一种智能有机蔬菜生长柜的控制系统的制作方法

本发明涉及智能领域的蔬菜种植装置控制系统，尤其涉及一种智能有机蔬菜生长柜的控制系统。

背景技术：

随着我国城市化和工业化进程的加快，农业土地资源越来越少，环境污染越来越严重，以及农药的过度使用，导致市面上售卖蔬菜往往存在重金属超标和农药残留。城市家庭用户想种植却没有场地，同时缺乏时间管理，并且受到天气和气候的影响，无法自己种植有机无污染的绿色蔬菜。现行市面上的蔬菜种植装置的控制系统普遍存在控制机构昂贵复杂；自动化程度低，管理粗放；无法实现远程控制等不足。

因此，有必要提出一种结构简单、自动化程度高，同时用户可以实现远程控制并实时了解装置内有机蔬菜生长情况的智能有机蔬菜生长柜的控制系统。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的就在于提出一种结构简单、自动化程度高，同时用户可以实现远程控制并实时了解装置内有机蔬菜生长情况的智能有机蔬菜生长柜的控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：包含电源模块，单片机、传感器模块、水泵驱动模块、步进电机两轴联动自动松土驱动模块、补光灯模块、警报电路、液晶显示模块、通讯模块、按键控制模块；所述传感器模块、水泵驱动模块、步进电机两轴联动自动松土驱动模块、补光灯模块、警报电路、液晶显示模块、通讯模块、按键控制模块与所述单片机电气连接；所述补光灯模块设有LED光源和电力电子调光电路。

优选的，所述传感器模块包含光强度传感器、温湿度传感器和土壤湿度传感器，所述光强度传感器、温湿度传感器和土壤湿度传感器各自独立与所述单片机电气连接。

优选的，所述警报电路包含蜂鸣器和第一三极管，所述蜂鸣器LS1接所述第一三极管的集电极，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极与所述单片机电气连接。

优选的，所述水泵驱动模块包含高速光耦合芯片、限流电路、水泵和第二三极管、第三三极管，所述高速光耦合芯片的1引脚和4引脚悬空，2引脚与所述单片机电气连接，3引脚和5引脚接地，8引脚和7引脚接所述电源模块，6引脚接所述第二三极管的基极，8引脚和所述第二三极管之间接有限流电路，所述第三三极管的基极接所述第二三极管的发射极。

优选的，所述按键控制模块包含第一按钮和第二按钮，所述第一按钮和第二按钮一端各自独立与所述单片机电气连接，另一端共同与接地极相连。

优选的，所述步进电机两轴联动自动松土驱动模块包含第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器、第一步进电机和第二步进电机，所述第一步进电机驱动器与所述第一步进电机电气连接，所述第二步进电机驱动器与所述第二步进电机电气连接，所述第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器、第一步进电机和第二步进电机各自独立与电源模块电气连接。

优选的，所述通讯模块包含蓝牙电路。

优选的，所述通讯模块包含无线网络WIFI电路。

优选的，所述通讯模块包含有线网络电路和制式通用以太网接口。

本发明决了现有技术中的不足，达到了以下有益效果：

1.本发明结构简单，技术成本低、工作稳定、精度高、操作方便。

2.本发明自动化程度高，不需要花费用户太多时间，在有机蔬菜生长的过程可实现全托管。

3.本发明可以帮助用户可以实现远程控制并实时了解装置内有机蔬菜生长情况。

附图说明

图1 是本发明的模块连接示意图；

图2 是单片机电路原理图；

图3 是补光灯模块电路原理图；

图4 是液晶显示模块电路原理图；

图5 是光强度传感器电路原理图；

图6 是温湿度传感器电路原理图；

图7 是土壤湿度传感器电路原理图；

图8 是蜂鸣器报警模块电路原理图；

图9 是水泵驱动模块电路原理图；

图10 是按键模块原理图；

图11 是步进电机两轴联动自动松土驱动模块；

图12 是蓝牙电路原理图。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1到图9所示，一种智能有机蔬菜生长柜的控制系统，包含电源模块，单片机U1、传感器模块、水泵驱动模块、步进电机两轴联动自动松土驱动模块、补光灯模块、警报电路、液晶显示模块J2、通讯模块、按键控制模块；电源模块包含5V直流输出端口、12V直流输出端口和220V交流输出端口；补光灯模块与220V交流输出端口电气连接；单片机U1、传感器模块、水泵驱动模块、步进电机两轴联动自动松土驱动模块、补光灯模块、警报电路、液晶显示模块J2和通讯模块各自独立与5V直流输出端口电气连接；步进电机两轴联动自动松土驱动模块与12V直流输出端口电气连接；水泵驱动模块与12V直流输出端口电气连接；传感器模块、水泵驱动模块、步进电机两轴联动自动松土驱动模块、补光灯模块、警报电路、液晶显示模块J2、通讯模块、按键控制模块与单片机U1电气连接；补光灯模块设有LED光源和电力电子调光电路。

如图1所示，作为一种较佳的实施例，传感器模块采集有机蔬菜生长柜系统里的环境数据，温湿度传感器U5和土壤湿度传感器U6测到有机蔬菜生长柜内空气的温度、湿度以及土壤的湿度，将数据反馈给单片机U1，单片机U1对该数据进行计算分析，与系统预先设定的阈值进行比对，当湿度低于预先设定的湿度阈值时，单片机U1驱动报警模块动作，蜂鸣器LS1发出持续的警报声，同时控制水泵模块动作，为土壤补水，直到空气和土壤中的湿度超过预先设定的阈值，水泵模块和报警模块停止工作；光照强度传感器U4将测得有机蔬菜生长柜内的光照强度转换成电信号反馈给单片机U1，当光照强度低于预先设定的阈值时，单片机U1驱动报警模块和补光灯模块动作，调高补光灯的照度值，同时蜂鸣器LS1发出有限次数的警报声；在完成有机蔬菜的采摘后，单片机U1驱动两个步进电机完成X-Y两轴联动，步进电机装上一个小型钉耙，即可实现自动松土。

如图2到图7所示，作为一种较佳的实施例，单片机U1采用STC90C58AD，温湿度传感器U5采用DHT22，温度测量范围为-40~80℃，分辨率为0.1℃精度值为±0.5℃，湿度测量范围为0%RH~100%RH，分辨率为0.1%RH精度值为±2%RH；土壤湿度传感器U6采用FC-28，湿度测量范围为测量范围0%RH~100%RH，测量精度值为±1%RH；光强度传感器U4采用GY-30，照度测量值范围为1lx~65535lx，测量精度值为±1%；所述液晶显示模块J2采用LCD1602。如图4所示，液晶显示模块J2电路包括LCD1602液晶显示屏、滑动变阻器和上拉电路，LCD1602液晶显示屏的1引脚和16引脚接地，2引脚和15引脚接+5V直流电源，在2引脚与3引脚之间接一个10kΩ的滑动变阻器用于调节LCD1602的背光亮度，其余的4引脚-14引脚分别连接STC90C58AD单片机的P0.0引脚-P0.7引脚，P1.5引脚-P1.7引脚，LCD1602的4引脚-14引脚分别外接R3-R10、R22-R24上拉电阻，LCD1602液晶显示模块电路能显示有机蔬菜生长柜内空气温度和湿度值、土壤湿度值、显示给生长柜系统设定的水泵U12出水阈值和全光谱LED补光灯开关阈值。如图5所示，光强度传感器电路包括GY-30传感器和上拉电路，GY-30传感器内含BH1750FVI芯片，1引脚接+5V直流电源，2引脚（IIC总线时钟引脚）和3引脚（IIC总线数据引脚）分别与STC90C58AD单片机的P1.0引脚和P1.1引脚采用IIC总线通信方式相连接，4引脚和5引脚接地，可直接输出数字量，R17和R18是起保护作用的上拉电阻，光强度传感器电路将采集到的光照强度值经STC90C58AD单片机处理后由LCD1602显示、并将其值与预先设置的照度阈值比较后，判断是否打开补光灯。如图6所示，温湿度传感器电路包括温湿度传感器DHT22和上拉电路，DHT22的1引脚+5V直流电源，2引脚接R19上拉电阻与STC90C58AD单片机的P1.2引脚相连输出数字量，3引脚悬空，4引脚接地，温湿度传感器电路将采集到的温度与湿度值经STC90C58AD单片机处理后由LCD1602显示。如图7所示，土壤湿度传感器电路包括土壤湿度传感器FC-28和上拉电路，FC-28的1引脚接+5V直流电源，2引脚接GND，3引脚悬空，4引脚接R20上拉电阻与STC90C58AD单片机具有模拟与数字转换功能的P1.3引脚相连；FC-28土壤湿度模块电路将采集到的土壤湿度模拟量经STC90C58AD单片机处理后由LCD1602显示，并将其值与预先设置的照度阈值比较后，判断是否打开水泵U12。

如图8所示，作为一种较佳的实施例，报警模块电路包括蜂鸣器LS1、电阻电路和第一三极管Q1极管，第一三极管Q1为一个NPN三极管。蜂鸣器LS1的1引脚接+5V直流电源，2引脚接第一三极管Q1的集电极，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的基极接R25限流电阻后接到STC90C58AD单片机的P1.4引脚，第一三极管Q1的基极和发射极之间接一个下拉电阻R26。报警模块电路的报警功能由STC90C58AD单片机对当前光照强度和土壤湿度数据的处理而做出响应，若当前光照低于所预先设置的阈值，蜂鸣器LS1会发出3声警报声；若当前土壤湿度低于所设置的阈值，蜂鸣器LS1持续鸣声，直到水泵U12放水使土壤湿度达到阈值。

如图3所示，作为一种较佳的实施例，补光灯模块电路包括高速光耦合芯片6N137、限流电路、全光谱LED光源、第四三极管Q4和第五三极管Q5构成的复合管，第四三极管Q2采用三极管9013，第五三极管Q5采用三极管TIP41。6N137高速光耦合芯片的1引脚和4引脚悬空，2引脚经R30限流电阻后接STC90C58AD单片机的P2.7引脚，3引脚和5引脚接地，8引脚和7引脚接+5V直流电源，6引脚接第四三极管Q4的基极，8引脚和第四三极管Q4之间接有电阻R31和电阻R32组成的限流电路，第五三极管Q5的基极接第四三极管Q4的发射极。STC90C58AD单片机的P2.7引脚输出电平信号后经6N137芯片处理后由6引脚输出至由Q4、Q5组成的复合管电路放大电流，通过兼具开关量的Q5实现对LED光源的开关控制，使LED光源保持良好的工作状态。

如图9所示，作为一种较佳的实施例，水泵驱动模块电路包含6N137高速光耦合芯片、限流电路、水泵U12、第二三极管Q2和第三极管Q3三极管组成的复合管电路，第二三极管Q2采用三极管9013，第三三极管Q3采用三极管TIP41，所述水泵U12采用385水泵。6N137高速光耦合芯片的1引脚和4引脚悬空，2引脚经R27限流电阻后接STC90C58AD单片机的P2.6引脚，3引脚和5引脚接地，8引脚和7引脚接+5V直流电源，6引脚接Q2 9013的基极，8引脚和Q2 9013之间接有R31和R32组成的限流电路，第三三极管Q3的基极接第二三极管Q2的发射极。STC90C58AD单片机的P2.7引脚输出电平信号后经6N137芯片处理后由6引脚输出至由Q2、Q3组成的复合管电路放大电流，通过兼具开关量的Q3实现对水泵U12的开关控制，使水泵12保持良好的工作状态。

如图10所示，作为一种较佳的实施例，按键控制模块包含第一按钮Button1和第二按钮Button2两个按键和上拉电路，各自与STC90C58AD单片机的P2.0引脚-P2.1引脚相连接，然后与STC90C58AD单片机相连的P2.0引脚到P2.1引脚之间分别接有电阻R11和电阻R12构成的上拉电路，当按下第一按钮Button1时，将对LCD1602显示的内容进行顺序切换；当按下第二按钮Button2时，有机蔬菜生长柜系统将执行自动松土操作。

步进电机两轴联动自动松土驱动模块包含第一步进电机驱动器U10、第二步进电机驱动器U11、第一步进电机和第二步进电机，第一步进电机驱动器U10和第二步进电机驱动器U11均采用ULN2003驱动模块，第一步进电机和第二步进电机均采用42BYGHW609步进电机。STC90C58AD单片机的P3.6引脚、P3.7引脚、P4.4引脚、P4.5引脚分别连接第一步进电机驱动器U10的1引脚-4引脚，第一步进电机驱动器U10的5引脚-7引脚、10引脚-12引脚均悬空，8引脚接地，9引脚接+5V直流电源，13引脚-16引脚分别接第一步进电机-X的6引脚-3引脚，第一步进电机-X的1引脚和2引脚接+5V直流电源。STC90C58AD单片机的P3.2引脚-P3.5引脚分别连接第二步进电机驱动器U11的1引脚-4引脚，第二步进电机驱动器U11的5引脚-7引脚、10引脚-12引脚均悬空，8引脚接地，9引脚接+5V直流电源，13引脚-16引脚分别接第二步进电机-Y的6引脚-3引脚，第二步进电机-Y的1引脚和2引脚接+5V直流电源。STC90C58AD单片机分别对第一步进电机驱动器U10和第二步进电机驱动器U11驱动模块的1引脚-4引脚输入高低电平信号，通过第一步进电机驱动器U10和第二步进电机驱动器U11的16引脚-13引脚分别将高低电平信号传送给两个步进电机，从而控制两个步进电机完成X-Y两轴联动。

如图12所示，作为一种较佳的实施例，通讯电路包含蓝牙模块HC-05，蓝牙模块HC-05的1引脚和6引脚悬空，2引脚（RXD接受数据端）和3引脚（TXD发送数据端）分别连接STC90C58AD单片机的P3.1引脚（TXD发送数据端）、P3.0引脚（RXD接受数据端）形成串口回环，实现与手机等包含蓝牙模块的智能终端设备的无线通信，5引脚接+5V直流电源，6引脚接地。蓝牙模块HC-05承担了底层STC90C58AD单片机与手机等包含蓝牙模块的智能终端设备通信，使采用此生长柜系统的用户能在较远的距离之外也能了解有机蔬菜的生长情况，设置补光灯和水泵U12的开关阈值，以及开启一键松土功能。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。