基于STM32单片机的智能浇花系统设计

目录绪论 5选题背景 5社会背景 5环境背景 6经济背景 6选题意义 7自动浇花装置的国内外发展现状 7文献综述 8课题研究的内容及要求 9方案论证 11总体方案设计 主控模块选型 2.2.151单片机 FPGA 13STM32单片机 14显示模块的选择 15编程语言的选择 18汇编语言 18C语言 18电路的设计 19系统总体描述 19单片机 19温湿度传感器 20温湿度采集模块电路图 223.5LCD液晶显示模块 223.4.1LCD1602简介 223.4.2液晶显示电路 23按键设置模块 24报警模块 25系统硬件的设计 27电路原理图绘制 27软件设计 28Keil软件的简介 28主函数流程图 29系统调试 31总 结 35致 谢 36参考文献 37NoPAGENoPAGE37沈阳大学毕业设计（论文）摘要伴随着人们生活水平以及现在科学技术的急速发展，越来越多的人喜欢本课题基于此目的设计一种家庭绿植自动浇水系统，通过对土壤温湿度的检测来判断是否需要对绿植进行浇水或除湿，土壤湿度的阈值范围可以通LCDLCD关键词：加温AbstractWiththerapiddevelopmentofpeople'slivingstandardandmodernscienceandtechnology,moreandmorepeopleliketogrowsomegreenplantsathome.Butthepaceofcontemporarylifeistoofast,leadingtothemajorityofgreenplantscannotgetagoodreplacementofwaterandsunlight,resultinginashorterlifecycleofgreenplants.Howtousemodernelectronictechnologytodesignaflowerpotthatcanautomaticallywaterhasbecometheurgentdemandofthecurrenturbanpopulation.Basedonthispurpose,thispaperdesignsanautomaticwateringsystemforhouseholdgreenplants.Throughthedetectionofsoiltemperatureandhumidity,itcanjudgewhethergreenplantsneedtobewateredordehumidified.Thethresholdrangeofsoilmoisturecanbeadjustedmanually.AnddisplaythecurrentsoiltemperatureandhumidityinformationthroughtheLCDscreen.Whenthesoilmoistureisbelowthesetthreshold,startthepumptopumpwater,whenthethresholdafterwateringinthesethumidityrange,stopwatering.Startdehumidificationwhenthehumidityistoohigh,andstopdehumidificationuntilthehumidityiswithinthesethumidityrange.Heatitwhenthetemperatureislowerthanthesettemperatureandhumidity,andcoolitwhenthetemperatureishigherthanthesettemperature.Thedesigncanbedividedintothemaincontrolmodule,LCDdisplaymodule,keycontrolmodule,humiditydetectionmodule,waterpumpmodule,dehumidificationmodule,heatingmodule,coolingmodule.Throughthecombinationoftheabovemodules,theautomaticwateringsystemofhouseholdpottedflowersisdesigned.Keywords:FlowerPOTS;Singlechipmicrocomputer;Soilmoisturedetection;Automaticwatering绪论选题背景社会背景996为缺水而导致植物的枯萎。环境背景积以及个人家居生活对绿化的关注度没有那么高。而且由于现代经济的发展庭种植绿萝等吸收甲醛的绿植。绿色植物不仅能对空气进行净化而且还能够对家庭起到装饰作用。但是事实上很多人在家庭种植的绿植没时间或者没精力去照顾，这也就造成绿植长势不好，反而会影响人的心情。经济背景201913.2%202015%20144.310~2040亿人民币。综上所述，绿植的市场是毋庸置疑的。选题意义1.1自动浇花装置的国内外发展现状目前比较先进的灌溉设施主要是微喷系统，该系统能够在植物需要水分效的节约水资源。但是由于该装置的复杂程度已经适应场合并不能胜任家庭革命的时间比中国要早很多年，包括现在很多自动浇水装置也都是从国外进一带。且加入中国元素的该类产品以陶瓷、玻璃产品居多。文献综述STC89C51单片机作为主控制器,通过温湿度传感器对植物生长环境进行检测,将采集的数据信号与系统数值进行比较,[2]。PythonArduinoArduino,Socket通信传输给,PythonDjangoweb框架网页获取数据库中的数,[3],研制了自动浇水、科学调控的智能养花系统。系统由用户手机进行设置养植信息通过监测环境及土壤湿度数据,结合建立的不同花种生长养植特性数据库进行决策,实施自动浇水控制;,并与环境信息融合,为用户提供科学养花数据[4]。江连海基于微信平台设计了一款智能浇花系统。该系统由控制器端、服务器端和微信终端组成,硬件平台以开源硬件Arduino;APIPHP进行开发;,AirKiss技术为系统一键配网。该系统可通过微信公众号,根据用户的设置自动控制浇灌的时间与用量,实现了智能浇花[5],设计了一款可以应用于室内的全自动智能营养液培植花盆。该花盆由光照强度检测与补光灯4,单片机输出控制LED灯的开关及盆体是否旋转等信息;太阳能储电系统由太阳能电池板转换电能用于提供整个系统的部分电能;自动补水系统和自动旋转系统是借助于时钟芯片,通过软件程序设定定时喷洒营养液及向光旋转。绿植无土栽培试验表明:植株在后期生长的形态指标要优于传统土培与基质养植[6]。杨宏斌为使智能花盆发挥更好作用,以绿,ArduinoSTM32平台,设计出智能花盆系统。该系统利用多传感器采集植物生长环境变化数据,实现智能花盆基本参数的实时监控、危害气体的预警以及植物图像的实时采集处理等功能。该系统的设计使,[7]。课题研究的内容及要求STM32，在基于该芯片的基础上对智能浇花系统该系统的设计要求以单片机为核心，并通过外部各个模块传送过来的信息进[8-10]。其控制器所包含的主要电路模块如下：LCD[11[12-14]，上述过程当处于阈值设定范围内时自动停止。上述过程我们可以通过LCD壤温湿度值。方案论证总体方案设计本设计是基于单片机的智能浇花系统的设计，该设计我们可以分为几个LCD显示模块、功能。主控模块顾名思义就是对整个系统进行控制，其负责接收和发送整个系LCD[18]1所示：电源电路电源电路加温电路温湿度监测STM32单片机降温电路除湿电路按键模块水泵电路LCD显示图1系统框图主控模块选型51单片机51C5151intel公司发布的，但是随着时间的推移已经渐渐的从一线退居之现在仅用于做低端类的2所示。图251单片机芯片图该芯片的部分引脚功能如下：Vcc：电源电压GND：接地P0口：地址/数据总线复用口，使用时需外接上拉电阻。P1口：P1作为一个自带内部上拉电阻的I/O双向口而存在。P2口：P2不仅作为一个自带内部上拉电阻的I/O口，在进行Flash编程或者校验的时候，P2还可以对高位的某些或部分控制信号进行接收。P3口：P3I/O，不仅自带内部上拉电阻，而且每个端口都自带了第二功能，其中第二功能才是P3端口的主要功能，其第二功能如下表所示：其中P3口具有两类功能，P3口第二功能如表1所示。表1P3口第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2~INT0（0）P3.3~INT1（1）P3.4T0（0）P3.5T1（1）P3.6~WR（外部数据存储器写选通）P3.7~RD（外部数据存储器读选通）FPGAFPGA正如其名可编程逻辑器件，对其进行编程时可以任意的分布逻辑单元和存储VerilogVHDLFPGA实物图芯片3所示。图3FPGA芯片图FPGAXilinxIntelintelAltera公司，后来处Intel公司，FPGAFPGA的开发和研究也是未来国家电子类行业的发展方向。STM32 单片机STM32ST公司首发的，该芯片的性能介于51FPGA两者51STM324所示。图4STM32芯片图STM32F105STM32F107互联型系列控制器之前，意法半导体已经推出了STM32基本型、增强型等多种系列的单片机，我们选取STM32F103RBT672所示。1STM32STM32表示采用1STM32STM32表示采用ARMCortex-M作为内核的32位微控制5B6T76864K128KFlashC代表256K384K512K字Flash，G1MFlash。T这一项代表封装，其中HBGA封装，TLQFP封装，U代表VFQFPN封装。6这一项代表工作温度范围，其中6代表-40—85℃，7代表-40—105℃。2F器F表示的是芯片子系列3103103代表增强型系列4RRT364864100个引脚，Z代表144个引脚，I代表176个引脚。BFlash632KFlash，显示模块的选择LED数码管作为一种常用的数字显示设备，也被称为八段码管。八LED数码总共有两种形式，就是共阳极和共阴极。共阳极和共阴极的原理LED5所示。图5LED数码管图6所示。图6信号传递图LEDLED灯，LEDLED矩阵本身难度也较高，所以不宜采用这种方案LED7所示。图7LED小灯矩阵LCD从名字可以看出，该显示器每行可以显示162行，但是由于8所示。图8LCD液晶显示屏LCD1602的引脚功能如3所示。表3LCD1602引脚功能编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VL液晶显示编码4RS数据/命令选择5RW读/写选择6E使能信号7D0数据8D1数据9D2数据10D3数据11D4数据12D5数据13D6数据14D7数据15BLA背光源正极2.4编程语言的选择16BLK背光源负极2.4.1汇编语言VHDL择时，首先想到汇编语言，当然也是第一个排除掉汇编语言。2.4.2C语言CCC语言作为本设计的编程语言。电路的设计系统总体描述水位检测传感器按键模块水流检测传感器MCULED显示报警模块LCD液晶显示水位检测传感器按键模块水流检测传感器MCULED显示报警模块LCD液晶显示电源模块单片机

图9系统框图单片机就是我们常说的单片微型计算机。从微型计算机就可以看出单片机不仅仅是将一个逻辑功能集成到一块芯片上，反而更像是将一个计算机系单片机的发展先后经历了4、8、16、32等位数，在每一代出现之前，其位数都代表当前最高处理速度，其中8位单片机其应用时间最久也被称为最经典单片机。本文经过综合选择决定选择STM32作为本系统的主控芯片。温湿度传感器温湿度传感器顾名思义就是通过该传感器可以对传感器所处环境的温湿485232温湿度传感器内部存在湿敏和热敏元件，传感器就是通过这两个元件对环境[21]。DHT11其对于湿度的检测范围可以精确到5℃。0~50该传感器的电气特性如表4所示：参数条件表4温湿度传感器电气特性Min TypMax单位供电DC3 55.5V供电电流测量0.52.5mA平均平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次传感器的引脚说明如表5所示。表5温湿度传感器引脚说明pinpin名称注释1VDD3-5.5V供电2DATA串行数据，单总线3Nc空脚，需要悬空4GND电源负极，一般接地该传感器的实物图如图10所示。6

图10传感器实物图表6温湿度传感器参数分辨率分辨率16Bit重复性±1%RH精度互换性25℃±5%RH可完全互换响应时间1/e（63%）25℃ 6s迟滞<±0.5%RH/yr供电DC 3.3~5.5V供电电流0.3mA60uA采样周期次 大于2秒湿度测量范围20-95%RH温度测量范围0-50℃温度分辨率1℃温湿度采集模块电路图温湿度采集模块电路图如图11所示。图11温湿度采集模块电路图3.5LCD液晶显示模块LCD1602简介表7控制指令RSR/WD7表7控制指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D00000000001000000000x00000001I/DSB0000001DC000001S/CR/Lxx00001DLNFxX序号 指令1 清屏2位3456置7

0 1 1 字符发生存储器地址设置8数据存储器地001显示数据存储器地址址设置9读忙标志或地01BF计数器地址址写入数10据至CGRAM10要写入的数据内容或DDRAM从CGRAM或11DDRAM中读取数据

1 读取的数据内容液晶显示电路通过AltiumDesigner画图软件对该部分电路图进行绘制，其电路图如图12所示。图12LCD电路图按键设置模块本设计的按键主要有两个，分别用于进入设置界面和对温湿度阈值设定3I/O13图13按键电路连接图报警模块LEDLED14所示。图14蜂鸣器电路图图15LED灯电路图图14仅展示了蜂鸣器电路模块，在报警模块部分还有LED灯报警模块，LED灯亮，其LED15所示。通过图可以看出，LED灯和对用的操作是通过继电器进行供电。系统硬件的设计电路原理图绘制是ProteusProteuswindowsFPGA的开发、嵌入式开发、3DPCB能。ADFPGASOPC设计实现FPGAPCB方面额设计。ADAD已经更新出20AD进PCB连接绘图选项，新的选项在“查看Latticeiostandard约束也完美得到了改善和16所示。图16AD软件界面图软件设计Keil软件的简介C语言的学习时最熟悉的，所以该设计选用的C语言，反观适应于硬件开发且又支持C语言的硬件编程软件KeilKeil2005KeilARM公司收购。KeilKeiluVison2~KeiluVison5d等多KeilC语言较其他语言比起来更加简单KeilKeil软件界17所示。

图17Keil软件界面图LCD18所示。开始开始初始化LCD初始值写入中断允许开N继续检测是否处于低温状态是否处于低温状态YN继续检测YN继续检测是否处于干旱状态是否处于干旱状态YN继续检测Y启动声光报警启动声光报警启动声光报警启动声光报警N是否有按键按下Y执行相应按键操作结束图18主函数流程图系统调试LCD19所示。图19系统硬件图19STM32LCDPCB20所示。图20系统通电图所示。图21系统设置界面图由图21可以看出通过按下设置按键，系统的光标可以移动并通过增加和22所示。图22系统除湿状态22LED下面开始对湿度过低时浇水功能进行演示，其效果图如图22所示。图23系统浇水状态由图可以看出，负责浇水的黄色LED灯亮，表示湿度过低，此时启动水泵进行抽水浇花。下面开始对加温模块进行测试。测试结果如图24所示。图24系统加温测试24LED25所示。25系统降温测试25LED应当启动风扇进行降温。此时降温风扇运转。总 结家中种植盆栽已经成为现代人生活的一部分，在当今社会人们越来越忙的下降，如何通过单片机来设计一款可以自动检测植物是否缺水的设备成为了本课题思考的重心，本文从发展背景以及制作意义和仿真多个方面进行了思考。设定和湿度传感器的数据的实时处理成为了本设计的重中之重，在本文第四章也对系统主体流程图和电路设计以及编程软件做了介绍，在仿真设计和论文写作上仍会存在一些不足之处，有待进一步改进。同时还弥补了平时课堂知识和课设的不足。通过对资料的查找也提升了我筛选和提取信息的能力，通过对电路以及代码的编写提升了对对应软件的操作能力和自身的编程能力。致 谢和帮助，辛苦培育，为我提供了良好的学习环境，在此之际表示感谢！**最后特别感谢我的家人感谢父母抚育我成长给了我一切，没有他们就没有的一切。在此论文结束之际，我要向指导本人答辩和对本人进行审阅的所有老师加努力奋进。衷心感谢所有关心和帮助我的人！参考文献XiangLi.ResearchonRemoteInteractiveSelf-seekingIntelligentFlowerpotBasedonAndroidClient[C].WuhanZhichengTimesCulturalDevelopmentCo.,Ltd.Proceedingsof2018InternationalConferenceonNetwork,Communication,Computer Engineering (NCCE 2018).Wuhan Zhicheng Times CulturalDevelopmentCo.,Ltd:武汉志诚时代文化发展有限公司,2018:1120-1124.朱鑫乐,侯文静,惠金娣.基于单片机的智能花盆设计 [J].信息技术与信化,2020(02):172-173.杨吉云,,沈莲章晓敏.PythonArduino[J].价值工程,2019,38(35):180-181.张田泽,郝文豪,梁振,张名扬,胡浩宇.统[J].,2019,36(11):43-46.江连海,秦元庆,王磊.基于微信平台的智能浇花系统设计与实现[J].学报(),2019,47(05):424-429.赵立军,颜珊珊,王宇杰,张玉鑫,徐鹏,杨帆,杨清宇,胡旭.太阳能智能无土栽培[J].农机化研究,2019,41(12):168-173.杨宏斌,,王远宏,卫勇,王磊,.STM32Arduino的智能花[J].,2018(10):170-171+192.逯文杰,黎雪芬,李晓会.一种基于STM32的智能花盆机器人[J].科学技术创新,2019(25):66-67.JohnSemmlow,Chapter15-BasicAnalogElectronics:OperationalAmplifiers,Editor(s):JohnSemmlow,InBiomedicalEngineering,Circuits,SignalsandSystemsforBioengineers(ThirdEdition)[J],AcademicPress,2018,Pages681-723,RicardoP.Aguilera,PabloAcuna,GeorgiosKonstantinou,SergioVazquez,JoseLeon,Chapter2-BasicControlPrinciplesinPowerElectronics:AnalogandDigitalControlDesign,Editor(s):FredeBlaabjerg,ControlofPowerElectronicConvertersandSystems[M],AcademicPress,2018,Pages31-68,[J].信息与电脑(),2018(11):77-79.[12]徐铭孙景鹏王洋王博涵智能浇花机器设计[J].水利技术监督,2018(04):66-68.[13]E.Mackensen,J.Klose,A.RombachandA.Spitznagel,"EnergyautonomousautomationofSmartH