基于Arduino的智能灌溉系统的设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析.........................................................................................................1

2设计方案遴选.........................................................................................................1

2.1开发板的选型....................................................................................1

2.2通讯方式的选择................................................................................2

2.3系统框图设计....................................................................................2

3产品硬件设计.........................................................................................................3

3.1Arduino开发板.................................................................................3

3.2DHT11数字温湿度传感器.................................................................4

3.3土壤湿度传感器................................................................................4

3.4OLED12864显示屏................................................................................5

3.5继电器......................................................................................................5

3.6ESP-01s.....................................................................................................6

4产品软件设计.........................................................................................................7

4.1主程序流程图....................................................................................7

4.2产品程序清单....................................................................................8

5产品使用说明.........................................................................................................9

5.1产品装配图........................................................................................9

5.2产品调试............................................................................................9

5.3产品使用说明....................................................................................9

6产品设计技术标准...................................................................................................10

7参考资料..................................................................................................................10

附录..............................................................................................................................11

附录1元器件清单......................................................................................11

附录2电路原理图......................................................................................12

附录3PCB设计图......................................................................................13

附录4产品实物图.....................................................................................14

I

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附录5主程序代码.....................................................................................15

II

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基于Arduino的智能灌溉系统的设计与制作

1产品功能分析

此说明书是以ArduinoUNO开发板控制继电器实现自动浇水为目的的。产

品是以ArduinoUNO开发板做为主体部分，另连接ESP-01sWIFI模块，温湿度

传感器，显示屏，土壤湿度传感器与继电器带水泵，当土壤湿度传感器检测土

壤湿度过低，会发送数字信号给ArduinoUNO开发板，显示屏显示当前土壤湿

度值和温湿度值，WIFI接收数据发送到手机实时查看状态，继电器输出高电平

启动水泵抽水。很多人喜欢养花养草，但觉得养护比较费精力，自动浇花系统

让你远离烦恼。

2设计方案遴选

2.1开发板的选型

方案一：ArduinoNANO,是最小的，价格非常合理的Arduino板选项，缺

点是功能引脚比较少，使用起来相当不便。

图2.1ArduinoNANO实物图

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方案二：ArduinoUNO，是Arduino主控系列中的经典款，配合图形化编程

开发起来非常简单，适用于初学者。

图2.2ArduinoUNO实物图

综上所述，故选择方案二。

2.2通讯方式的选择

ESP01模块无线网络通信，它成本低、体积小、方便嵌入到任何产品，功

能强大，支持三种模式：AP，STA，AP+STA。

模块特点：

Esp8266-01s是个比较常用的wifi模块，体积小，功能强大，价格实惠、

易操作。

应用领域：

Wi-Fi远程监控/控制、玩具、消防、安防智能一体化管理、门禁系统。

2.3系统框图设计

本产品由Arduino开发板系统电路+ESP01模块+土壤湿度传感器+继电器+

水泵+温湿度模块+OLED12864显示器显示组成。

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图2.3系统框图设计

3产品硬件设计

3.1Arduino开发板

ArduinoUNO是目前使用最广泛的Arduino控制器，具有Arduino的所

有功能，是初学者的最佳选择。该产品配合扩展板更方便使用。

图3.1ArduinoUNO开发板

3.1.1UNO扩展板

在原有的Arduino上增加了许多功能引脚，方便接入蓝牙，显示屏，拥有

非常多的VCC与GND，大幅度弥补基础板的缺点。

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图3.2ArduinoUNO开发板+扩展板

3.2DHT11数字温湿度传感器

DHT11数字温湿度传感器是品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比

极高等优点。DHT11的硬件结构很简单，只引出了四根引脚，其中只用到了三

根，分别对应的引脚为：1-VDD，2-DATA（数据脚），3-NC（空脚，悬空），

4-GND。

图3.3DHT11传感器原理图

3.3土壤湿度传感器

土壤湿度传感器由两个探头组成，用于测量水的体积含量。两个探头让电

流通过土壤，然后得到电阻值来测量水分值。

当有更多的水时，土壤会传导更多的电，这意味着电阻会更小。因此，水

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分含量会更高。干燥的土壤导电性差，所以当水少时，土壤的导电性就会减

少，这意味着电阻会增加。因此，水分含量会更低。

该模块还包含一个电位器，用于设置阈值。该阈值将由LM393比较器进行

比较。输出LED将根据此阈值点亮和熄灭。

图3.4土壤湿度传感器

3.4OLED12864显示屏

OLED屏幕有着很好的显示效果和便携性，功耗低，更加合适更小系统，

模块供电可以是3V可以是5V，不需要修改模块电路，可显示汉字、ASCLL、

图案等。

3.5继电器

继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输

出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。继电器具有控制系统和被

控制系统，通常应用于自动化的控制电路中，在电路中起着自动调节、安全保

护、转换电路等作用。

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图3.5继电器原理图

3.6ESP-01s

ESP-01系列WIFI通讯芯片，体积小，方便嵌入到任何产品中，功能强

大，支持三种模式，简洁高效AT指令，便于开发。

图3.6ESP-01接口电路

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4产品软件设计

4.1主程序流程图

图4.1主程序流程图

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4.2产品程序清单

本产品采用mind+编译环境，图形化编程界面，针对各个模块编程。

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5产品使用说明

5.1产品装配图

图5.1产品装配图

5.2产品调试

为了方便模拟实际环境测试产品，我们先用手触摸土壤湿度传感器来替代

盆栽缺水的情况。烧录代码后，水泵关闭，用手触摸土壤湿度传感器，对应的

水泵开始抽水，放开手后，水泵停止。

5.3产品使用说明

接上DC端供电，土壤湿度传感器插到盆栽土壤里，对应的控制的水泵水

管也放到水里，可以看到oled12864显示屏显示出盆栽的土壤湿度值。

如果盆栽不缺水，oled12864显示屏会显示土壤湿度，当前温湿度。

如果有盆栽缺水了，oled12864显示屏会显示水泵工作，土壤传感器检测的

湿度小于300时水泵以最大速度开始抽水，然后土壤湿度传感器再继续检测，

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数值大于300就停止抽水。(因土壤传感器的检测原理是：湿度越大数值越小，

所以当土壤的湿度大于300时水泵开始抽水，数值小于300就停止抽水)

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

7参考资料

[1]金发庆·传感器技术与应用·北京；机械工业出版社

[2〕陈吕洲编著．ARUINO程序设计基础，北京航空航大大学山版社、2014.01.第1页

[3]陈吕洲.Arduino程序设计基础:北京航天航空出版社，2014:5-6

[4〕陈旭，蔡文静.关于单片机在温湿测控技术中的应用研究[.电子世界，2019

[5]李玉峰·单片机原理及接口技术.北京:北京航空航天大学出版社，200

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附录

附录1元器件清单

基于Arduino的智能灌溉系统设计与制作

CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity

ArduinoUNOR3ArduinoUNOR3DIP32ArduinoUNOR31

ESP-01sESP-01sESP-01sESP-01s1

JianCeTiePianJianCeTiePianJianCeTiePianJianCeTiePian1

JiDianQiJiDianQiJiDianQiJiDianQi1

OLED12864OLED12864OLED12864OLED128641

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