廖希杰 宋晨 王會虎 喬大壯 徐現(xiàn)樂 趙志桓

摘要：我國長期以來注重發(fā)展農(nóng)業(yè)，然而農(nóng)業(yè)的發(fā)展與水資源是密切相關(guān)的，而我國又是水資源極度匱乏的一個國家，這就要求我們大力發(fā)展節(jié)水澆灌農(nóng)業(yè)，智能澆灌系統(tǒng)正是這樣一個節(jié)約水資源提高澆灌效率的系統(tǒng)，本課題主要設(shè)計一個自動澆灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用STM32F103單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，由DHT11溫濕度傳感器采集系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)，抽水電機控制模塊實現(xiàn)作物的澆灌.LCD顯示屏顯示模塊顯示采集到的信息，蜂鳴器報警模塊對系統(tǒng)異常做出警報。

關(guān)鍵詞：自動澆灌;STM32;DHTII;顯示屏;閉環(huán)電路

中圖分類號：TP311文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）08-0051-02

目前來看地球上的淡水儲備量較少，再加上農(nóng)業(yè)、工業(yè)等一系列都在不斷地消耗著我們地球上的水資源儲備量，所以說提高工業(yè)和農(nóng)業(yè)水資源的利用率是我們當(dāng)下必須要解決的主要問題，想要提高農(nóng)業(yè)用水的利用率僅靠以前的澆灌方式是完全不可能的，這就需要我們發(fā)展高科技的智能澆灌系統(tǒng)，智能澆灌系統(tǒng)便是通過采用精度較高的土壤溫濕度傳感器，按照土壤實際情況和作物用水情況進行智能澆灌，不但可以有效地處理我們澆灌浪費水的問題，而且還可以為作物提供更好的用水環(huán)境，提高作物的生產(chǎn)效益。

1 硬件選取和分析

1.1 STM32單片機的模塊選取

在本設(shè)計開始之前我們考慮了兩種單片機備選型號，一種為STM32F103型號另一種為STC89C51型號，通過對比了兩種單片機的優(yōu)缺點以及可以實現(xiàn)的各種功能，發(fā)現(xiàn)STM32單片機以低廉的價格、強大的功能、不需復(fù)雜的電路設(shè)計，完全符合節(jié)約成本的原則，并且滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求。所以，本設(shè)計用STM32單片機為中心控制器。

1.2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

1）濕度傳感器模塊：YL69土壤濕度傳感器和DHT11溫濕度傳感器配合，可以有效地檢測土壤的濕度和空氣溫度的情況。

2）液晶屏顯示模塊：LCD1602顯示屏可以專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等，所以可以很好地顯示我們所需要顯示的溫濕度值數(shù)字。

3）報警模塊：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候蜂鳴器會自動報警。

4）電機模塊：實現(xiàn)對智能灌溉系統(tǒng)的水量控制。

2 設(shè)計思路

圖1為系統(tǒng)基本框架。

整個系統(tǒng)的工作原理為：首先接通電源給本系統(tǒng)供電，然后系統(tǒng)的各部分開始穩(wěn)定工作，開始對單片機和顯示屏進行初始化，隨后DHT11溫濕度傳感器開始工作，溫濕度數(shù)據(jù)信息被采集并傳輸給單片機，單片機將接收到的溫濕度信息進行分析和處理并在顯示屏上顯示傳感器采集到的數(shù)據(jù)，隨后將處理的結(jié)果輸出給控制電路帶動抽水電機的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)智能控制下的自動澆灌。

3 各類模塊引腳說明

3.1DHT11溫濕度傳感器模塊引腳說明

由圖可知，l號引腳的引腳名稱為vcc，作用是正電源輸入，一般輸入電壓為3-5.5V，2號引腳的引腳名稱為DOUT，是單總線一般作為數(shù)據(jù)的輸入輸出，3號引腳的引腳名稱為NC，是一個空腳一般做拓展用，4號引腳的引腳名稱為GND，做接地處理。DHTll的外部接線有三個引腳，分別為VCC、DATA、GND，其中vcc接電源正極，GND連接到電源負(fù)極，DATA連接單片機的PB6引腳作用為通用開漏輸出。

4 程序設(shè)計

4.1濕度傳感器程序設(shè)計

YL69土壤濕度傳感器和DHT11溫濕度傳感器兩個傳感器配合可以有效地檢測土壤的濕度和空氣溫度的情況，讓我們可以在適合的溫度情況下采用最優(yōu)的澆水方式。

4.2 液晶屏顯示模塊程序設(shè)計

TFT液晶顯示屏是一種彩色顯示屏，他不單單可以顯示字母、數(shù)字、符號還可以更好的顯示彩色圖片，符合我們現(xiàn)在日常看東西的習(xí)慣，在它的每一個像素點都會有一個半導(dǎo)體開關(guān)，這樣可以更加精準(zhǔn)的控制色彩顯示的色階，可以讓顯示屏顯示的字體和圖片更加的逼真，可以專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等。而且LCD顯示屏還可以進行觸摸控制，可以采用LCD屏觸摸控制。

4.3 報警模塊開啟設(shè)置

系統(tǒng)主要實現(xiàn)檢測土壤濕度低于設(shè)定值時自動澆水的功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)一些小故障的時候可能系統(tǒng)就會中斷，這是就需要我們進行干預(yù)，但我們并不是一直在盯著系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，所以我們會遇到系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)的時候我們并不知道，所以就需要在設(shè)計中加入一個蜂鳴器模塊，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候蜂鳴器會自動報警，這樣我們聽到蜂鳴器的警報聲我們就會過來查看，這樣就會最大限度地減小系統(tǒng)損壞時所造成的損失，同時當(dāng)電機運轉(zhuǎn)的時候也就是濕度過低的時候蜂鳴器也會發(fā)出警報，這樣可以最大限度地保證系統(tǒng)的正常運行。

5 程序文件的編譯、連接、調(diào)試及其結(jié)果

本設(shè)計首先將各功能模塊程序進行編寫整合，并輸入KEIL5中，通過在KEIL5對每個模塊的程序的運行和調(diào)試，以及各模塊的調(diào)試實驗，反復(fù)確認(rèn)并修改程序，最終確認(rèn)程序沒有錯誤后，將各功能模塊連接開發(fā)板通過軟硬件在線聯(lián)調(diào)，通過調(diào)試和改正每個單獨模塊的功能，最后實現(xiàn)了系統(tǒng)的總功能。

6 總結(jié)與展望

本設(shè)計主要是使用STM32單片機為整個系統(tǒng)的控制核心，通過連接電源和ST-LINK線將程序燒入主控板，由DHT11溫濕度傳感器采集系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)，由單片機將采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理，抽水電機控制模塊實現(xiàn)作物的澆灌，LCD顯示屏顯示模塊顯示采集到的信息，并當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時蜂鳴器的報警與停止時，抽水電機的轉(zhuǎn)動與停止，顯示屏的觸摸測試等。該系統(tǒng)的主要功能就是在閉環(huán)電路中實現(xiàn)農(nóng)作物土壤水分的檢測和自動澆灌。

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【通聯(lián)編輯：聞翔軍】

作者簡介：廖希杰（1996-），男，山東莒縣人，本科，研究方向為電力電子。