基于AT89C51的植物生长调节系统

基于AT89C51的植物生长调节系统|显示器|T控制系统|温度传感器匕|显示器|T控制系统|温度传感器匕|光强传感器卜->随着社会的发展及人民生活水平的提高，越来越多的人开始追求精神娱乐，比如在家里养一些小盆栽、小花卉。但随之而来的问题就是大多数人只是将花作为自己闲暇时的娱乐，工作繁忙的时候根本无B暇顾及。植物长期缺乏水分、阳光、以及因一系列连锁反应导致的元素缺乏时会枯萎甚至死亡。就植物而言，目前在市场上存在的自动浇花系统大致分为三类，一类是玻璃、陶瓷类自动浇花系统，它是一种依赖自动渗水原理的装置，用户提前在它的内部存水，此装置便可利用水压来自动浇水，但其无法准确判断土壤湿度；另一类是盆栽自动浇花器，不仅价格较贵，而且是定时定量浇水,无法根据土壤湿度来调节浇水量与浇水时间；还有一类是使用单片机控制，并通过土壤湿度传感器调节浇水量，其价格更贵并且无法实现光照补偿等功能。然而众所周知，植物的生长不仅需要水分，还需要充足的光照，处于室内的盆栽更需要肥料等营养物质。据此，本文考虑设计并实现一种低成本、智能的微灌系统，除满足植物水分所需外，还将对植物进行光照补偿和营养物质补充，确保室内植物在无人看管的情况下茁壮成长。整体设计市面上现存的浇花系统无法通过判断不同植物的生活环悟的牛长情况讲行滓水、补布并町以居曾美滴补布.不能够做到,,因化浇水"o因此，我们将役计出仕小I可值物小I可生长时期内进行浇水、补充光照、施肥的自主式系统，其实质就是一个负反馈系统。此系统将实时根据传感器所测得的数据与单片机内所设定值进行比对，从而进行相应物质的补充。本系统使用土壤湿度传感器、红蓝光照度传感器、X射线荧光光谱仪等传感器设备进行检测，用户提前在相应的区域放置充足的营养液、水分等物质。传感器检测到的信息经过AD80C32转换后传入AT89C51单片机控制系统，接着单片机便可以依靠已烧录的程序进行相应的控制，从而实现浇水、施肥、补充光照。同时用户可随时从显示屏上看到此时的土壤湿度、植物的养分状态等情况。智能植物系统设计框图如图1所示。硬件电路设计此系统的硬件部分主要由检测部分（各类传感器）、控制中心（AT89C51）以及驱动部分组成。传感器将检测到的模拟信号通过数模转换模块AD80C32转换后变为数字信号，接着将其送入控制中心，单片机随后对输入信号做出相应的应答控制相应驱动器进行浇水、补光或补充营养液。土壤湿度采集及浇水部分本系统通过YL-69湿度传感器实时检测土壤湿度，从而判断植物是否处于缺水状态。将湿度传感器采集到的信息通过模数转换模块AD80C32转换为单片机可识别的数字信号，之后单片机通过检测值与设定值的比较给出是否浇水的指令。土壤湿度采集YL-69土壤湿度传感器是由敏感元器件与转化电路构成，q|水泵成卜充水分--■prl癌R补充阳疔罗光地谱仪pQP|营养液H补充参分s1首能植物系统设计框图当外界土壤的湿度出现变化时,会改变传感器内部元器件的电阻值，电阻值的范围一般为0〜10kQ。当电阻值变化时，输出电路的电压也会跟随变化。传感器输出端就是它的A0管脚，且输出的信号为模拟量，单片机无法读取，需经过A/D转化模块得到数字量后传送至单片机。此部分电路连接如图2所示。水泵浇水本系统将根据当前土壤的湿度值与湿度设定值的比较来控制水泵的闭合，进而控制土壤水分处于植物所需状态。若当前测量的土壤湿度值小于设定值的下限，则单片机控制水泵浇水；若当测量湿度值高于设定值的上限时，单片机亦可控制水泵关闭。光强检测及光照补充部分传统的光照传感器不能细致的分出各个波长分别的光照强度，故本文采用红蓝光照度传感器代替原有的传感器更精确的采集植物当前的光照信息。将采集到的光照信息经过模数转换器后送入单片机，单片机控制补光灯进行相应的补光动作。这就给植物的光合作用提供良好的条件，从而使植物产生更多的有机物，更好的促进了其生长。光是植物生长发育的基础，植物光合作用在可见光光谱(380〜760nm)范围内进行，所吸收的光能主要以波长610〜720nm的红、橙光以及波长400〜510nm的蓝、紫光为吸收峰值区域。LED植物补光灯正是基于上述理论，以红、蓝LED为光源在植物缺少光照的情况下代替太阳光给植物创造良好的生长环境。养分检测及营养液补充部分为及时检测植物在生长过程中的养分变化并进行营养液的补给，文中将使用基于X射线荧光光谱仪的无损检测法进行对植物基础养分的检测，之后根据所需进行一定的养分补给。将检测器接收到的信号通过脉冲处理及模数转换后传输至控制系统，控制系统通过对测量值和标准值的比对来分别控制含氮磷钾无机盐的的补给量。将含有氮、磷、钾三种元素的营养液分别储存在不同的储存箱内，同时在三个储存箱的下面放置一个混合池，混合池可实现加水搅拌的功能，增压泵用于将混合池中的液体压入喷头中。信息显示部分此部分使用LCD1602液晶屏作为其显示屏。液晶模块图4智能植物系统程序流程图ITEH：28|LIGHT；1.2S8?SL8E8S588B图5系统总体电路图的8位双向数据线D0〜D7分别接于单片机的P0口，液晶模块的RS、R/W.E分别接于单片机的3位控制口，由此便可实现液晶显示屏的正常工作。显示屏实时显示植物的当前土壤湿度、当前光照强度以及当前植物养分浓度。经单片机处理后的数据由P0口传送至LCD1602显示。LCD1602可显示32个字符，此系统中将在液晶显示屏上显示温度、湿度、光照强度以及养分浓度4个参数。图2土壤湿度模玦连接智+5S3LCD图2土壤湿度模玦连接智+5S3LCD1602连度智软件设计本系统软件部分即单片机编码使用C语言进行编程并且借助Keil4软件编译，将编译成功的程序烧录至单片机后此系统便可正常工作。经过单片机仿真软件Proteus可检验此系统是否正常工作。本系统软件设计的主要流程如下：土壤的温湿度由YL-69土壤湿度传感器进行采集，植物的养分浓度通过X射线荧光光谱仪测量，经过ADC0832模数转换后将检测信号送入到AT89C51单片机，单片机控制LCD1602显示当前土壤温湿度、光照强度、植物所含氮磷钾元素浓度。将检测出来的土壤温湿度、光照强度、植物所含氮磷钾元素浓度与预先设定好的最优标准值(标准值的上下限范围内)进行此对：石小于标准值，则单片机控制拙水电机驱动外接水泵开始浇水、控制补光灯进行补光、控制增压泵提供营养液；若大于标准值，则单片机再次对电路进行控制，控制电机驱动外接水泵停止浇水，关闭相应补光灯，控制增压泵停止工作。本系统软件流程图如图4所示。由于仿真软件Proteus的内部传感器的限制，在计算机仿真过程中应用DHT11温湿度传感器代替土壤湿度传感器YL-69；红蓝光源分别用红蓝led灯代替。由以上各个硬件电路设计部分及proteus仿真环境组成可以得到总体的系统电路图，系统电路图如图5所示。由图5可知，该系统温湿度传感器和光强传感器测得的温度、湿度、光照强度分别为28、80s1.2,与LCD显示屏上所显示的数据一致。结语本文研究并设计了一种植物生长过程中土壤湿度、光强和养分环境的监测调节系统。将实际检测值与植物生长对应阶段各因数所需参数进行比对，通过反馈调节控制水泵、光源和营养液分别进行水源补给、光照调节和植物生长营养补给，以保障植物生长过程各方面环境参数处于最优状态。此外，系统在硬件中加入LCD1602显示模块，使系统各方面系数可视化，方便用户操作读取环境参数。本系统可以较好地实现植物生长过程所需各方面环境参数的监测与调节。对植物