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观赏性植物智能培育系统
一、系统总体组成
智能培育系统通过单片机检测植物生长环境中的光照、湿度和温度,当这些参数不利于植物生长时,可自动调节,无需人工干预.
该系统主要由花盆、控制器、监测装置、水泵、继电器组、补光灯、加热器、手动按钮、OLED液晶显示器、单片机与云服务器双向数据无线传送模块、软件控制代码、手机App远程控制程序等组成.
图1为系统示意图与最终完成的实物图.上述所有单元全部由一个单片机进行采样与控制,例如单片机控制继电器组,实现水泵、加热器、补光灯的通断.
二、控制与监测
利用Protel99软件设计一块印刷电路板,将单片机、OLED液晶显示器、手动按钮等弱电部分全部焊接在该电路板上.单片机为ATMEL公司AT89系列的STC51芯片,采用C语言编程.利用芯片内置的模拟数字转换器实现对外界温度、湿度、光照的采样与转换.
光照传感器采用BH1710模块.为了符合植物的生长周期并防止误判,采用DS3231时钟芯片判断时间,以区别是白天还是黑夜.当白天光照不足时,系统会打开补光灯,夜晚则关闭.
温度传感器DS18B20模块对温度进行检测,当低于适宜温度时,通过陶瓷加热灯升温.
湿度传感器可检测土壤的湿度,当湿度过低时,控制水泵为植物浇水.
三、在线现场监控与无线远程监控
对光照、温度和湿度能自动检测和智能化调节是本系统的特点,在此基础上,我还设计了在线现场监控系统和无线远程监控系统.
在线现场监控采用OLED液晶显示器与手动按钮修改门槛值结合的方式.通过单片机的采样与计算,将光照等实时状态直观地显示在液晶屏上.安装手动按钮时需解决按键时的抖动问题,可通过软件编程中合理延时的办法避免系统误判动作.
考虑到大规模商业种植的集中管理问题,同时兼顾本方案的现实情况,我又设计了一套无线远程监控系统.该系统具备在线现场监控的所有功能,用户通过手机App或电脑就能查看光照、温度、湿度等实时参数,还能根据植物品种的不同,设置环境参数的最优值或门槛值.
开发的App基于Android平台手机,通过该App可远程实时监控植物所处的环境,并重新设定不同植物适宜的环境参数.
四、系统整体软件设计
程序采用C语言,基于Keil编译环境.主要包含温度监测与控制、湿度监测与控制、光照监测与控制、液晶显示、无线通信5个模块.程序关键环节的流程见图4.
其中,中断针对手动按钮控制与无线远程控制两种方式,以时间先后为准,按照中断发生的先后次序进行响应.也就是说,全部中断采用同一个优先级.
五、创新点
1.分析了温度、湿度、光照这三个对植物生长至关重要的影响因素.
2.利用Protel99软件设计了印刷电路板,用于安装单片机、检测、显示、无线通信等模块.采用C语言设计了系统各环节的控制代码,让系统能正常运行.
3.观赏性植物智能培育系统可以自动调节植物生长环境的温度、湿度和光照,通过App还可以实现远程无线实时监测,既可以应用于家庭养植,对大规模商业种植也有一定的借鉴意义.
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