【分享】25智能工程学院赵婧涵苏雅婷谭雅茹智能植物培育...

赵婧涵

一、作品简介

本系统基于51单片机和迪文智能显示屏，设计开发了一套集声光检测与温湿度监测于一体的智能植物培育系统。系统能够实时监测植物生长环境的多项关键参数，为科学化、智能化的植物培育提供数据支持和技术保障。
系统采用模块化设计，通过高灵敏度传感器采集环境数据，结合迪文屏的友好人机交互界面，实现对植物生长环境的可视化监控和智能化响应。当检测到异常环境条件时，系统能够自动触发声光报警提示，帮助用户及时了解并调整培育环境，从而提高植物生长质量与培育效率。
本系统适用于家庭园艺、实验室研究、小型温室种植等多种场景，具有成本低、操作简便、响应灵敏等优点。

二、工作原理

系统整体架构
系统以51单片机为核心控制器，包含以下主要模块：
1. 主控模块：51单片机作为系统核心，负责数据处理与逻辑控制
2. 显示模块：迪文智能显示屏，实现数据可视化与人机交互
3. 声音检测模块：声音传感器采集环境声强（声音传感器——KY-037模块）
      
4. 光照检测模块：光敏传感器检测环境光照强度（光敏传感器——GY-302模块，简称BH1750 FV模块）
      
5. 温湿度检测模块：温湿度传感器采集环境温湿度（温湿度传感器——DHT11模块）
      
6. 报警指示模块：LED指示灯实现声光报警

工作原理详解
1. 声光协同检测机制
系统实时监测环境中的声音强度和光照强度：
（1）声音检测：通过声音传感器将声波信号转换为电信号，经转换后送入单片机处理
（2）光照检测：通过光敏电阻检测环境光强，转化为数字信号
逻辑判断条件：
当(声音强度 > 预设阈值)且(光照强度 < 预设阈值)时
    启动指示灯报警
否则
    关闭指示灯
这种协同检测机制特别适用于需要安静、适度光照环境的植物，当环境嘈杂且光线不足时及时提醒用户调整。
2. 温湿度监测机制
系统通过温湿度传感器周期性采集数据：
（1）温度检测：通常采用数字温度传感器。
（2）湿度检测：通过湿度敏感元件测量空气中的相对湿度。
采集的数据经过单片机处理后，通过串口通信实时显示在迪文屏上，用户可以直观查看当前环境条件，并与植物适宜生长范围进行对比。
3. 迪文屏人机交互
迪文屏在本系统中发挥重要作用：
（1）数据可视化：以数字形式显示实时数据。
（2）参数设置：用户可通过修改源代码设置报警阈值、采样间隔等参数。
（3）状态提示：通过LED灯闪烁提示系统状态。
                                         
     
三、设计思路

设计过程

1、团队协作与任务分配
本项目开发过程中，我们团队充分发挥了协作优势，通过科学合理的任务分工，实现了高效并行的开发模式。团队由三名成员组成，采用模块化开发策略，确保各子系统同步推进、有机整合。
1.1 团队组织结构与职责分配
小组长负责整体协调与进度把控，统筹各模块开发进度，并解决跨模块技术问题。三位成员分别承担核心开发任务：
硬件调试组（赵婧涵、谭雅茹）：
（1）负责三大传感器模块的系统调试与集成
（2） 制定传感器校准方案与测试标准
（3）解决硬件接口兼容性与信号稳定性问题
（4）整合在界面实现测量数据显示的代码
界面设计组（苏雅婷）：
（1）负责迪文工程界面设计与交互优化
（2）完成系统动画制作与视觉效果提升
（3）参与最终代码整合与调试工作
                     
1.2 开发里程碑与阶段成果
第一阶段：需求分析与方案设计
第二阶段：硬件模块独立测试并调试
第三阶段：软件界面开发与动画制作
第四阶段：系统集成与联合调试
第五阶段：优化完善与文档整理

2、硬件模块调试实践过程
2.1 传感器模块并行调试策略
本小组在该模块同样采取分工协作的调试模式：
分工阶段：
赵婧涵负责声音传感器与光敏传感器模块：
· 连接对应转换器引脚，解决了声光复合判断的时序匹配问题
· 优化传感器灵敏度调节，检验迪文屏连接后测试功能
谭雅茹负责温湿度传感器模块：
· 连接对应转换器引脚，，对实验室温湿度环境进行传感器测试
· 通过修改bin文件，解决温度传感器显示错误数据问题。
整合、集成阶段：
1. 实现声音、光敏、温湿度传感器模块与迪文屏的硬件联动，打通各模块数据传输通道，确保声光复合判断、温湿度数据采集的信号同步性；
2. 对集成后的系统进行全场景功能测试，模拟植物培育的实际环境变量，验证传感器数据在迪文屏界面的实时显示与动画反馈效果；
3. 针对集成过程中出现的模块间兼容性问题，对硬件接线逻辑与软件配置等进行优化，最终实现各功能模块的稳定协同运行。

3、迪文界面开发与动画制作
3.1 界面设计流程
第一阶段：视觉素材准备与处理：首先，针对界面设计，我们系统性地搜集和筛选了与植物培育主题相符的视觉素材，包括背景图片127张，其次，再通过专业图像处理软件，对所有素材进行了统一风格化处理，确保格式均为jpg、色彩搭配和谐、视觉层次清晰。
第二阶段：界面布局设计与工程构建：在迪文开发环境中创建了分层设计架构：首先是基础层，涵盖了主界面、温湿度检测界面、声光检测界面。其次为交互层，包括设置触控控件、文本显示和图标显示操作。最后为动态层：导入代码后，实现数据刷新区域、状态指示区。采用网格化的布局原则，确保界面元素排列整齐、操作逻辑清晰。
第三阶段：动画效果设计与实现
为了提升用户体验，特别设计制作了开机欢迎动画：
1. 创意构思：以地球生态和植物生长的动画寓意系统启动
2. 逐帧制作：使用专业动画软件制作120帧关键画面
3. 格式优化：将动画序列转换为迪文屏支持的图片格式
4. 时序控制：通过计算动画播放时间，实现流畅播放
                 
3.2 代码整合与优化
在界面开发完成后，设计界面成员与硬件组成员紧密配合，进行了系统的代码整合工作：
代码结构梳理：
重构函数模块，将声音传感器+光敏传感器模拟声控灯和DHT11温湿度传感器进行整合，包含调用头文件，系统初始化，宏定义等操作
功能测试与调试：
1. 验证触摸屏各项功能响应情况
2. 测试动画播放与数据刷新的兼容性
3. 优化屏幕刷新策略，避免闪烁，跳转等现象

技术创新点
1. 多参数融合检测：将声、光、温、湿四类环境参数集成于一体
2. 智能条件判断：采用“声音大且光照弱”的复合条件触发机制
3. 可视化交互：利用迪文屏实现友好的人机交互界面
4. 实时响应：系统响应时间短，能及时反映环境变化

四、演示视频
【智能植物培育系统】 https://www.bilibili.com/video/B ... are_source=copy_web
五、附件