基于单片机的智能花盆的研究与应用摘要：智能花盆通过单片机技术和GSM通信技术将植物生长的外部因素，如光照、温度及湿度的缺少或过于饱和信息以信号的方式传递给养护者，从而使植物能始终处于良好的生长环境。
关键词：单片机GSM 智能花盆温湿度传感器环境光传感器进入2l世纪以来，随着自动控制技术、单片机技术、电子技术、通信技术等的飞速发展，可实现将各种高新技术以及植物栽培的实际经验融入到花盆设计中，以提高植物栽生长的环境因素，因而智能花盆成为将来园林园艺设计的研究热点。
本智能花盆是基于单片机技术和GSM通信技术的研究与应用，主要是将植物缺少或过于饱和的信息以信号的方式传递与养护者。
植物的正常生长外接因素主要包括阳光的照射和植物所处环境的温度与湿度。
1 系统硬件总体构架良好的硬件电路是系统正常运行的保障，因此设计过程中要充分考虑其可靠性、简洁性和兼容性。
本智能花盆主要分内外二部分。
外部主要检测光照强度与对于震动功能的判定。
智能花盆主要由光照传感器、温湿度传感器、单片机、GSM/GPRS模块组成。
它的系统运行供电可以利用移动电源进行供电，使花盆内部的单片机工作。
单片机将信息用GSM/GPRS模块发送给手机或电脑微博，同时单片机也可以接收GSM/GPRS所发来的信号。
其硬件系统框架如图1所示。
1.1 电源模块电源模块能够给整个系统提供稳定的电源，从而使系统稳定运行。
在电路中，除了要考虑电压、电容和电流等参数之间的相互影响外，还要在电源电能利用效率和抗干扰方面做出优化。
本设计采用集成的直流稳压电源模块给单片机和GSM供电。
1.2 单片机系统本系统中的主控制器采用的是宏晶公司生产的一款高性能、低功耗的STC89C52RC的新一代8051单片机，具有8KB的程序Flash存储器，512字节RAM，通用I/O口36个，看门狗定时器，还有外部掉电检测电路等功能。
1.3 GSM模块GSM模拟采用天津菲利科电子技术有限公司生产的FK22M。
它是GSM无线调制解调器，支持中文短信息的工业级GSM模块，包括短信的接收与发送。
设备支持指令式短信/数据传输、非实时数据透明传输、语音通信等功能。
支持预设默认电话号码功能，最多支持6个预设号码，每个号码可分别设置不同的短信内容。
并且设备支持短信/数据透明传输功能，只需简单的指令即可实现短信/数据的透明传输，无需对复杂的AT指令和PDU数据包进行开发。
本设备采用标准工业级规范设计，内置西门子工业级芯片，支持工业标准RS232、RS485、USB等接口；采用双看门狗设计，设备稳定性高。
1.4 显示模块采用液晶显示模块作为本系统中信息的显示器件，它具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。
LCD1602液晶显示模块可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。
1.5 环境检测模块环境检测模块是对花盆周围的温度、湿度及土壤的湿度、温度和外界光照度进行检测。
属于本设计的核心部分。
其中对土壤的温湿度检测采用SHT11型温湿度传感器，本芯片将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换等功能集成到一起，这两个敏感元件一个置于土壤中，一个置于空气中，分别对土壤内和空气里的温湿度检测。
并结合湿度输出特性曲线修正数值，达到精准的效果。
光照传感器采用型号为BH1750环境光传感器，内置16位的模数转换器，它能够直接输出一个数字信号，不需要再做复杂的计算，此款环境光传感器能够直接通过光度计来测量，将其置于花盆外部，检测外界光照度，再通过一定的数据进行修正。
本设计中，报警的主要内容是对土壤内水分过低进行报警，其他的则通过LCD显示当前数据。
2 数据处理2.1 温湿度传感器信号输出为了将SHT11个输出的数字量转换成实际物理量，需要进行数据变换(1)湿度变换：SHT11可通过I2C总线直接输出数字量湿度值，其相对湿度输出特性曲线如图2所示。
SHT11 的输出特性具有一定的非线性，为了获取准确数据，需采取非线性补偿方式进行修正：[RH]linear=c1+c2×SORH+c3×SO2RH其中：[RH]linear—相对湿度修正值，SORH—传感器相对湿度测量值。
c1、c2、c3为湿度修正系数，取值如下：12 位的系数取值：c1=-4、c2=0.0405、c3=-2.8×10-68位的系数取值：c1=-4、c2=0.6480、c3=-7.2×10- 4(如图2)(2)温度补偿上述湿度计算公式是按理想环境温度25℃进行计算的，所以应考虑湿度传感器的温度系数，按下式补偿。
[RH]true=(T-25)(t1+t2×SORH)+[RH]linear式中：[RH]true—相对湿度实际值；T—相对湿度，t1、t2为湿度补偿系数。
当SORH为12位时，t1=0.01，t2=0.00008；当SORH为8位时，t1=0.01，t2=0.00128。
(3)温度变换：由于SHT11温度传感器线性很好，在实际测量过程中可用下式将温度数字输出转换成实际温度值：T=d1+d2×SOT式中：T—实际温度值；SOT—传感器温度测量值；d1、d2为修正系数取值。
温度传感器的分辨率为14位时，d1=-40、d2=0.01；温度传感器的分辨率为12位时，d1=-40、d2=0.2.2 光亮度值计算方法计算公式为：实际值=测量值/（1.2×透光率×高精度模式调整值）例1：BH1710测量值为450Lux，透光率设为125%，采用H-resolution Mode，则实际光亮度值等于450/（1.2×125%×1）=300Lux。
例2：BH1750的测量值为30Lux，透光率设为50%，采用H-resolution Mode2，则实际光亮度值等于30/（1.2×50%×0.5）=100Lux。
3 AT指令AT命令(AT command)由Hayes公司首先推出，现在成为事实上的标准并被所有调制解调器制造商采用的一个调制解调器命令语言系统。
GSM模块通过AT语言进行控制，每条命令以字母“AT”开头。
AT后面跟字母和数字表明具体的功能，不同的厂商生产的调制解调器的AT命令并不完全相同。
所有的AT命令总是以AT开头，以回车<CR>结束。
当短信息模块收到网络发来的短信息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向GSM模块发送各种命令。
SMS相关的GSM A T指令如表1所示。
目前，发送短消息常用Text和协议数据单元PDU(p rotocol data unit)模式。
使用Text模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不能收发中文短信；而PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。
PDU模式收发短信可以使用72bit、82bit和UCS2这3种编码。
72bit编码用于发送普通的ASCII字符；82bit编码通常用于发送数据消息；UCS2编码用于发送Unicode字符，根据实际情况,本文采用较简单的Text编码规则。
4 程序设计本系统的功能是通过软件控制来实现，单片机程序是在Keil下用C语言编写和调试，程序主要由三部分组成：启动与初始化、远程通讯短信报警，主流程图如下图3所示。
5 调试结果各类硬件连接后，通过调试，LCD1602液晶显示屏获得结果如图4所示。
显示结果说明：如图4所示，第一排“L：”后面的数值为当前环境的亮度值，第一排“t”后面的数值为土壤温度值，h后数值为土壤湿度值。
第二排TE后数值为当前环境温度值，RH后数值为当前环境湿度值。
当土壤湿度值小于系统设定的湿度值时，便会通过GSM模块对相对应的手机进行短信发送，进行报警。
发送到手机上的短信息是预存在系统里的内容“wekele”，即“我渴了”的意思，以提示主人及时浇水，结果如图5所示，其它参数不满足设定值要求时，同样可通过GSM发送短信到系统指定的手机号码上。
6 结语用模块化思想设计了以STC89C52RC为核心的硬件控制电路。
以各类参数修正和AT指令，有效地提升了系统的可靠性和准确性。
经试验验证，花盆能在满足所设定要求的情况下，对指定的手机发送短信，进行报警，满足设计要求。
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