过透镜正好照射在管芯上。红外接收二极管管芯是一个具有光敏特性的PN结，它被封装在管壳内。红外接收二极管管芯的光敏面是通过扩散工艺在N型单晶硅上形成的一层薄膜。它的管芯以及管芯上的PN结面积做得较大，而管芯上的电极面积做得较小，PN结的结深比普通半导体二极管做得浅，这些结构上的特点都是为了提高光电转换的能力[4]。

2.5液晶显示屏以及太阳能电池板

采用单色液晶屏，其最大的特点是工艺简单，价格便宜，控制简单，对CPU的要求低，占用的I/O口哨，应用比较广泛，在强烈的阳光直射下，不会影响视觉。由于植物长期生活在光照条件下，我们考虑添加一块小型的太阳能电池板，供给仪器用电。如果技术成熟，可以保持仪器一直在工作状态。

3.软件设计

该仪器部分采用C语言编程，首先进行初始化，设定湿度值。检测当前湿度值与设定范围进行比较。将温度值在显示屏上显示，如果湿度在给定范围内，仪器不会做出反应；如果湿度低于设定范围，单片机启动蓝牙模块，自行启动浇水，直到湿度在给定范围内。对于光敏元件检测的数值将会直观的显示在单色显示屏幕上，本仪器可以当做家庭温度计使用。

4.结语

我们拥有的创新想法，不仅可以应用到花草等盆栽上，同时可以应用到蔬菜上。“盆栽蔬菜”在未来几年内定会成为新兴事物。就中国国内而言，除了小米旗下北京的花花草草有限公司退出了一款APP和一款公益产品外，并没有其他竞争对手。另外小米的那款产品需要通过蓝牙绑定手，只要在一定的距离范围内才能发挥作用，而我们不可能因为一盆植物时刻开着蓝牙，这款产品是非常不科学的。未来关于这一方面市场空间巨大，潜力无限。

该仪器利用单片机科学的测定温度、湿度和光照等信息，为盆栽营造了更加适宜的环境，使盆栽照料工作变得更加轻松愉快。

参考文献：

[1]董爱香. 北京花坛草花应用现状及未来发展策略[J]. 北京园林，2007（02）：20-23.

[2] 高翠翠，耿丽丽，安凤霞，卢宝伟. 现代居室的室内绿化设计与植物配置[J]. 黑龙江生态工程职业学院学报，2010，23（01）：21-22.

[3] 陈晓. 郑州市盆栽蔬菜的发展现状及前景分析[J]. 信阳农业高等专科学校学报，2013，23（04）：95-97+100.

[4] 张星晔. 光照度实时监测系统[J]. 测试技术学报，1995（02）：55-58.

作者简介：

马振贺（1997.08.03-）男，汉族，山东省聊城市，身份证号：371522199708030514，本科生，研究方向：电气工程

史吴斌 （1996.11.07-）男，汉族，安徽省滁州市，身份证号：341103199611071612，本科生，研究方向：自动化

谢国辉 （1997.04.19-）男，汉族，四川省内江市，身份证号：51102819970419771x，本科生，研究方向：自动化。