基于STC89C52單片機(jī)的家庭微型智能種植控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著我國(guó)的快速發(fā)展帶來(lái)的污染問(wèn)題，現(xiàn)在許多人家中都會(huì)種植一些植物來(lái)凈化室內(nèi)環(huán)境。但是又常常因?yàn)楣ぷ鞣泵ΓΣ蛔愕雀鞣矫嬖驎?huì)忘記照顧種植的植物。而想要種好植物就必須給植物提供適時(shí)的照料。因此，本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)的家庭微型智能種植控制系統(tǒng)。它可以采集土壤的濕度以及環(huán)境的溫濕度，自動(dòng)控制澆水。該系統(tǒng)又具有物聯(lián)網(wǎng)功能，可以把數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器，這樣就可以實(shí)現(xiàn)微信小程序?qū)崟r(shí)查看數(shù)據(jù)的功能。該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用土壤濕度傳感器FC-28和溫濕度傳感器DHT11對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。并使用ESP8266模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能。另外還使用到了ADC0832芯片對(duì)采集到的土壤濕度信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)還有一塊LCD1602顯示屏可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度，環(huán)境溫濕度以及設(shè)定閾值等信息的本地顯示，方便使用者操作。經(jīng)過(guò)最后測(cè)試，該系統(tǒng)各功能均能正常實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：STC89C52；自動(dòng)澆水；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器目錄TOC\h\z\t"一級(jí)標(biāo)題,1,二級(jí)標(biāo)題,2,三級(jí)標(biāo)題,3"1引言 [11]。繼電器電路連接如圖4-12所示。圖4-12繼電器電路4.7.2蜂鳴器電路與LED指示燈電路蜂鳴器會(huì)在土壤濕度低于設(shè)定最低值時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)超過(guò)設(shè)定最低值時(shí)停止，若蜂鳴器長(zhǎng)時(shí)間工作則說(shuō)明蓄水池水量不足，或水泵未能正常工作。蜂鳴器電路如圖4-13所示。LED指示燈用于指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。LED指示燈電路如圖4-14所示。圖4-13蜂鳴器電路圖4-14LED指示燈電路

5軟件設(shè)計(jì)5.1總體方案本設(shè)計(jì)中的軟件一共分為兩個(gè)部分。第一個(gè)部分是運(yùn)行在單片機(jī)上的控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用了C51語(yǔ)言，并在Keil上進(jìn)行編寫。第二部分是微信小程序的代碼。這部分代碼主要使用了JavaScript和WXML，并在由微信官方提供的微信開發(fā)者工具上編寫。5.2控制程序流程圖在整個(gè)控制程序的軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，方便代碼的編寫以及后期不同模塊的整合與調(diào)試。控制程序中主要的模塊有A/D轉(zhuǎn)換模塊，DHT11數(shù)據(jù)采集模塊，LCD屏顯示模塊，按鍵掃描模塊，UART串口通信模塊以及Wi-Fi啟動(dòng)模塊。控制程序的具體流程如圖4-1所示。圖5-1控制程序流程圖整個(gè)控制系統(tǒng)的執(zhí)行流程如下：當(dāng)系統(tǒng)供電開啟后進(jìn)入主函數(shù)，先執(zhí)行各模塊的初始化函數(shù)，例如：定時(shí)器初始化，LCD屏初始化，EEPROM初始化，Wi-Fi模塊初始化。在執(zhí)行完初始化程序之后會(huì)進(jìn)入循環(huán)。在一個(gè)循環(huán)內(nèi)大致有以下幾個(gè)步驟：第一步采集土壤濕度值和環(huán)境溫濕度值；第二步對(duì)處理后濕度值與預(yù)先設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)土壤濕度小于預(yù)設(shè)的最小值時(shí)，開啟澆水功能，直到接下來(lái)的循環(huán)中檢測(cè)到花盆中土壤濕度大于預(yù)設(shè)最大值時(shí)，停止?jié)菜５谌綄⑺钄?shù)據(jù)傳輸給Wi-Fi模塊。第四步進(jìn)入按鍵掃描函數(shù)并延時(shí)兩秒，在此期間，用戶可以使用按鍵來(lái)調(diào)節(jié)土壤濕度的設(shè)定閾值以滿足不同的使用場(chǎng)景。完成以上四步操作后系統(tǒng)將進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。5.3控制程序主要函數(shù)表5-1控制程序主要函數(shù)申明表函數(shù)名功能adc0832()A/D轉(zhuǎn)換DHT11_receive()DHT11數(shù)據(jù)采集Display_1602()LCD屏顯示SerialSend_byte()串口數(shù)據(jù)發(fā)送wifi_start()Wi-Fi模塊初始化啟動(dòng)read_eeprom()EEPROM讀write_eeprom()EEPROM寫Key()鍵盤掃描5.4云平臺(tái)本設(shè)計(jì)使用的云平臺(tái)為巴法云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。該平臺(tái)支持多種模式的數(shù)據(jù)交互，可以滿足不同的開發(fā)需要。根據(jù)平臺(tái)規(guī)范的協(xié)議可以快速地進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)。該平臺(tái)具有輕量級(jí)，支持發(fā)布/訂閱模式，提供遺囑機(jī)制，全平臺(tái)兼容的特征。在使用前需要在該平臺(tái)注冊(cè)并創(chuàng)建一個(gè)TCP創(chuàng)客云主題。在使用時(shí)，首先通過(guò)TCP連接連接到云平臺(tái)服務(wù)器，然后通過(guò)平臺(tái)規(guī)定的格式向自己的主題發(fā)布消息。發(fā)布消息的格式為：cmd=2&uid=”””uid”&topic=””topic”&msg=”msg”\r\n。其中消息部分的內(nèi)容由多部分組成是可由“#”將各部分消息隔開，放別之后小程序?qū)Λ@取消息的分割識(shí)別。5.5微信小程序微信小程序主要由兩部分組成:云服務(wù)器數(shù)據(jù)獲取和用戶界面設(shè)計(jì)。由巴法云接入文檔可知：上傳數(shù)據(jù)獲取的接口為:/api/device/v1/data/1/get?uid=”uid”&topic=”topic”；查詢?cè)O(shè)備是否在線的接口為：/api/device/v1/status/?uid=”uid”&topic=”topic”””。小程序的用戶界面設(shè)計(jì)如圖5-2所示。圖5-2小程序截圖

6總結(jié)與展望本設(shè)計(jì)的家庭微型智能種植控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了任務(wù)書中要求的功能：能夠利用兩種不同的傳感器檢測(cè)土壤濕度以及環(huán)境溫濕度能夠在土壤濕度不足時(shí)自動(dòng)澆水，在濕度足夠時(shí)停止?jié)菜?。使用者可以通過(guò)使用時(shí)的實(shí)際情況調(diào)節(jié)澆水開啟與關(guān)閉的閾值。能夠?qū)⑼寥罎穸戎?，環(huán)境溫濕度值還有設(shè)定的閾值通過(guò)LCD屏實(shí)現(xiàn)本地顯示，方便使用者操作。傳感器采集到的值可以通過(guò)Wi-Fi模塊傳送到互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)。且可以通過(guò)微信小程序進(jìn)行查詢和顯示，幫助使用者做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)測(cè)試使用發(fā)現(xiàn)具有一定的實(shí)用價(jià)值。但是由于水平、經(jīng)驗(yàn)和工具的限制，在土壤濕度值的標(biāo)定上存在不足之處，直接將土壤濕度與分壓后的電壓值認(rèn)定為是線性關(guān)系的，因此還有待改進(jìn)。另外在微信小程序的編寫上直接套用了云服務(wù)器提供的模板，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單行修改，在美觀程度上有所缺失，也有待改進(jìn)。所以作出如下展望：（1）能夠通過(guò)更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)獲知土壤濕度與分壓后的電壓值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到更加精準(zhǔn)的土壤濕度值。（2）檢測(cè)的數(shù)據(jù)可以更加的豐富。可以對(duì)光照強(qiáng)度，土壤PH值等變量進(jìn)行檢測(cè)和控制，豐富系統(tǒng)的功能。（3）完善微信小程序的設(shè)計(jì)。使小程序能夠更加的美觀整潔，為使用者提供更加多樣的信息。最后，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)查閱學(xué)習(xí)和實(shí)際操作，我進(jìn)一步熟悉了51單片機(jī)等芯片的功能和使用方法，提高了數(shù)據(jù)手冊(cè)的閱讀，程序的編寫以及硬件的設(shè)計(jì)制作等多方面的能力。通過(guò)具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作，我也遇到了許多書本上面不會(huì)涉及的問(wèn)題，明白了書本知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題之間存在的差別。只有在解決具體問(wèn)題的實(shí)踐之中才能一步一步鞏固在書本之中學(xué)到的知識(shí)，提高自身的能力。參考文獻(xiàn)H.Lin,M.Rui-Qi,C.Shi-Gang,Z.Yong-LiandW.Xmg-Li,"Designofintelligentplantgrowthcabinetenvironmentmonitoringandcontrolsystem,"2018ChineseControlAndDecisionConference(CCDC),Shenyang,2018,pp.1472-1475,doi:10.1109/CCDC.2018.8407359.N.

P.

Mohanty,

D.

Singh,

A.

Hota

and

S.

Kumar,

"Cultivation

of

Cash

Crops

under

Automated

Greenhouse

using

Internet

of

Things

(IoT),"

2019

International

Conference

on

Communication

and

Signal

Processing

(ICCSP),

2019,

pp.

0235-0239,

doi:

10.1109/ICCSP.2019.8697930.晨曦.說(shuō)說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)那些事情[J].今日科苑,2011(20):54-59.高惠芳.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，2010.04陳朝大，韓劍.單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)和課程設(shè)計(jì)[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2014.06楊冬連,耿艷香,趙晶,曾莉雯,商成紅.智能種植箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].山西科技,2020,35(03):47-49+52.丁國(guó)明,唐慧剛.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)策[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2020,38(09):154-156.倪丹艷.基于STC89C52單片機(jī)的溫濕度環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新,2020,2(19)