基于STC89C52的高空智能防摔花盆设计

杨军

（郑州技师学院电气工程系，河南郑州，450007）

1 整体方案

本设计采用美国新型微纳米级失重检测传感器，体积小，响应快，可在花盆下落时迅速向单片机发送信号；专用蜂鸣部分发音响亮，可在打开降落伞减速的同时，发出声光报警提醒路人避免花盆从阳台坠落。当系统控制装置检测到花盆从高空坠落时，系统控制装置会打开降落伞并发出警报，可避免花盆伤及路人或者路过高楼附近的车辆的后果。当花盆从阳台上落下时，失重检测部分会检测到这一变化，然后将信号发送给单片机控制系统，单片机控制舵机部分执行动作弹出降落伞。近年来各媒体报道显示阳台上落下的花盆引发的交通事故和人身事故呈上升趋势，因此高层居民可以利用这种装置防止落下的花盆伤人。本设计的设计思路新颖，是一种全新的基于加速度检测传感器和单片机智能控制的高空智能防坠花盆，使人们的生命健康得到安全保障。

由于我国建设用地资源有限，越来越多的城市开始修建高楼，高层居民在阳台上种花也很常见。高空落花盆的消息也频频出现在各媒体报道中。从高处落下的花盆很可能伤及路人，对高楼大厦周围行人与过往车辆的潜在危害非常大。本文提出的设计的具有防摔功能的花盆从高空坠落时会打开降落伞和报警器，可以最大限度地减少花盆从高空坠落时对行人造成伤害的可能性，非常适合在高层阳台上种花的人使用和推广。

本方案给出的解决方法为一款改进的新型智能防摔花盆，在平常生活中可以作为普通花盆来使用，当发生高空跌落意外时可弹出降落伞，从而缓缓下降，起到安全降落的效果。

1.1 系统结构框架

本系统的整体系统框图如图1。

图1 系统结构框图

1.2 方案介绍

本文的新型花盆设计主要针对高层阳台花盆坠落伤及行人的现象，设计具有降低坠落速度同时发出警报功能的花盆。如果花盆从阳台坠落，花盆内的加速模块会通过单片机控制模块使舵机打开降落伞，并发出报警，从而大大降低花盆从高层坠落伤及行人的可能性。这种设计可以像普通花盆一样正常使用。高空坠落时，可降低坠落速度，并发出声光报警，保护高层建筑附近的行人。具有一定的使用价值和市场推广价值。

2 模块电路设计

2.1 单片机最小系统模块

本设计中的单片机最小系统包括一个核心控制芯片、一个晶体振荡器和一个按键控制的程序复位电路。

本设计的核心控制芯片采用的是STC89C52芯片，该芯片为国产宏晶公司生产的一款智能控制MCU，价格便宜，特别适合家用电器和儿童玩具的智能控制。

本设计中使用的晶体振荡器为11.0592MHz。晶体振荡器使本设计可以准确地获得特定的波特率，本设计留设了扩展接口，方便通过串行通信进行设备调试。

本设计使用的按键控制的程序复位电路，主要用于调试设备时的程序复位留用。本设计对于检测部分的灵敏度以及弹跳部分的灵敏度都可以进行调试以获取最佳效果。

2.2 加速度检测模块

花盆失重检测部分采用MPU6050专用的加速度检测芯片。传感器的测量范围与灵敏度可由单片机进行设定控制。陀螺仪和加速度计的测量范围比较大，测量精度也比较高，可以完成花盆掉落失重状态的监测。

MPU6050的角速度可测量范围非常广，灵敏度也比较高，可精确跟踪快慢运动，用户可设定范围为±2g、±4g、±8g和±16g的范围监测。MPU6050的封装尺寸非常小，监测元件小尺寸使花盆整个设计也非常小。

加速度检测元件之所以选择MPU6050主要考虑因素为美信加速度传感器的设计体积非常小，可以安装在花盆内部而不占用大量空间的优点。

2.3 舵机动作模块

本设计动作执行部分采用舵机来完成。在接收到高频PWM外部控制信号后，可以在较短的周期时间内获得位置信息，并且可以及时调整转向器摇臂的位置。转向器的响应速度相对较快，以便在第一时间释放降落伞，使从高楼落下的花盆缓慢落地，以免伤及行人。

本设计所采用的舵机具有体积小、控制精确度高等优点。实际应用中将舵机埋入花盆内部，占用空间比较小，对花盆外观没有影响。在控制过程中，当失重检测模块检测到花盆掉落，会将信号传输进单片机IO口。单片机在收到失重信号后会向舵机发出动作指令。舵机动作迅速且精度较高，可以及时打开降落伞从而使高空掉落的花盆缓缓降落。

2.4 声光报警模块

本设计智能花盆采用高分贝的报警蜂鸣器和高亮闪烁的LED灯组成声光报警部分。蜂鸣器是受单片机控制的发声器件。

该设计使用单片机I/O端口来控制驱动蜂鸣器发声。由高分贝的警报蜂鸣器和高亮闪烁的LED灯制成的声光警报部分的主要目的是提醒高层建筑附近的行人在花盆掉落时注意天空中的物体。使用单片机控制蜂鸣器和指示灯的工作，完成了报警声和指示灯的相关功能执行。

图2 系统控制流程图

3 软件编程设计

3.1 硬件接口定义

本设计使用单片机P0口控制声光报警模块、使用单片机P1口获取传感器数据、使用单片机P2口控制舵机机械动作。

3.2 延时子函数

延时子函数程序采用C语言编写代码如下：

3.3 传感器与舵机子函数

传感器与舵机子函数程序采用C语言编写代码如下：

初始化MPU6050传感器程序如下：

传感器获取数据程序如下

主函数部分代码如下：

4 结束语

本文以STC89C52单片机作为核心控制芯片，设计了失重检测部分，舵机动作执行部分，声光报警部分等外围电路，整机调试结果正确，可以实现高空掉落花盆打开降落伞，以降低下降速度，同时发出声光报警的功能。此设计可作为普通花盆正常使用，组件均选用通用设备，单片机控制器芯片成本低至三元，全套设备成本不超过三十元，适合于高层阳台花草供人群使用。本设计所采用的电控与机械结构都比较简单，控制器编程内部逻辑也比较明了，能够较为成功的完成降低高空掉落花盆伤及行人的事件概率，创新性和实用性都比较明显。