基于单片机的智能浇灌系统设计(附件)【字数：9167】
摘 要本课题设计了一个智能浇灌系统，该系统以STM32单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，由土壤湿度传感器、继电器模块、水泵、按键模块和OLED显示模块组成。控制器通过土壤湿度传感器采集土壤湿度，经过数据处理之后与报警阈值进行比较，如果小于阈值，则发出声光报警，并打开水泵，实现智能浇灌。还通过独立按键模块，实现报警阈值可调的功能，并通过OLED显示屏，显示土壤湿度等关键信息。实验结果表明，该系统能够实现智能浇灌的功能，达到节水的目的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及重要意义 1
1.2研究内容 1
1.3主要任务及目标 1
第二章 整体设计思路 2
2.1硬件设计与选型 2
2.1.1核心控制芯片的选择 3
2.1.2显示屏的选择 4
2.2软件整体设计 4
第三章 硬件设计 5
3.1 单片机最小系统 5
3.1.1 晶振电路 5
3.1.2 复位电路 6
3.2土壤湿度检测电路 6
3.3电源电路 7
3.4显示电路设计 8
3.5蜂鸣器电路 8
3.6按键电路 9
3.7 LED电路 9
3.8继电器电路 10
第四章 系统软件设计 11
4.1主函数设计 12
4.2按键处理程序 14
4.3数据滤波处理 14
4.4计算土壤湿度函数设计 15
4.5显示函数 16
4.6继电器控制函数 17
第五章 系统调试 18
5.1硬件调试 18
5.2软件调试 21
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
附录A编写的软件程序 25
附录B电路原理图 31
附录C系统整体流程图 32
第一章 绪论
1.1课题背景及重要意义
农业是最原始并且人类赖以生存的行 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
业中最重要的一项。决定农业发展最主要的两方面原因分别是水和科技，而科技和教育则是发展农业的根本出路。随着科技的进步，国外的灌溉控制器已经逐渐变得更加的体系化和成熟化，并且向着大规模分布式系统控制和小范围独立控制这两个方向发展。相比于西方发达国家较为成熟的灌溉技术，我国的灌溉系统自动化水平偏低是制约农业发展的重要原因，所以发展智能浇灌控制技术[1]是改善农业灌溉现状的明智之选。
现代智能型控制器可以提高操作的准确性、降低操纵难度、提高管理的便利性并且能够让它更加智能化的进行浇灌。与传统的浇灌法相比，在信息反馈及时的同时大大的提高了工作的效率。作为农业大国，用科技改变农业来研发符合自己国家土壤特点的灌溉设备是具有重大意义的。本文旨在设计一套对作物生长智能监控及浇灌的系统。
1.2研究内容
制作一套基于STM32单片机的智能浇灌系统，实现对土壤湿度的监测，并且智能浇灌，可以通过按键设置报警阈值，并在超出或小于报警阈值后实现声光报警提示。
1.在专业知识方面，需要掌握传统的模拟电路[2]、数字电路[3]以及单片机方面的基础知识，其中包括：
（1）依据课题的设计任务和技术指标，初次选定电路；
（2）通过对大体的电路选择，确定最终的电路形式并画出原理图；
（3）画出电路板，或者直接在洞洞板上实现硬件电路的连接。
2.在实现本设计的过程中，还需要有很强的自学能力，因为有的知识课本上是没有的，以及会遇到很多新的没见过的问题，此时又需要去独立的分析解决问题。包括：
（1）学会自己分析问题，并找出问题的处理方法；
（2）在系统设计过程中，碰到的难题，能够从各种渠道找到解决的方法。
1.3主要任务及目标
1.设计并制作一套基于STM32单片机[4]的智能浇灌系统，实现对土壤湿度的监测，包括晶振电路、下载口、复位电路等；
2.设计按键电路、蜂鸣器电路、LED电路以及液晶显示电路；
3.设计一个土壤湿度检测的模块；
4.系统要求具有一定的可扩展性；
第二章 整体设计思路
本课题要求设计一套能够实现自主浇灌的智能浇灌系统，系统设计要求通过土壤湿度传感模块采集土壤湿度，经过程序对数据的预处理之后，然后通过算法处理之后，可以将单片机系统采集到的AD值转换为真实的土壤湿度，这样就可以得到真正可以利用的信息。得到真实的土壤湿度值之后，和预期需要的土壤湿度值比较，如果土壤湿度值小于设定的土壤湿度预定值，则通过微控制器，控制继电器的开关，控制水泵的运行，在土壤湿度大于设定的土壤湿度预定值之后，则关闭继电器从而达到关闭水泵的目的[5]。并且在使用的过程中可以通过按键设置土壤湿度阈值，并且可以通过液晶显示器，及时的将当前土壤湿度值显示出来，已达到良好的人机交互效果。
按照课题设计的要求及目标，经过比较验证及合适电路的选择制作出了系统的设计方案。最终选择了采用基于ARM CortexM3内核的STM32F1系列单片机作为核心控制芯片[6]，使用YL69作为土壤湿度传感器检测土壤湿度的信息，通过继电器控制水泵，实现智能浇灌的目的，并且使用OLED显示屏显示关键的系统信息。整体的系统结构框图如图21所示。
本设计适用于家庭花盆的灌溉场景[7]，所以只需要一个土壤传感器并且插在花盆内土壤的靠近中心位置即可，另外由于所学知识有限，目前只能通过测量土壤湿度来实现控制土壤的湿度，并不能实现测量温度来实现控制土壤湿度的目的，希望在以后的学习中会发现如何实现这一功能[8]。
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目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及重要意义 1
1.2研究内容 1
1.3主要任务及目标 1
第二章 整体设计思路 2
2.1硬件设计与选型 2
2.1.1核心控制芯片的选择 3
2.1.2显示屏的选择 4
2.2软件整体设计 4
第三章 硬件设计 5
3.1 单片机最小系统 5
3.1.1 晶振电路 5
3.1.2 复位电路 6
3.2土壤湿度检测电路 6
3.3电源电路 7
3.4显示电路设计 8
3.5蜂鸣器电路 8
3.6按键电路 9
3.7 LED电路 9
3.8继电器电路 10
第四章 系统软件设计 11
4.1主函数设计 12
4.2按键处理程序 14
4.3数据滤波处理 14
4.4计算土壤湿度函数设计 15
4.5显示函数 16
4.6继电器控制函数 17
第五章 系统调试 18
5.1硬件调试 18
5.2软件调试 21
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
附录A编写的软件程序 25
附录B电路原理图 31
附录C系统整体流程图 32
第一章 绪论
1.1课题背景及重要意义
农业是最原始并且人类赖以生存的行 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
业中最重要的一项。决定农业发展最主要的两方面原因分别是水和科技，而科技和教育则是发展农业的根本出路。随着科技的进步，国外的灌溉控制器已经逐渐变得更加的体系化和成熟化，并且向着大规模分布式系统控制和小范围独立控制这两个方向发展。相比于西方发达国家较为成熟的灌溉技术，我国的灌溉系统自动化水平偏低是制约农业发展的重要原因，所以发展智能浇灌控制技术[1]是改善农业灌溉现状的明智之选。
现代智能型控制器可以提高操作的准确性、降低操纵难度、提高管理的便利性并且能够让它更加智能化的进行浇灌。与传统的浇灌法相比，在信息反馈及时的同时大大的提高了工作的效率。作为农业大国，用科技改变农业来研发符合自己国家土壤特点的灌溉设备是具有重大意义的。本文旨在设计一套对作物生长智能监控及浇灌的系统。
1.2研究内容
制作一套基于STM32单片机的智能浇灌系统，实现对土壤湿度的监测，并且智能浇灌，可以通过按键设置报警阈值，并在超出或小于报警阈值后实现声光报警提示。
1.在专业知识方面，需要掌握传统的模拟电路[2]、数字电路[3]以及单片机方面的基础知识，其中包括：
（1）依据课题的设计任务和技术指标，初次选定电路；
（2）通过对大体的电路选择，确定最终的电路形式并画出原理图；
（3）画出电路板，或者直接在洞洞板上实现硬件电路的连接。
2.在实现本设计的过程中，还需要有很强的自学能力，因为有的知识课本上是没有的，以及会遇到很多新的没见过的问题，此时又需要去独立的分析解决问题。包括：
（1）学会自己分析问题，并找出问题的处理方法；
（2）在系统设计过程中，碰到的难题，能够从各种渠道找到解决的方法。
1.3主要任务及目标
1.设计并制作一套基于STM32单片机[4]的智能浇灌系统，实现对土壤湿度的监测，包括晶振电路、下载口、复位电路等；
2.设计按键电路、蜂鸣器电路、LED电路以及液晶显示电路；
3.设计一个土壤湿度检测的模块；
4.系统要求具有一定的可扩展性；
第二章 整体设计思路
本课题要求设计一套能够实现自主浇灌的智能浇灌系统，系统设计要求通过土壤湿度传感模块采集土壤湿度，经过程序对数据的预处理之后，然后通过算法处理之后，可以将单片机系统采集到的AD值转换为真实的土壤湿度，这样就可以得到真正可以利用的信息。得到真实的土壤湿度值之后，和预期需要的土壤湿度值比较，如果土壤湿度值小于设定的土壤湿度预定值，则通过微控制器，控制继电器的开关，控制水泵的运行，在土壤湿度大于设定的土壤湿度预定值之后，则关闭继电器从而达到关闭水泵的目的[5]。并且在使用的过程中可以通过按键设置土壤湿度阈值，并且可以通过液晶显示器，及时的将当前土壤湿度值显示出来，已达到良好的人机交互效果。
按照课题设计的要求及目标，经过比较验证及合适电路的选择制作出了系统的设计方案。最终选择了采用基于ARM CortexM3内核的STM32F1系列单片机作为核心控制芯片[6]，使用YL69作为土壤湿度传感器检测土壤湿度的信息，通过继电器控制水泵，实现智能浇灌的目的，并且使用OLED显示屏显示关键的系统信息。整体的系统结构框图如图21所示。
本设计适用于家庭花盆的灌溉场景[7]，所以只需要一个土壤传感器并且插在花盆内土壤的靠近中心位置即可，另外由于所学知识有限，目前只能通过测量土壤湿度来实现控制土壤的湿度，并不能实现测量温度来实现控制土壤湿度的目的，希望在以后的学习中会发现如何实现这一功能[8]。
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