基于单片机的智能花房设计与仿真

2021-03-18朱洪浪曾陈萍叶长青向镍锌

广东蚕业 2021年1期

朱洪浪黄静曾陈萍叶长青向镍锌

（西昌学院信息技术学院四川西昌 615000）

随着我国经济飞速的发展，城市化率逐年升高，常住城市人口不断增加，百姓生活水平和质量也迅速提升，特别是国内消费能力变得越来越强[1]。伴随着城市化进程，人们对精神世界的追求也愈加强烈，城市人对于花卉、盆栽、花房的需求巨大[2]。

花房恰好是能陶冶情操，修身养性的一处佳地。虽达不到“种豆南山下”的舒适淡然，却也有一种“结庐在人境，而无车马嚣”的宁静在其中。而要修建一个花房却是开头容易，坚持难。花房开始仅仅需要一个房间或者一个阳台，里面种一些喜欢的花卉。然而花卉的生长过程当中，对于光照强度、温湿度的控制不能单靠人的感觉和经验来调节，控制不当轻则叶黄花枯，重则花谢根烂，特别是对一些珍贵花卉来说，这样的损失是难以承受的[3]。

针对传统花房管理仅靠人工浇水、通风、补充光照等，不仅费时费力，还容易造成水资源的浪费，且做不到精细化、智能化的管理[4]。因此，设计一款能实现自动浇水、自动散热、自动加热、自动补光的智能花房控制系统就显得尤其重要。

1 方案设计

本智能花房设计采用模块化设计，以 STC89 C52芯片为信息运算处理核心，主要包括环境信息采集模块、继电器控制模块、按键模块、显示模块。其中，环境信息采集模块通过温度传感器和湿度传感器采集土壤温湿度信息，光敏电阻采集环境光照强度，经ADC0832 转换后给单片机处理，并显示在 LCD1602显示屏上。然后单片机通过扫描与功能按键相连的引脚，并判断各引脚电平以及各功能按键的状态对继电器进行控制。继电器控制模块，当按下自动控制按键时，程序将检测到的土壤温湿度和环境光照强度与设定值进行对比，若在设定值内则不会进行任何操作，若不在设定值范围内则会进行相应的调控操作，如图1中的继电器1 在光照强度弱的时候自动进行补光。在自动控制按键未按下时，也可以通过手动按键控制对应的继电器进行调控。

图1 整体方案设计框图

2 硬件系统设计

智能花房硬件系统设计包括电源电路、温度检测电路、湿度检测电路、光照检测电路、按键及继电器控制电路，如图2所示。

图2 电路原理图

2.1 电源电路

如图2所示，本系统采用5V 电压供电，利用一个电源接口和自锁开关控制开关状态。470 uF 电容可以起到低频滤波的作用，防止电源电压波动或者工作电流异常，从而影响其正常工作的稳定程度。

2.2 温度检测电路

如图2所示，本系统采用不锈钢封装DS18 B20 温度传感器采集土壤温度信息，直接输出数字信号，传递给单片机的P3.7 口。上电复位时温度寄存器中设置的默认值为+85 ℃。

2.3 湿度检测电路

如图2所示，本系统采用YL-69 土壤湿度传感器串联一个10 kΩ的电阻，连接在5V 电路上，将湿度传感器的输出值转化成电压值，输出给ADC0832 的CH0 转换成数字信号，再发送给单片机进行处理。当土壤中的湿度最小时，湿度传感器的电阻是10 kΩ，当土壤湿度最大时，湿度传感器的电阻是0.1kΩ。

2.4 光照检测电路

如图2所示，本系统采用光敏电阻采集光照强度，其中光照强度强，光敏电阻阻值小，光照强度弱，光敏电阻阻值大。将其串联一个电阻即可将电阻变化引起的电流变化转变为电压值变化，将电压输出连接到ADC0832 的CH1，ADC0832 的DI 和DO 均连接到单片机的P1.1 口，CLK 端接到单片机的P1.0 口，为A/D 芯片提供时钟输入，使能端CS 接到单片机的P1.2 口，不同传感器的模拟电压分别由CH0 和CH1 端输入。

2.5 按键及继电器控制电路

如图2所示，本系统按键电路是用来控制继电器的闭合，继电器控制自动模式与手动模式转换，设置湿温度上下限值，设置光照强度阈值。

当处于手动模式时，四个按键控制四个继电器，K2 控制抽水机，K3 控制加热片，K4 控制手动自动切换，K5 控制散热，K6 控制补光。当处于自动模式时，按下设置键后，有三个按键对温湿度上下限值及光照强度阈值进行设定，K2 为设置时的减键，K3 为设置键，K4 为加键。按K3一次时设置湿度上限值，按K3 第二次时设置湿度下限值，按K3 第三次时设置光照强度值，按K3 第四次时设定温度上限值，按K3 第五次时设定温度下限值，按K3 第六次时回到主界面。

3 仿真及调试

3.1 智能花房仿真

智能花房整体电路仿真图如图3所示，实现仿真的步骤如下：

①在Keil 中编写主程序和各模块字程序代码，导出HEX 文件；②将HEX 文件导入到Proteus 中的单片机里；③Proteus 模拟仿真和调试温湿度设置与调控、光照强度设置与调节等功能，验证便携式电子秤设计的有效性和可行性。

图3 智能花房仿真测试图

图4 智能花房调试实物图

3.2 智能花房调试

焊接好各模块后，用万用表检查，确定无短路或者断路时，连接电源线打开开关。先调试手动模式，当系统为手动模式时，点击各个控制继电器的按钮，继电器运作。手动模式调试完成。打开自动模式后，首先调试湿度控制模块，将相对湿度上限设定为70%，下限值设定为40%，当湿度低于这个范围时抽水机和警报器运作，当湿度达到这个范围时抽水机停止运转，当湿度高于这个范围时蜂鸣器工作。接着调试控制光照强度，把光强设置为25 lx，当光强低于25 lx 时，补光灯亮。接着调试控制温度模块，把温度下限设定为20 ℃，上限设定为35 ℃，当温度低于这个范围时，加热片工作，当温度高于这个范围时，排气扇工作。