摘要
盆栽种植已经成为一种高雅的生活方式融入人们的日常生活中，在家中种植盆栽的人数不断增多，在一些特殊情况发生时，盆栽种植爱好者会面临无法给盆栽浇水的问题，为解决这个问题，提出一个基于单片机的家居型智能盆栽系统的设计方案，这个家居型智能盆栽系统选用了STM32F103C8T6单片机、LCD1602液晶显示屏、土壤湿度传感器YL-69、温度传感器DS18B20、光照传感器BH1750FVI、蜂鸣器、水泵等元器件作为硬件组成部分，再配合上一些外围电路，完成对应功能模块的程序设计，将程序写入其中，从而构成一个小型的单片机系统。本次设计的家居型智能盆栽系统具有体积小、成本低、便于增减功能模块等特性，可以对盆栽的土壤温湿度、盆栽所受到的光照强度进行检测，且当土壤湿度值低于设定阈值下限时，蜂鸣器会发出报警，同时水泵开始浇水作业，解决盆栽的浇水问题。
关键词：单片机；盆栽浇水；方案；土壤湿度；传感器；程序设计
花架设计
本次设计的是一个家居型智能盆栽系统，花架作为摆放花盆的空间，对其的设计也需要考虑。为此，设计了一个简易的花架。该花架结构分为三部分，分别为：上层，套管，底部。在整体上，花架是一个高50cm，长宽各30cm的长方体。按设计分为两层结构，第一层距离地面10cm，第二层底部距离第一层30cm，每层的正方形平面一边上，有两根长方体空心铝管与对边相连接，将该正方形分为三等分的矩形，以达到放置花盆的目的。上层与底部的构筑方式相同，在正方形的平面上向外延申出长方体一段为外部的脚，向内则位内切套管内部的圆柱形空心铝管。中间部分的套管是空心长方体，两头贯通，与套管相连后，将上层与底部连接位一个整体，从而构筑出这个简易花架。花架结构图如图1所示。
图1花架结构图
GSM通信模块选型
本次家居型智能盆栽系统设计采用的通信模块为SIM800A，此模块具有体积小，价格低廉，发送短信时间快等特点，被广泛的运用在通信设置中。当检测到的温湿度值超过设定值时，STM32单片机就会通过SIM800短信模块发送到设定的手机号上，但在发送短信后，会产生一个较大的反向电流，可能会对芯片造成损坏，故，于电路中接了一个二极管防止发生这种情况。电解电容为850UF，为发送短信提供了足够的条件，通信方式采用的是串口通信。GSM通信模块电路原理图如图2所示。
图2 GSM通信模块电路原理图
土壤湿度传感器选型
土壤湿度传感器，即测定土壤的湿度后，能将它按转换为可用信号的器件。本次家居型智能盆栽系统设计中采用的湿度传感器是土壤湿度传感器YL-69，它适用于检测土壤湿度，能与单片机直连，由单片机检测高低电平测量土壤湿度。土壤湿度传感器YL-69的特性：
（1）表面镀镍，感应面积加宽，导电性能高，不易生锈，寿命长；
（2）可以宽范围控制土壤的湿度，通过AD进行模数转换；
（2）接线简单；
（4）设有固定螺栓孔，方便安装。
土壤湿度传感器电路原理图如图1所示。
图1 土壤湿度传感器电路原理图
软件设计思路
1在本次家居型智能盆栽系统的设计中，采用了结构化和模块化的设计方法。考虑到该系统面对的客户群体，可能会有觉得系统功能含有不必要功能，也可能对系统功能不够完善感到不满，采用结构化和模块化的设计方法，可以方便的对功能进行缩减，也可以方便的对功能进行扩展，针对不同的客户，可以给出多种不同的选择。本次设计主要使用的编程语言为C语言，它是最为基础的一门编程语言，十分简单、易懂。在该家居型智能盆栽系统中，湿度传感器会对被测的盆栽里的土壤进行数据采集，并将其转换成二进制值后，传输给单片机，单片机收到数据后对其进行处理，从而获得精确的实际采样数据，再将其传输给液晶显示器，由液晶显示器显示出来。同时，我们也对湿度值设定了阈值，当它低于设定的最小值，或是高于设定的最大值时，会由蜂鸣器发出报警。软件设计流程图如图1所示.
图1 软件设计流程图
2DS18B20温度检测模块设计
上电后，温度传感器DS18B20进行工作作业，对被测盆栽的温度进行检测，检测到实时的温度的时候，将其按照一定的规律进行变换后，转变成为温度电信号或者按需求转变成为其他形式所需要的信息进行输出，从而可以更好地达到设计所需要的要求。DS18B20温度传感器可以将检测到的温度值以数字信号的形式输出给单片机，单片机内部计算后得出此时的温度，之后显示在LCD1602液晶显示器上。温度检测流程图如图2所示：
图2 温度检测流程图
总结
对于本次的浇花系统的设计，在此作一个总结。本次家居型智能盆栽系统的设计主要是为了解决在特殊情况下，盆栽种植者无法给盆栽进行浇水的问题。主要以单片机作为核心处理器，用单片机加上其它功能模块组成一个小型系统，该系统中最重要的部分是湿度传感器，它能对盆栽的土壤湿度进行检测，通过与设定好的湿度阈值进行比较，判定盆栽是否需要浇水，当判定为需要浇水时，配合水泵、蜂鸣器等模块，在发出报警的同时，水泵开始浇水作业，解决浇水问题。
完成本次家居型智能盆栽系统的设计，在过程中可以找到很多设计时的不成熟之处。最初，对本次设计提出的要求特别高，并没有充分地考虑自己的个人能力问题，在设计预案中需要运用到部分没有学习过的知识，设置了一个相对很高的目标，在设计的过程中，由于知识存储量的不足，需查询的资料很多，在查询了相关的资料后，结合实际情况进行分析，放弃了在光照不足时，使用日光灯进行补光的构想，在对简易app制作的视频进行了学习后，没有考虑到怎么将app与单片机连接，在对相关知识进行学习后，采用了学会的其它的替代方案，GSM通信技术解决远程通信的问题。对各传感器、使用的元器件，供电电压要求不同的问题也没有考虑周到。类似的问题出现了很多次，最终，通过指导老师的教导，不断查询相关资料，再通过实际的调试验证，成功地解决了这些问题。
参考文献
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