五行音乐声波助长的发声设备
阅读说明：本技术 五行音乐声波助长的发声设备 (Sound production equipment for promoting five-element music sound wave ) 是由 游国栋 兰鑫蔚 邢强 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及物理农业领域,是一种利用五行音乐声波助长的发声设备。本发明由高精度时钟模块、语音模块、主控单片机模块、电源模块、发声模块和OLED显示屏六个模块组成。显示屏会显示年、月、日、时、分、秒的时间信息和歌曲曲目名称,方便人们及时察看,以防过早或过晚地错过植物最佳促进生长时间。此系统美观实用且功耗低,能更好地适应现代农业发展形势,减少化肥农药的使用达到使植物增产、抗病的效果。本发明省时省力,简单易操作,无须经验,方便使用。(The invention relates to the field of physical agriculture, in particular to a sound production device for promoting growth by utilizing five-element music sound waves. The invention consists of six modules, namely a high-precision clock module, a voice module, a master control singlechip module, a power supply module, a sound production module and an OLED display screen. The display screen can display time information of year, month, day, hour, minute and second and names of song songs, so that people can conveniently and timely view the information, and the optimal growth promoting time of plants is prevented from being missed too early or too late. The system is beautiful and practical, has low power consumption, can better adapt to the development situation of modern agriculture, and reduces the use of chemical fertilizers and pesticides to achieve the effects of increasing the yield of plants and resisting diseases. The invention is time-saving and labor-saving, simple and easy to operate, does not need experience and is convenient to use.)
技术领域
本发明专利属于物理农业领域，具体涉及五行音乐声波助长的发声设备。
背景技术
声波助长的基本原理是利用音箱发声对植物施加特定频率的声波，使声波的频率与植物本身固有的生理系统波频相一致，产生共振。从而提高植物活细胞内电子流的运动速度，促进各种营养元素的吸收、传输和转化，增强植物的光合作用和吸收能力，促进生长发育，达到增产、增收、优质、抗病的目的。
声波助长是现代高科技在农业生产中应用的成功范例之一。所应用的植物生理谐振波处理技术是现代物理农业科技发展的核心技术，不污染环境，符合环境保护和发展生态农业的要求，是当前生产有机、绿色、无公害农产品的优选设备。可应用于粮油作物、蔬菜、果树、花卉、烟草、棉麻、园林苗木等。国外早已展开此类相关实验，且取得巨大成功，目前已应用至防治病虫害和促进农作物自然物理生长，摒弃掉使用农药的传统方法，促进本国食品绿色无污染。我国目前处于此技术发展初期，且市场此类设备几乎处于空白，北京、天津、广西已有少量试验点开始进行关于此类技术的相关实验，国家大力扶持物理农业领域发展相关声波助长技术。
中国五声音阶中的宫、商、角、徵、羽5个音级。将每个音做为主音时，便可形成相应的5种不同的调式。角音，属木，具有温煦长养，激发生机，促进万物萌动发生的作用。徵音，属火具有鼓舞阳气上升，使万物明显繁茂的作用。，宫音，属土，具有旺盛的生化作用，可使万物充实完备。商音，属金，具有收敛密集的作用，可使万物储存能量宁定平静。羽音，属水，具有柔顺沉静的作用，可使万物潜降下行。
我们通常会需要一种功率低且具有声波助长发声功能的设备，完成户外实验研究的工作，既保证了声音不会很大影响到其他植物，也不会浪费很多的土地资源和电力，同样可以完成实验所要求的任务。农户农地面积不大，种植多种植物，会需要用到这种小型设备促进植物生长且不会打扰到其他植物的正常生长。
发明内容
本发明设备由高精度时钟模块、语音模块、主控单片机、电源模块、发声模块和OLED显示屏组成，系统组成如图1所示。
前期实验人员对需要声波助长的植物利用He-Ne激光多普勒效应测振仪，精确地测定出植物自发声和接受声的频率，将采集到的频率保存交由专业机构或农机推广站进行分析和调制。专业软件会根据采集到的发声频率通过人工智能大数据分类的方法将其分类，分类规则将按照宫、商、角、徵、羽五种不同音调进行分类。然后利用频率合成器将植物自发声和典型的植物自发声所属音调进行合成，按照植物接受声的频率输出，得到TF卡可以使用的音频原件。将此音频存入TF卡中，将TF卡插入语音模块槽中，当系统上电工作时即可播放。
主控单片机给语音模块发出信号，通过主芯片MCU将MP3歌曲文件从存储TF卡中存取出并读取存储器上的信号到解码电路中解码，然后通过数模转换DAC将数字信号转换成模拟信号，然后通过功放电路将音频放大传送至发声模块。同时主控单片机会将歌曲名称送入显示屏上，原理如图2所示。
优选地，语音模块选用JQ8900-tf语音模块。
优选地，主控单片机选用STM32f103c8t6单片机。
优选地，发声模块选用双声道喇叭。
主控单片机与时钟模块在I2C总线上传送数据，将年、月、日、时、分、秒的信息通过单片机写入时钟模块。其内部电可擦除EEPROM会记忆相关数据，下次上电后时钟模块会准确定时将数据回传给单片机。主控单片机将时间信息送入显示屏并显示在显示屏上，原理如图3所示。
优选地，时钟模块选用DS3231高精度时钟模块。
优选地，显示屏模块选用0.96寸OLED语音模块。
通过编写STM32单片机实现DS3231高精度时钟模块在有电情况下高精度确定此刻的时间，并且时间通过年、月、日、时、分、秒的形式显示在OLED屏中。对于JQ8900-tf语音模块通过编写STM32主控单片机从TF卡中读取歌曲文件，然后通过放大歌曲文件的声音传至发声喇叭中，并且歌曲名称会显示在OLED显示屏上。
优选地，电源模块选用蓄电池进行供电。
本发明的优点：
本发明设备具备功率低、不污染环境且具有声波助长发声功能的优点，可以独立完成户外实验研究的工作，既保证了声音在一定范围内悦耳、动听，又不会影响到其他植物，也不会浪费很多的土地资源和电力，同样可以完成实验所要求的任务。
附图说明
图1是本发明设备系统组成图；
图2是本发明设备的JQ8900-tf语音模块工作原理图；
图3是本发明设备的DS3231高精度时钟模块的工作原理图；
图4是本发明系统的连接电路图；
具体实施方式
实验前，实验人员对需要声波助长的植物利用He-Ne激光多普勒效应测振仪，精确地测定出植物自发声和接受声的频率，将采集到的频率保存交由专业机构或农机推广站进行分析和调制。专业软件会根据采集到的发声频率通过人工智能大数据分类的方法将其分类，分类规则将按照宫、商、角、徵、羽五种不同音调进行分类。然后利用频率合成器将植物自发声和典型的植物自发声所属音调进行合成，按照植物接受声的频率输出，得到TF卡可以使用的音频原件。将此音频存入TF卡中，将TF卡插入JQ8900-tf语音模块槽中，当系统上电工作时即可播放。
系统由DS3231高精度时钟模块、JQ8900-tf语音模块、STM32主控单片机、蓄电池、发声模块喇叭和OLED显示屏组成，将已经制作好的助长音频事先放入存储TF卡中，插入JQ8900-tf语音模块的存储槽中。系统连接如图4所示，DS3231高精度时钟模块的串行时钟输入SCL引脚与STM32单片机的PBO引脚相连，串行双向数据线SDA引脚与STM32的PB1引脚相连，VCC引脚与+5V电源连接，GND引脚接地。JQ8900-tf语音模块的播放指示灯BUSY引脚与STM32的PB14引脚相连，UART串行数据输入引脚RX与STM32的PA2引脚相连，UART串行数据输出TX与STM32的PA3引脚相连，DC_5V引脚与+5V电源相连，GND引脚接地。OLED显示屏的GND引脚和CS引脚接地，VCC引脚与+5V电源相连，SPI时钟线D0引脚与STM32单片机的PB11引脚相连，SPI数据线D1引脚与STM32单片机的PB10引脚相连，OLED复位RES引脚与STM32单片机的PB13引脚相连，DC引脚与STM32单片机的PB12引脚相连。STM32单片机的VCC3V3引脚与+5V电源相连，两个GND引脚接地。
STM32主控单片机与DS3231高精度时钟模块在I2C总线上传送数据。首先送入最高位由STM32单片机发出启动信号，SDA在SCL高电平期间由高电平跳变为低电平，然后由STM32单片机发送一个字节的数据，待所有字节传送完毕后STM32单片机发出停止信号，SDA在SCL高电平期间由低电平跳变为高电平结束传送，依次写入年、月、日、分、时、秒的数据。
STM32主控单片机将SDA置为输入状态，然后置高SDA。读取数据时先将SCL置为高电平判断引脚的状态，若为高电平则I2C总线传送的数据会被读取，然后将SCL置为低电平等待下一位的读取。数据左移一位然后上拉电阻将SCL置为高电平判断SDA管脚的状态，重复上述过程依次完成8位数据的读取，直至全部读取完毕。
STM32主控单片机与JQ8900-tf语音模块通过主芯片MCU将MP3歌曲文件从存储TF卡中取出并读取存储器上的信号到解码电路中解码，然后通过数模转换DAC将数字信号转换成模拟信号，然后通过功放电路将音频放大传送至喇叭。
STM32主控单片机首先初始化SSD1306，然后将D0、D1、RES、DC引脚设置为使能B端口时钟、推挽输出状态、50MHZ频率。将拉低片选信号CS置为低电平有效，楷始数据的读入。将OLED显示屏的系统时钟置为低电平，若数据最高位为1则串行数据线置为1，写入此数据后将串行时钟线SCLK置为高电平，结束此数据的写入。数据左移一位开始下一个数据的写入，重复写入过程直至所有数据全部被写入。OLED显示屏的汉字部分通过PCtoLCD2002软件写入常用ASCII表，自创所需要的汉子写入OLED即可。
电源模块选用蓄电池为DS3231高精度时钟模块、JQ8900-tf语音模块、STM32f103c8t6单片机、发生模块喇叭和OLED显示屏供电。
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