《基于单片机的远程自动灌溉系统设计》11000字（论文）

基于单片机的远程自动灌溉系统设计摘要我国农业劳动力短缺，水资源分布不均，而我国现有的农业灌溉绝大多数都是以人工灌溉的形式进行，这种灌溉方式需要消耗大量人力，而且还会大量的浪费水资源。本次远程自动灌溉系统设计，选择用四个土壤湿度传感器YL-69作为测量模块，测量数据经过A/D转换后，传输给作为控制核心的STM32单片机，同时，将处理后的数据传输到数据显示模块LCD1602并显示，另一方面，还可以通过WiFi模块与手机APP相连,系统处理后通过单片机控制水泵进行灌溉。整体而言，该系统的工作模式有三种：单片机根据设定的土壤湿度值进行自动灌溉；通过控制电路上的按键进行人工手动灌溉；通过手机APP控制灌溉。三种工作模式下，四路土壤湿度传感器和水泵都可以根据实际同时工作，也可以各路单独工作。此设计可以改变传统的人工浇灌模式，可以实现智能的农业灌溉，节省了劳动力投入；同时，新的灌溉模式可以节约水资源。关键词：YL-69；湿度；STM32单片机；水泵；LCD1602目录10887摘要 -2-第1章绪论1.1研究背景我国作为一个你农业大国，但却农业劳动力短缺，水资源严重的分布不均，而我国现有的农业灌溉绝大多数都是以人工灌溉的形式进行，这种灌溉方式需要消耗大量人力，而且还会大量的浪费水资源。这种灌溉方式无疑严重的限制了我国的农业发展，因此我们需要一种现代化、机械化和智能化的灌溉方式。我国已经相继从美国、德国、还有以色列等多个国家中引入了一些先进的灌溉控制装置，不过其价钱却并不便宜，而且难以进行相关的维护和保养作业，基本上都是在科学研究所和农业示范区中进行使用，并且跟中国土壤的运用特征并不外相符。再加上中国关于现代灌溉控制装置的研究还停留在初期，所以，为了适应国内的农业发展需求，有必要尽快将先进又便宜、功能丰富且便于扩展的数字化节水灌溉装置给研发出来。现阶段来看，鉴于传感器与计算机技术都取得了不错的发展，使得对应产品的价格也便宜不少，并越来越重视提高其可靠性，这让农业灌溉实现信息化发展也成为可能。为了推动国民经济的不断发展，应借助于高新技术去对农业产业进行优化升级，以达到节水灌溉的目的。本设计重点围绕可以自动监视作物生长的智能灌溉系统来展开剖析，以便及时给作物提供适量的水分，并提高灌溉的效率，从而实现节水又节能的效果。因此本设计可以较好的解决上述问题，既能以更合理的方式去管理灌溉过程，又能精确灌溉，而且对于操作员没有太高的素质要求，最主要的是成本低。它不仅可以显着减少工作量，还可以自动，准确，定期又定量地将水分添加到各种作物中，具有提高产量，质量以及节水和节能的关键意义。1.2国内外的发展现状1.2.1国外研究现状远程自动灌溉一般叫智能灌溉，相关技术在国外研究和发展比较早，至今在发达国家已有五六十年的发展历程，技术已经相当成熟，普及率也非常高。智能化灌溉技术的应用主要集中在农业高度发达但农业劳动力不足或水资源匮乏地区，由于他们发展的比较早，在技术方面，相比于其他地区也较为先进。以以色列大棚滴灌技术为例，作为发达国家，劳动力成本高，农业劳动力严重不足，而且还是一个沙漠国家，水资源匮乏，迫使他们进行农业智能化、机械化和节水化农业革命，经过多年的发展，现已成为世界粮食生产大国。他们通过智能灌溉技术对土壤进行湿度的实时监测,通过传感器实时记录当地的降雨情况等,通过数据分析来精准规划土地灌溉标准,在及时有效记录和监测保证各地区的降雨和土壤湿度的同时，有效的灌溉质量。现有的智能节水灌溉技术，基本可以分为滴灌和涌泉灌以及地下渗灌三种。通过使用先进的智能节水灌溉系统，已有部分发达国家实现了现有不充分的灌溉方式的过渡改革,并且正在不断朝着全面自动化的灌溉方向向前迈进。以色列Ein-

Tal公司的自流灌溉系统滴流器依据重力原理直接将水从水槽或其他水源处输送到土壤里,其给水方法是卧式毛细管式的.水流量每小时0.2升,只有常规滴流器的1/10。[19]这种系统成本低，节水性能好。1.2.2国内研究现状在我国，灌溉一般分为沟灌、畦灌、滴灌、喷灌、微喷灌、渗灌等六种方式，且这些灌溉方式大多数是以人工控制的方式进行,需要大量的人力物力。并且水资源有限，而无论哪一种灌溉都会大量耗费水资源，因此，我们一直在期待智能节水灌溉的产生与发展。我国经过这么多年的发展与推广，节水灌溉有了长足的进步,但智能灌溉的创新与发展仍受许多问题的制约。其中最主要的是水资源分布不均，水资源分布不均进而导致水资源丰富地区农户对用水的成本不够敏感,此外，节水灌溉所能带来的利益也无法抵消节购买水设备的投资。最后,经济因素也是严重制约智能灌溉发展的主要因素之一,因为智能灌溉的研究成本与使用成本都比较高，对许多人来说，从内心是拒绝对此进行有力投资的。虽然,我国智能灌溉的发展受到了多方面因素的制约,另一方面，我没有看到了由于当前我国农业劳动力的老龄化问题，导致劳动力资源减少以及城市的快速发展所带来的用水量激增，都会促使我国智能灌溉系统的发展。如今,政府正在通过各种途径对节水、智能进行着大力宣传,使越来越多的人意识到了智能灌溉的重要性和必要性，农业自动化已经成为我国农业发展的大势所趋。例如海南宝秀节水科技股份有限公司何秀英，员宝会设计的智能灌溉系统通过一个双轴电机,不仅可以实现水箱移动,同时也可以实现供水功能,实现供水功能的同时,可以实现转动管转动的同时也可以上下移动,可以对作物进行均匀的灌溉。[18]1.3主要设计内容此论文是立足于单片机的自动灌溉系统设计：实现总体规划与相关结构的设计；结合单片机来进行有关作业，然后处理好原始设备，以便对其进行有机整合。通常涉及到以下硬件和软件部分的内容，前者重点是指电源、显示、检测以及控制等一系列相关电路；后者则包括核心程序、温湿度测试以及信息统计等这些程序。针对软硬件模块来实施具体的调试。第2章系统设计2.1方案论证2.1.1总体方案设计这一次在进行系统设计时，重点从软、硬件这两方面来实现。其中，从硬件模块来看，基本含有继电器控制水泵电路、土壤湿度检测和LCD1602显示这三大模块，达到了一定的智能化水平，即使旁边没有人守着，也能够自动浇灌植物，如果农田对于水分存在相应需求，则能够按照土壤的干湿情况和光照强度去自动为其进行给水操作。在这一方案中，发挥最大作用的为单片机，利用环境湿度检测仪去发送有关数据，并借助于智能系统将合适的湿度范围给确定下来，并认真剖析从单片机中发过来的一些信息，以便了解外环境的湿度。只要获得的湿度值没有达到原先设定好的最小值，则单片机会将相关指令发送给控制水泵，让它实施浇水操作，等作物的湿度满足上限后，机器就会结束浇水，整个灌溉过程十分人性化。即使没有人看守，也能以定时的方式去实现浇灌目的，只要到了设定好的时间就由单片机驱动水泵进行浇水，满足一分钟的时间之后，水泵会结束浇水操作。在这一次的作业中，重点为实现下列这些功能：1.分别检测四路土壤湿度并分别分析处理进行浇水2.液晶显示检测到的土壤湿度值。3.通过按键或手机APP设置报警值，当任意一路检测到的土壤湿湿度值低于报警值说明干燥，会启动对应的水泵浇灌，同时蜂鸣器长鸣。4.s1s2s3按键分别为设置键，加键，减键。2.1.2土壤湿度测量方案与土壤湿度有关的一些活动已经在科研机构，工业制造和气象监测等各个部门中引起了高度重视。但是，按正常情况来讲，数据不仅仅与记录的土壤湿度有关。毕竟土壤水分很容易被气压，温度和我们难以识别的因素所干扰。现阶段来看，一般存在两种测试土壤湿度的办法，一种是干湿球，另外一种是电子湿度传感器。通过下文来对比并分析这两种方案，以便对最合适的测量方式进行确定。干湿球方案只能算作是一种间接检测方式，通过测量干球和湿球去掌握土壤含有的水分。所以它在工作环境的温度这方面并无较高的要求，即使处于高温环境下，也不用担心会对传感器造成损坏。故而，在高温场所或者是环境并不好的条件下，一般会对干湿球发进行运用。另外一种电子湿度检测法是这几年受到了科技的影响才能获得普遍运用，因为它能达到相对高的测量精度，通常是2％一3％RH，而且在操作期间不容易被外界环境干扰。不过，如果长时间进行运用，则可能会降低传感器的精确性，所以，它基本就是在温度相对稳定的工作场所中进行使用。2.2硬件的选择第一，关于土壤湿度传感器，笔者最后是使用了yl-69土壤水分传感器，它具有较高的灵活性，便于进行数字输出以及准确的模拟输出，和LM393对比而言，它在工作状态具有更高的稳定性与可靠性。第二，关于主控芯片，这里有两种方案：①选择STC89C52单片机，它具有更强的驱动性能和较高的稳定性，对比STM32系列而言，它的价钱更便宜，而且也不容易受外界因素的影响。②选择STM32单片机，这在生活中比较常见，因此方便查找相关资料。来自Atmel公司，不需要达到太高的电压，性能较高，而且性价比高，能够与MCS-51系列完全兼容，不过它没有太多的定时器和存储器。因为笔者学习的是STM32单片机，而且其配置也跟这一次的设计需求完全相符，故而这里决定对STM32单片机进行运用。第三，关于A/D转换芯片，也有两种方案：①利用ADC0832芯片来实现转换效果，它具备双通道8位分辨率，最高能够达到256级的分辨率。因为具有较快的转换速度、高性价比和高稳定性，所以得到了很多单片机爱好者的认可，并于各大领域中获得广泛运用。②采用ADC0809芯片，作为一种并行转换芯片，它具有比ADC0832更快的转换速度，不过价钱很高，而且它的引脚电路十分复杂。所以，在进行整体分析之后，最终决定对ADC0832进行使用。第四，关于继电器，从初期设计流程来看，必须使用小电流来操作相关仪器的运行，以执行大电流控制，所以，这里将通过继电器来控制电磁阀的操作。因为只用达到5伏的工作电压即可，成本也不高。经分析后，采取的继电器型号是松乐SRS-05VDC-SL，它刚好满足5伏的工作电压要求，可以达到3A/250VAC/30V直流的触摸电容值，而且市价大概只有一块五。第五，关于显示器，选用了LCD1602来完成有关的显示操作，以满足系统的显示功能要求。从现实生活中来看，它有着一个1602字符型液晶的叫法，属于点阵型液晶板块之一，往往是为了针对字母跟符号、还有就是数字等内容来展开具体的呈现。普通情况下，1个点阵字符位会具有对应的1个字符。而所谓的1602就是说它会结合16×2的这样一种形式去展现具体内容，一共涵盖了2行，而且每行都可以用于对16个字符予以表示。第六，关于电源，选择的是5V电源适配器，鉴于水泵在运行过程中也许将造成屏幕的模糊，因此，还需要为水泵准备一个3节干电池。2.3系统结构这个系统重点涵盖了6个不同的电路，分别用于实现相关功能，详细情况可以通过下图2.1来予以了解。图2.1系统原理图

图2.2电路图第3章系统硬件设计3.1最小系统3.1.1STM32简介产自意法半导体（ST）公司，完全符合低功耗、高性价比和高性能等相关需求，用于集成的内核包括ARMCortex-M0，M0+，M3,M4和M7系列，分别针对不同客户的需求所分类，本系统采用基于Cortex-M4的STM32F4高性能系列。STM32的出现大大的加快了公司产品研发的速度，自出现以来就迅速抢占了主流应用市场，出货量惊人，它的成功是因为应用范围之广、性价比之高，STM32可以跑实时操作系统RTOS，在一些实时的应用产品上使用非常合适，它被使用在与我们生活息息相关的各类产品上，如：电力数据采集器、游戏手柄、条形码扫描仪、对讲机、车载音响等。下图3.1是STM32芯片的样片：图3.1STM32引脚图3.1.2时钟电路对于单片机STM32而言，它里面存在1个增益效果较好的发达器，并具备XTAL1跟XTAL2这两个不一样的端口，代表着输入和输出，倘若我们把它跟晶体振荡器、还有就是相应的电容器来进行衔接，那么便会有一个相对平稳的自激振荡器由此产生。既能够兼容石晶振荡，同时也不会跟陶瓷振荡之间产生任何的排斥。通过外部与内部时钟这两种方式能够形成特定的时钟途径。这里是通过内部时钟来完成该电路的相关设计，需要用到1个12兆赫的晶振以及30皮法的电容。首先将晶振的一端和反向放大器的输入XTAL1进行衔接，然后再把另一端和输出XTAL2进行衔接，主要会用到18与19这两个引脚，而且彼此间无需进行具体的区分。详细情况在下图3.2中有显示。图3.2时钟电路3.1.3复位电路根据这一电路来看，它是为了起到一个复位的作用。通常在单片机上进行电源接触的情况下，所有的参数都需要有复位的选项，才能够保证整个系统可以正常的运行。所有复位的电路设计的时候，通常有手动和电动两种形式。RST端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则是属于上电复位。它主要是借助于电容充电才得以完成的。简单来说，就是要让RST终端电位能够跟VCC通电电位完全保持一致。而按照手动复位形式来看，它是需要借助于开关按钮才可以顺利进行下去。这种情况下，电源的VCC会借助于2个电阻分压器来完成对高电平状态的设定，从而达到复位单片机的目的。只要发现RST由高电平状态变成了低电平状态，那么则说明完成了复位操作，并且CPU也恢复到了默认状态下待机。在这里进行研究的时候，笔者最后选择的是手动复位形式，详细情况可见下图3.3里面所展现的。图3.3复位电路图3.2YL-69土壤湿度传感器在这一次设计中选择的是yl-69土壤湿度传感器，它十分简单，能够按照湿敏电容原理去进行相关工作，对于土壤湿度进行测量时，介质会在湿敏电容所在的区域中出现一定改变，从而使得电容数值也出现变动，此时，电容的数值与湿度值将具有正比关联。针对YL-69的表面进行镀镍处理，能够让其导电性能变强，并确保传感器免受腐蚀。利用电位器去对相关阀值进行控制，只要发现环境中的湿度低于最小值，那么DO会马上形成一个高电平；如果实际湿度高于最大值，则会形成一个低电平。从这一次的设计作业来看，VCC要和1个5伏的电压进行衔接，GND则用于连接数字地，并将DO"小板数字量输出接口”和单片机进行相连。关于最后电路图的详细情况可以通过下图3.4来予以了解。其中，k1代表着YL-69探头。图3.4YL-69与AD转化电路3.3ADC0832转换芯片根据转换器来看的话，受到最多好评的当属ADC0832这一款了，因为属于一种八位分辨率的转换芯片，在正常情况下，可以满足模拟量所提出的转换条件。并且只要将其内部电源输入与相关借鉴电压进行循环利用，还能够促使芯片的模拟输入一个零到五伏特区间内的电压值，那么这个时候仅仅需要用到三十二微秒的芯片转换时间，关键在于它还能够实现双数据输出操作，如此一来的话，我们便能够针对相关数据来进行验证，从而尽量避免过多误差的出现，并保持较好的稳定性，完成高效操作。一般来讲，无论是ADC0832的接口，或者是单片机接口，他们都就具备四条数据线，并且依次表现为CS、CLK、DO、DI。只不过因为DO端和DI端在实际进行通信的整个过程当中，没有一起发挥作用，再加上单片机的接口处于一种双向状态，故而在进行相关电路设计的过程当中，我们能够把DI和DO置于同一根数据线上来加以充分利用。详细情况可以查看下图3.5里面所反映出来的。图3.5ADC0832引脚图假设ADC0832没有运行，则它的端口CS会是高电平状态，此时会禁用芯片，DO/DI与时钟则能够处于任何水平。若是必须实施A/D转换，则应该让CS端口进入低电平状态，直至结束A/D转换为止。当运行芯片之后，一般是利用处理器把特定的脉冲发送给ADC0832的时钟输入端CLK，这种情况下，DI端口应该确定数据信号，在迎来首个时钟脉冲信号之前，DI端口必须处于高电平状态，说明程序能正常运行。等迎来第2个以及第3个信脉冲信以前，DI端口需要对两位数据进行输入，以便发挥通道作用。有关信息见下表3.1。表3.1ADC0832的配置位输入形式配置位选择通道CH0CH1CHOCH1差分输入00+-01-+单端输入10+11+通过上表3.1可以发现，如果CH0和CH1这两个配置位均处于1的状态下，那么说它仅可以完成CH1的单通道转换操作。如果这两个配置位分别处于0跟1的状态下，那么需要对负输入端IN-位CH0以及正输入端IN+位CH1实施输入操作。3.4SRS-05VDC-SL继电器继电器属于电气控制设备之一，可以输出线性变化的输入变量，并把它用作阶跃变化结果。此功能通常能够发挥一定的控制作用，只要输入量满足特定水平时，那么阶跃变化的结果就能够得到控制，进而对整个电路产生一定的影响。而且这种设备不会用到太大的电流，意味着能够使用弱电流去对于大电流的控制设备进行有效控制。另外，在某种程度上，该继电器也能够为电路提供充分保护，以避免过度的电压变化对于电子组件造成损坏。现在市场中推出了各种类型的继电器。不过在认真比较后，笔者还是决定用电磁继电器来实现整个电路的控制效果。因为它具有单一的结构，仅通过铁芯、线圈、衔铁和触点簧片就能够满足上述需求。按照它具有的原理来看，旨在利用电流的变化去对电磁效应的强度进行控制，以便把电信号转换成磁强度的变化，从而利用触点的接触去决定电流的接通和断开。当下图3.6中Q2PNP三极管的b基处于低电平状态，这说明导通了三极管，此时，继电器负责让单极掷开关K1往右偏离，让电机水泵连上电源，启动水泵。图3.6继电器控制水泵3.5温湿度检测电路关于DHT11数字温湿度传感器，它用到了数字模块采集技术、温湿度传感技术，从而保证产品具备比较高的牢靠性，并且具备优质的长期稳定性。在此产品中能够涵盖1个电阻式感湿元件、1个NTC测温元件，它们和1个性能优良的8位单片机实现对应的衔接。故而此产品的响应速度比较快并且品质优良，它的抗扰实力比较强，具备性价比偏高等相关的优势。所有的DHT11传感器均是在准确度非常高的湿度校验室内完成相关的校准工作。至于校准系数，则是通过程序的样式贮存到OTP内存里面，如果传感器内部对于检测信号进行相应的处置，那么需要调取使用这部分校准系数。另外体积非常小并且功耗非常低，再加上信号的传送间距能够超过20米等等因素，这样的话其会变成各种应用的首选，甚至说在非常严苛的使用场合下同样是最优的选择。产品是4针单排引脚封装。比较便于衔接，独特的封装样式能够参照客户的相关要求去供应。DHT11传感器如下3.7所示：图3.7DHT11传感器（1）,关于引脚，有以下这这些：Pin1写作VDD，指的是电源引脚，可以提供3到5.5伏的电压。Pin2写作DATA，指的是串行数据，一般为单总线。Pin3写作NC，指的是空脚，一般处于悬浮状态。Pin4写作VDD，用于和地端进行相连，指的是电源负极。（2），关于接口的一些介绍：在衔接线的长度上，如果＜20m，那么使用5K的上拉电阻,如果＞20m，那么应当参照真实的状况选定适宜的上拉电阻。图3.8DHT11典型应用电路（3），关于数据帧的介绍：关于DATA，它用来实现微处理器和DHT11这二者间的通讯，并且能够实现它们的同步，选用单总线这种数据样式，关于1次通讯的时间大概是4ms,至于数据，则包含小数部分、整数部分,其中当前小数部分用来实现日后的拓展,现读出是零，具体的操作过程为下：一次完整的数据传输通常是40bit，按照高位顺序先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据如果数据传递准确，那么校验与数据就是“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。（4）电气特性：VDD=5V，T=25℃，除非特殊标注表3.1DHT11的电气特性注:采样周期间隔不得低于1秒钟。3.6Wi-Fi模块硬件设计为了让这种自动灌溉系统在现实生活中得到较好的运用，选择的设备应符合低成本与低消耗的要求，而且要尽量保证开发周期是较短的。在经过认真分析之后，最后选择了ALIENTEK公司推出的ATK-ESP8266无线wi-fi模块，它具有极高的性能，用于无线网络串行接口的中央控制芯片其实是出自ai-thinker企业的ESP8266芯片，它利用串行接口连接到MCU上，并具有集成的TCP/IP协议栈。借助于此Wi-Fi模块来对相关数据进行传输，能够给串行设备供应一种简便又快速的处理方案，以实现对网络数据的传输。STM32F103利用串口连接到这一模块，处于上层程序里的数据将借助于串口传递至ESP8266模块，并利用这一模块自动把串行接口的协议转换成TCP协议，并把数据传递至路由器或者是家庭网关中去[35]。所以，这一次设计使用的Wi-Fi模块能够以Wi-FiSTA（COM-Wi-Fi-STA）模式进行相关工作，并且可以和无线路由器进行衔接，用作Wi-FiLAN下的设备。关于串行端口Wi-FiSTA模型的详细情况在下图3.9中有列出。图3.9串口转Wi-FiSTA模型对这一模块来说，全部的数据均是利用串行接口进行传输，因此，有必要对开发板的串口3连接ATK-ESP8266模块进行运用。重点涵盖了以下内容：VCC电源和接地GND、TXD串口发送以及RXD串口接收，还有RST复位和LED指示灯引脚。而且这一模块通常和MCU之间具有下图3.10中列出的连接关系。图3.10ATK-ESP8266与MCU连接关系

第4章系统软件设计4.1系统流程图关于软件部分，通常涵盖了以下这几项核心内容，一是土壤湿度检测程序，二是负责处理所有收集来的数据的程序，三是对于湿度的最低值与最高值进行设定的程序、四是显示程序。详细情况可以通过下图4.1来予以了解。图4.1程序流程图4.2手机客户端整体实现手机端的主要实现文件组成如图4.1所示。图4.2手机客户端实现文件组成程序在启动之后会MainViewController.m文件中ViewDidLoad函数。此函数实现中采用了GCD技术，比如监测网络连接状态的代码。dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY,0),^{[selfcheckNetworkChange];});在手机客户端经过连接和注册后，程序进入正常工作状态，阻塞在recv函数上，等待服务器消息的到来。开发将界面设计与实现进行分离，大大提高了程序的可扩展性。手机客户端图形界面全部基于UIKit进行实现，界面元素的布局通过Storyboard故事板来完成。手机客户端的界面分为报警显示界面和设置界面两部分，下面对这两个部分的实现进行介绍。报警显示界面如图4.3所示。图4.3手机客户端报警显示界面4.3土壤湿度检测该程序可以十分敏感的将土壤的水分变化情况给检测出来，一般用于对泥土中的水分进行测试，如果土壤湿度低于我们之前设置好的阀值，那么该DO口将会对高电平进行输出；如果土壤湿度超出了原先设置的最高值，那么模块DO口将会对低电平予以输出；这种情况下，小板数字量输出D0可以直接衔接到单片机上，以便利用单片机对于高低电平状态进行测试，从而了解土壤的实际湿度。4.4LCD1602显示程序在设计中需要对当前环境中的温度和湿度信息进行显示。系统使用液晶来对数据进行显示，在综合考虑市场上主流的液晶显示屏后选用1602来对数据进行显示。图4.41602显示子程序流程图这种显示器主要是利用它自带的电极来针对相关分子加以控制，在接收到相应的信号之后，会始终维持相同的亮度以及色彩，并且处于恒定发光状态，根本无需我们不停的进行刷新才能实现相关操作，所以它提供出来的质量是非常好的。而且在它和单片机之间进行连接的时候，没有那么麻烦，整个过程中也不会用掉太多的功率。LCD1602液晶显示和数据写入书面说明和程序如下：4.5温湿度采集模块的软件设计如果总线在空闲时是对高电平进行输出，那么主机将会拉低总线，并等待DHT11响应，此时，必须有18毫秒或者是更长的总线拉低时间；以确保DHT11可以对启动信号进行检测。只要主机的启动信号成功被DHT11接收到了，那么就会一直等到这个信号结束为止，之后再对80微秒的低电平响应信号进行传输。详细情况可以通过下图4.5来予以了解。。图4.5DHT11时序图如果总线是处于低电平状态，则意味着DHT11已经将响应信号发送出去了，并将总线拉高了80微秒，以便对相关数据进行传输，所有的bit数据均是从50微秒的低电平时隙开始，其中，需要注意的是，高电平的长度对于最终的数据位有着决定性作用。若是读出的响应信号是高电平，那么DHT11将不会作出任何响应，此时需要查看线路有没有出现异常。在发送完最后一bit数据之后，DHT11会将总线再拉低50微秒，并通过上拉电阻将总线拉高，以回到空闲状态。详细情况可以通过下图4.6来予以了解。图4.6DHT11流程图4.6Wi-Fi模块软件设计在这一设计中，ATK-ESP8266模块被用作串行无线网卡模式，它具有串口配置和Web配置这两种不同的模式。并且同时兼容透明传输以及协议传输模式。如上所述，ESP8266模块一般是利用串口和开发板进行连接，因此使用串口模式下的AT指令来配置模块，从而达到通信效果。具体的配置情况在下表4.1中进行显示。表4.1Wi-Fi模块的AT配置指令关于Wi-Fi模块驱动软件的详细情况可以在下图4.5中进行了解。只要有Wi-Fi模块被检测到，就会实施初始化操作，利用串口的AT指令配置模式去把这一模块设置成单连接的串口转站点STA模式，同时使用透明传输的模式。在实现上述配置任务之后，就能够利用串口来传输并接收相关数据。其中，关于其发送过程在下图中有显示：图4.7Wi-Fi模块驱动软件流程图图4.8Wi-Fi数据发送流程图第5章硬件调试5.1硬件调试对于电路的运行图进行适当的借鉴，根据它的样式去绘制实物，再将程序刻录到STM32单片机中，连上电源，并把YL-69土壤湿度传感器探头置于土壤内，然后将其湿度值设定成50%，这时会从屏幕中看见机器正在浇水，意味着启动了水泵，等满足我们设置好的湿度值以后，会结束浇水操作。如果获得的湿度值未达到之前设置好的湿度，则水泵会进行浇水操作，当屏幕呈现出来的是夜间模式，则浇水停止。在设置好时间后，只要系统收到了浇水需求，那么水泵则马上自动出水，不过在浇了一分钟之后就会结束灌溉操作。此时，要观察实物是否可以进行平稳操作。若是并无任何异常，则不用调整别的硬件，若是存在异常，则必须实施有关调试作业。若是在首次调试实物就不能根据正常流程完成，则需要完成以下测试：查看电路板，看它在焊接上有无异常，观察相关零件是否安装到位，或者是存在松动等问题。借助于万用表去检查引脚有没有出现短路的状况。检查元件有没有被损坏。5.2测试结果由于电路具有一定的复杂性，在进行焊接时总是发生短路的状况；而且它的引脚十分细，进行拆解作业时很容易因用力过度而造成电路板受损。因此，有必要实施二次焊接。实施全面调试后，得知它能够正常运行，而且并无任何问题发生，意味着这个系统在稳定性上是相对高的。即使处于湿度不一样的土壤环境中，也可以保持平稳的运行，这和我们之前提出的假设完全相符，说明程序并未出错。系统对于土壤中的水分进行测试时，只需很短的时间就能够获得十分精准的数据，因此，它在时间上也充分满足这一次的设计需求。

结论在上文中，以单片机为主要控制核心设计出了一款自动灌溉系统，它参考了电子自动洒水设备所具有的工作原理，结合现代传感器技术来实现对土壤湿度的测试，并通过单片机来发挥相应的控制作用，以驱动浇灌模块的运行。该系统重点涵盖了两部分内容，其中之一是利用LCD1602来呈现我们获得的土壤湿度数据，另外则是利用系统分析来控制整个灌溉系统。将YL-69用作土壤湿度测量模块，可以将获得到的湿度信息发动给单片机，以便经过单片机的处理再把它投射到LCD屏幕上。该屏幕主要用来对土壤的含水值进行呈现。总而言之，这个系统达到了较高的智能化水平，我们可以提前将合适的湿度值给设置好，只要系统检测到土壤湿度未达到设定值，则会由单片机指示水泵去实施浇水操作，等到湿度满足我们设定的最高值就会结束浇水操作，十分的人性化，肯定可以在现实运用中取得更好的发展。

参考文献[1]裴瑞婷.基于单片机控制的节水灌溉系统的研究[J/OL].农机使用与维修,2019(04):16[2019-04-27]./10.14031/ki.njwx.2019.04.009.[2]陈公兴,陈坚涛.基于单片机的节水灌溉系统设计[J].科技与创新,201