智能植物养护系统项目管理探索

智能植物养护系统项目管理探索

蒲皓宇、张梓锋、季殿学、段靖娟

黑龙江工商学院

摘要：论文设计的植物智能养护系统主要以STC89C52单片机为主控芯片，包括温度采集模块、湿度采集模块、光照采集模块、红外线模块、语音模块、串口屏模块。通过光照控制装置和湿度控制装置可以检测植物的湿度、温度、光照强度3个因素是否低于或高于设定值，进而根据结果进行浇水、施光等操作，最终在串口屏显示环境温度、湿度、光照强度及植物生长状况数据，同时进行语音播报及报警。通过调试，该系统性能稳定。

关键词：STC89C52单片机；串口屏；语音模块；传感器

现代社会，人们在追求宜人生活环境的同时，对家居环境的设计更加注重绿色设计的理念，在居室内、阳台、屋顶、露台或庭院等空间范围内从事园艺植物栽培和装饰的活动，有效地调和生活环境，使家居更人性化，个性化，富含自然气息和生活情趣。其中庭院园艺的植物种植面积大，种植植物种类丰富，植物养护工作量大，需要智能家居产品帮助完成家庭园艺养护工作。

1、植物养护与物联网技术

现代都市人追求绿色、健康的生活方式，人们常会选择栽培花草来陶冶情操，舒缓压力，以及装饰家居环境，以调节生活情趣。但是大部分人们对植物植物养护的了解甚少，只进行浇水、松土等简单养护，由于各种植物生长习性和状态不一，导致记错时间或混淆种类，常常造成“不知道什么时候该浇水”，“不知道每种植物该浇多少水”，甚至“忘记浇水”。有研究表明，花草80%以上的死亡是由于浇水不及时。

然而，植物养护不仅仅是简单的浇水时间和浇水量问题。根据植物生长种类和习性，浇水因花而异：如肉质干性花卉少浇水（佛甲草、景天等）；喜湿花卉多浇（芦竹、风铃草、香菇草等）；叶面生毛花卉（棉毛水苏、薄荷、薰衣草等）不宜叶面浇水，否则易感染病腐烂，还有叶片小，水分蒸发慢，浇水少（六月雪、紫薇等）；针叶树需水量少，孕苗期多浇，花期少浇。根据土壤品质不同，浇水量也不同。土壤持水性差的多浇，持水性好的少浇；土层厚的多浇，土层薄的少浇。此外，土温与水温不能相差太大，冷热保持在5摄氏度以内，两句俗语以警世人：“水温适度花枝茂，水温过冷花感冒。”“水温差五度，根系命呜呼。”季节的变化因素对浇水量也有影响。夏季高温，土易干燥，浇水相应增加。伏后空气干燥，连续晴天高温则一天两次，早晚各浇水一次，下午浇头，上午浇补水，必要时向植株喷水，向墙体、园路喷水，藉以增湿降温。进入秋季往往干旱，浇水不能松懈，与伏季相同。冬季植物进入休眠，保持土不过干即可。但北方干燥，植物和土壤水分极易被带走，浇水也可每天或几天一次，中午进行。

可见，植物养护工作复杂，需要对植物的品类习性有一定的了解，还要对植物的生长状态有一定的把握。然而，现代都市人工作繁忙，无法很好地照料花草，因此需要智能产品帮助我们更好地完成家居植物养护工作。随着时代的发展，机器人逐渐走近并高度参与我们的生活，从各个方面影响并辅助我们。物联网技术能够自动采集环境信息，自动控制浇水、喷雾、除虫等工作，以机器人为载体将物联网技术应用到家庭园艺养护中，使家庭植物养护活动变得更加智能，运用寻迹技术、自平衡技术等，提供更多家居智能产品的交互体验。

2、系统整体方案

系统结构主要由STC89C52单片机、传感器、串口屏、语音模块组成。温度传感器、湿度传感器、光照传感器检测外部环境的数据，然后数据以模拟信号的形式送入ADC转换器变成数字信号输入给单片机，输入的数字信号和系统内部设定的标准进行比对，由语音模块将结果播报出来，当外界温度、湿度、光照强度低于系统设定标准则进行加温、加湿、加光等操作，直至满足系统设定的标准，反之相同。

3、主要电路设计

3.1 光敏电阻传感器

根据光照强度的不同，光敏电阻传感器两端的电压值会随之变化。采集到的电压值通过AD转换器就可以表示当前的光照强度。将当前的光照强度传输给LM393比较器，让其与内部设定的阈值作比较可输出高低电平，滑动变阻器调节可以调节该阈值。

3.2 红外传感器模块

红外传感器模块的发射是为了感知周围环境的某些方面，其工作方式为发射器即红外发射二极管不断向外界发射红外线，当发射出的红外线因为没有检测到外部环境中的被检测物体而反射回来时，与其相连的光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平;当被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，此时模块的输出端为高电平，电阻和输出电压将随接收到的红外光的大小而成比例变化。

3.3 湿度传感器模块

将J1两个插片插在土壤里面，根据我们事先的调查和测试，我们知道了固定放置在比较湿润的土壤的探针间的电阻在几百欧，用来测量和收集电压值的是AC口，当测量到土壤湿度较低或者干旱时，探针间电阻接近无穷大，也就意味着AC值就相当于是VCC值，当土壤湿度大时，此时探针键电阻会减少到几千甚至几百欧，此時AC的电压值会根据探针键检测到的阻值来变化。LM393是一个比较器，通过R1设置一个标准值，当湿度大（AC值小），OUT输出低电平;当湿度低（AC值大），OUT输出高电平。OUT信号的输出可以直接用来粗略估算湿度大小。通过AD转换器将AC数值转换成数字信号，由此给我们一个直观的数值来感知土壤的湿度情况。L1用来看电路是否接通，L2湿度小（AC值大）灭，湿度大（AC值小）亮。

3.4软件设计

本设计采用STC89C52单片机为主控芯片，在最初设定好最初的数值，然后由传感器检测当前环境状况，传感器将检测到的环境状况以模拟信号的形式传输给ADC转换器，由ADC转换器将模拟信号转换给数字信号，然后传输给单片机，单片机将数字信号和设定好的标准进行比对，通过浇水、打开生长灯、加温等一系列操作使得外界环境状况和预期值相同，同时通过串口在串口屏上显示数据。

4、结论

该植物智能养护系统可以实现以下功能：当按下系统开机键，温度传感器、湿度传感器、光照传感器、红外传感器进行外界环境状况的检测，并将检测结果在显示屏上显示，同时检测到的数据和系统内部设定好的数据进行比对，当低于或高于系统内部设定好的数据时，语音播报进行播报，在主控芯片的控制下系统进行加水、打开生长灯等一系列的操作，使外界环境状况到达预期的目的。

参考文献

[1]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛[J]航天航空大学出版社，2018.

[2]郭克友，陈雪洁，纪彬.基于SYN6288的车速语音播报系统设计[J].实验技术与管理，2014（01）

[3]廖泽鑫.温度传感器的设计与研究[J]上海复旦大学，2012.

[4]许少华，孙海兴，邓风永.触摸屏和远方仪表的串口通讯应用研究[J].科技视界，2015（27）

课题信息：大创项目“智慧绿洲”（X202413300256  )