智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著科技的進(jìn)步，智能化設(shè)備取代人工作業(yè)，節(jié)省了大量人力物力，但是農(nóng)作物灌溉依然采用人工，沒(méi)有根據(jù)植物土壤濕度進(jìn)行科學(xué)的灌溉，造成水資源浪費(fèi)以及農(nóng)作物水份過(guò)多從而導(dǎo)致根系損壞和病蟲(chóng)害的發(fā)生，影響農(nóng)作物產(chǎn)量，為了合理灌溉和防止水資源浪費(fèi)，本設(shè)計(jì)研究一款智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)來(lái)滿足市場(chǎng)需求。本設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為核心控制器，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)土壤濕度傳感器、光照傳感器輸出模擬量信號(hào)進(jìn)行采集，計(jì)算土壤濕度和光照強(qiáng)度值，讀取DS18B20溫度傳感器數(shù)據(jù)，將測(cè)量的環(huán)境參數(shù)送入OLED液晶屏顯示，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI模塊上傳到手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，利用手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和遠(yuǎn)程模式切換，當(dāng)測(cè)量土壤數(shù)據(jù)低于閾值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟水泵進(jìn)行灌溉，光照強(qiáng)度過(guò)低自動(dòng)補(bǔ)光，利用手機(jī)APP上的調(diào)節(jié)按鈕，遠(yuǎn)程控制安全閾值，這樣設(shè)計(jì)使得灌溉更加智能化、自動(dòng)化，方便園區(qū)管理人員管控，節(jié)省水資源浪費(fèi)。關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；土壤濕度；光照強(qiáng)度；WIFI模塊；手機(jī)APP目錄第1章緒論 第1章緒論1.1研究背景及意義我國(guó)是占有土地面積較大的國(guó)家，種植農(nóng)作物較多，每年因農(nóng)作物灌溉浪費(fèi)水資源比例較大，所以智能節(jié)水灌溉是我國(guó)比較關(guān)注的問(wèn)題，當(dāng)前我國(guó)水資源日趨緊張，節(jié)水灌溉成了國(guó)家關(guān)注的主要項(xiàng)目之一[1]。在國(guó)外很多發(fā)達(dá)國(guó)家采用噴灌、微灌以及點(diǎn)灌方式進(jìn)行節(jié)水，采用先進(jìn)的智能灌溉技術(shù)做到精準(zhǔn)灌溉[2]，根據(jù)農(nóng)作物所需水份進(jìn)行灌溉不僅可以節(jié)約水資源，可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量，通過(guò)智能化灌溉可以解決人工澆灌的隨意性[3]，也是防止水資源浪費(fèi)的有效途徑，同時(shí)還能夠減少人工投入，節(jié)約用水成本，提高農(nóng)作物產(chǎn)能，增加農(nóng)民收入[4]。因此，我國(guó)推廣智能節(jié)水灌溉項(xiàng)目時(shí)非常必要的，也是當(dāng)代節(jié)約水資源所需，提高水資源利用率的關(guān)鍵，所以本設(shè)計(jì)研究一款智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)來(lái)滿足用戶(hù)需求。我國(guó)開(kāi)始實(shí)時(shí)三農(nóng)建設(shè)以來(lái)，國(guó)家對(duì)農(nóng)產(chǎn)品種植非常重視，通過(guò)自動(dòng)化管理和自動(dòng)化澆灌來(lái)保證三農(nóng)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。但是農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)水資源需求非常高，國(guó)內(nèi)多地仍然采用人工灌溉方式，導(dǎo)致水資源嚴(yán)重浪費(fèi)和不合理對(duì)農(nóng)作物灌溉導(dǎo)致病蟲(chóng)害發(fā)生，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量降低[5]。本設(shè)計(jì)主要檢測(cè)農(nóng)作物土壤濕度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，根據(jù)不同時(shí)期對(duì)農(nóng)作物所需光照和土壤濕度閾值進(jìn)行控制，當(dāng)檢測(cè)到低于閾值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟水泵灌溉和補(bǔ)光，提高農(nóng)作物用水和光合作用合成，同時(shí)具有手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，遠(yuǎn)程控制灌溉設(shè)備工作，實(shí)現(xiàn)了灌溉的自動(dòng)化和智能化控制，通過(guò)土壤濕度閾值控制水泵灌溉是實(shí)現(xiàn)節(jié)約水資源的主要途徑，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)具有重要意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外由于節(jié)水灌溉發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，電子技術(shù)水平較高，所以與節(jié)水灌溉配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)也較完善和先進(jìn)。節(jié)水灌溉發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍采用計(jì)算機(jī)控制灌溉系統(tǒng)[5]。2021年HYPERLINK\t"/en/Detail/index/GARJ2021_1/_blank"GrémontMarine等人在《Theroleofperceptions,goalsandcharacteristicsofwinegrowersonirrigationadoptioninthecontextofclimatechange》[7]中提出了一種在農(nóng)場(chǎng)層面理解驅(qū)動(dòng)當(dāng)前灌溉和預(yù)期灌溉的經(jīng)驗(yàn)方法，這些結(jié)果對(duì)需水預(yù)測(cè)和供水規(guī)劃具有重要的政策含義。2021年HYPERLINK\t"/en/Detail/index/GARJ2021_1/_blank"RebouhSamia等人在《ZoningirrigationsmartsystembasedonfuzzycontroltechnologyandIoTforwaterandenergysaving》[8]中也指出了信息和通信技術(shù)在改革傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用2022年IrfanArdiansah等人在《ANOVERVIEWOFIOTBASEDINTELLIGENTIRRIGATIONSYSTEMSFORGREENHOUSE:RECENTTRENDSANDCHALLENGES》[9]中從物聯(lián)網(wǎng)的角度出發(fā)，概述了溫室智能灌溉系統(tǒng)最新趨勢(shì)和挑戰(zhàn)。2022年ObaideenKhaled等人在《AnoverviewofsmartirrigationsystemsusingIoT》[10]討論了智能灌溉技術(shù)，介紹了有效的水資源管理是可持續(xù)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵因素，并強(qiáng)調(diào)要在灌溉中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)。2022年TaceYouness等人在《SmartirrigationsystembasedonIoTandmachinelearning》[11]提到幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)一直是地球上發(fā)展的支柱。但隨著人口指數(shù)增長(zhǎng)和需求的增加，農(nóng)民需要水來(lái)灌溉土地的需求越來(lái)越難得到滿足[12]。農(nóng)民需要一個(gè)改變他們運(yùn)營(yíng)方式的解決方案。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，農(nóng)業(yè)4.0的概念已成為現(xiàn)實(shí)[13]。1.2.2國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)，20世紀(jì)初期開(kāi)始對(duì)農(nóng)作灌溉開(kāi)始進(jìn)行研究，國(guó)內(nèi)大型農(nóng)作物生產(chǎn)基地基本采用國(guó)外進(jìn)口的噴灌式設(shè)備進(jìn)行農(nóng)作物灌溉，小型農(nóng)作物生產(chǎn)基地依然采用人工進(jìn)行灌溉[13]，由于我國(guó)地理氣候與國(guó)外不同，國(guó)外進(jìn)口設(shè)備在我國(guó)使用也會(huì)導(dǎo)致水資源浪費(fèi)，人工澆灌隨意性對(duì)水資源浪費(fèi)更加嚴(yán)重，我國(guó)開(kāi)始針對(duì)土壤濕度特性展開(kāi)研究[15]，將土壤濕度和國(guó)外噴灌式設(shè)備相結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制水泵澆灌農(nóng)作物，但是噴灌僅僅可以對(duì)大面積植物灌溉比較有效，對(duì)于小區(qū)域生長(zhǎng)的農(nóng)作物噴灌會(huì)造成水資源浪費(fèi)[16]，由于國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格較高，很多人接受不了，國(guó)家研究學(xué)者開(kāi)始針對(duì)國(guó)外設(shè)備展開(kāi)技術(shù)攻關(guān)，在20世紀(jì)末期，研發(fā)出基于PLC控制的智能澆灌系統(tǒng)，根據(jù)土壤濕度閾值設(shè)定自動(dòng)控制水泵開(kāi)啟[17]，在很多大型種植基地和草坪灌溉上使用，由于PLC設(shè)備安裝不方便、體積較大，使用率偏低，隨著國(guó)內(nèi)澆灌設(shè)備廠家對(duì)國(guó)外微灌技術(shù)引進(jìn)，在21世紀(jì)初期，開(kāi)展基于單片機(jī)為核心的微灌控制設(shè)備，主要是利用水流通過(guò)管道系統(tǒng)以一定速度從特制的噴頭噴出，在空氣中分散成細(xì)小的水滴著落在花草植物[18]。作物及周?chē)牡孛嫔?，從而達(dá)到及時(shí)補(bǔ)充水分的目的[19]。隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)不斷發(fā)展，單片機(jī)控制領(lǐng)域提高，國(guó)內(nèi)開(kāi)始研究基于物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)，提高水資源利用率，節(jié)約人工成本，提高農(nóng)作物產(chǎn)能[20]。通過(guò)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析，開(kāi)發(fā)節(jié)約水資源的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，本課題設(shè)計(jì)的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)具有很大的市場(chǎng)前景。第2章總體方案設(shè)計(jì)2.1整體方案設(shè)計(jì)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)主要通過(guò)采集土壤濕度、光照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制水泵、補(bǔ)光燈等設(shè)備工作，將測(cè)量的環(huán)境參數(shù)顯示在液晶屏上，同時(shí)通過(guò)無(wú)線模塊上傳數(shù)據(jù)到手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制補(bǔ)光燈和水泵設(shè)備開(kāi)關(guān)操作，整個(gè)框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)框圖2.2主要元器件選擇及論證2.2.1單片機(jī)控制模塊的選擇設(shè)計(jì)需要單片機(jī)作為核心控制器件，常用的單片機(jī)為C51單片機(jī)、AVR單片機(jī)以及STM32單片機(jī)，主要針對(duì)三個(gè)型號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析。方案1：使用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)，該單片機(jī)屬于DIP直插封裝設(shè)計(jì)且操作端口簡(jiǎn)單，外設(shè)I/O口較多，價(jià)格低，供電電壓范圍寬，工作電流低，是上學(xué)課本所學(xué)，上手容易，片內(nèi)有4K程序存儲(chǔ)空間和1K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，優(yōu)點(diǎn)為抗干擾能力強(qiáng)，可以在低溫和高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，被應(yīng)用在工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)中使用，缺點(diǎn)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度慢，實(shí)物如圖2.2所示。圖2.251單片機(jī)實(shí)物圖方案2：使用ATMEG16單片機(jī)設(shè)計(jì)，外部預(yù)留23個(gè)普通I/O功能設(shè)計(jì)，內(nèi)部也具有第二功能串口、IIC通訊以及ADC采集端口設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)為片內(nèi)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間充足，缺點(diǎn)價(jià)格高，工作環(huán)境范圍窄，常被用于普通電子產(chǎn)品中使用，ATmega16實(shí)物如圖2.3所示。圖2.3ATmega16

單片機(jī)實(shí)物圖方案3：選擇STM32系列的F103C8T6單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該單片機(jī)普通I/O口多達(dá)40個(gè)，端口具有輸入和輸出功能設(shè)計(jì)，并且復(fù)用了4路串口、2路獨(dú)立ADC、多個(gè)定時(shí)器等功能，單片機(jī)外部通用晶振為8MHZ或16MHZ，內(nèi)部具有時(shí)鐘倍頻器，可以實(shí)現(xiàn)最大72MHZ主頻工作[]，單片機(jī)工作電壓為1.8V-3.6V設(shè)計(jì)，典型供電電壓為3.3V，低功耗電流為5uA，可以在-20℃-55℃環(huán)境下工作，內(nèi)部可編程空間為64KB，可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)空間為16KB，優(yōu)點(diǎn)單片機(jī)價(jià)格低，抗干擾能力強(qiáng)，存儲(chǔ)空間充足，執(zhí)行速度快，STM32實(shí)物如圖2-4所示。圖2.4STM32單片機(jī)實(shí)物圖總結(jié)：C51和AVR單片機(jī)工作主頻低，STM32工作主頻高，內(nèi)存空間大，符合設(shè)計(jì)要求，故選方案3進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2.2土壤濕度傳感器模塊的選擇設(shè)計(jì)需要選擇土壤濕度傳感器作為智能澆灌控制器件，常見(jiàn)的土壤濕度傳感器種類(lèi)為電容式和壓電式兩種型號(hào)，通過(guò)方案分析從中選擇合適的土壤濕度傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)。方案1：采用壓電方法測(cè)量土壤水份含量，壓電傳感器內(nèi)部具有振子裝置，當(dāng)有水落到傳感器上時(shí)，振子產(chǎn)生震動(dòng)來(lái)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，將振子震動(dòng)的距離轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，水份含量越高時(shí)，振子產(chǎn)生的位移越高，輸出的電壓信號(hào)越大，單片機(jī)通過(guò)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換采集壓電傳感器輸出的電壓值，計(jì)算得到土壤水份數(shù)據(jù)，缺點(diǎn)為壓電式傳感器市面上較少，并且制作工藝復(fù)雜，成本較高，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2.5壓電式土壤濕度傳感器實(shí)物圖方案2：采用電容傳感器進(jìn)行土壤濕度測(cè)量，根據(jù)水份含量越大電容越大，輸出電壓越高的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)土壤濕度傳感器，該傳感器表面鍍有抗氧化的鎳材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)有水落到傳感器上時(shí)，因?yàn)樗菍?dǎo)體，使得傳感器上的導(dǎo)線連通，容抗變大，經(jīng)過(guò)內(nèi)部放大器輸出電壓信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集輸出的電壓信號(hào)得到土壤濕度含量，土壤濕度傳感器通過(guò)運(yùn)放控制后可以輸出數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，優(yōu)點(diǎn)為電容式土壤濕度傳感器價(jià)格低，工作電流小，耐腐蝕，電流設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，其實(shí)物如圖2.6所示圖2.6土壤濕度傳感器實(shí)物圖通過(guò)方案對(duì)比分析，方案1中壓電式土壤濕度傳感器工藝復(fù)雜，價(jià)格較高，故選方案2進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2.3顯示模塊的選擇設(shè)計(jì)需要一款顯示設(shè)備顯示節(jié)水灌溉參數(shù)測(cè)量信息，當(dāng)前使用比較廣泛的為L(zhǎng)CD12864液晶屏和OLED液晶屏，通過(guò)方案對(duì)比從中選擇合適的液晶屏作為節(jié)水灌溉系統(tǒng)顯示器件。方案1：使用LCD12864可漢字、字符以及數(shù)字顯示屏幕，工作電壓范圍4.5V-5.5V，液晶屏尺寸大，工作電流高，工作環(huán)境溫度-20℃-60℃，數(shù)據(jù)控制線為RW/E/RS/PSB，雙向控制接口DB0-DB7，占用單片機(jī)資源較多，ESD防護(hù)較低，LCD12864實(shí)物如圖2.7所示。圖2.7LCD12864液晶屏方案2：采用尺寸為OLED液晶屏作為顯示器件，工作電壓范圍3.3V-5V之間，工作電流小，液晶屏字體顏色可選，工作環(huán)境溫度-20-60攝氏度，液晶屏采用IIC總線控制，實(shí)現(xiàn)液晶屏命令和數(shù)據(jù)操作，液晶屏電源接口增加了電容和壓敏電阻具有ESD防護(hù)設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)抗干擾性能強(qiáng)，占用端口資源少，OLED液晶屏實(shí)物如圖2.8所示。圖2.8OLED液晶屏通過(guò)方案對(duì)比采用LCD12864液晶屏設(shè)計(jì)，尺寸大，占用單片機(jī)I/O口資源較多，故采用方案2進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2.4無(wú)線模塊的選擇節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制水泵工作，現(xiàn)在常用的與手機(jī)APP無(wú)線連接的模塊為藍(lán)牙和WIFI模塊，根據(jù)這兩個(gè)模塊優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行選型。方案1：采用HC-05藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，藍(lán)牙模塊采用標(biāo)準(zhǔn)4.0協(xié)議開(kāi)發(fā)，通過(guò)監(jiān)聽(tīng)和廣播兩種模式傳輸數(shù)據(jù)，工作主頻為2.38GHZ-2.45GHZ,傳輸過(guò)程中的峰值電流小于10mA，工作電壓兼容5V和3.3V設(shè)計(jì)，傳輸距離在無(wú)障礙下小于15米，HC-05藍(lán)牙模塊可以實(shí)現(xiàn)主從模式設(shè)計(jì)，采用串口通訊方式，常被用在可穿戴產(chǎn)品上，HC-05藍(lán)牙模塊實(shí)物如圖2.9所示。圖2.9藍(lán)牙模塊實(shí)物圖方案2：采用ESP8266-01SWIFI模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，該模塊需要借助網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)APP或云服務(wù)端，通訊控制指令為AT指令，工作主頻在800-900MHZ，傳輸速率快，工作電壓典型值為3.3V，工作電流低，單片機(jī)通過(guò)AT指令控制模塊與服務(wù)器連接，通過(guò)TCP或HTTP協(xié)議將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，連接網(wǎng)絡(luò)后，監(jiān)控距離不受限制，該模塊實(shí)物如圖2.10所示。圖2.10WIFI模塊實(shí)物圖總結(jié)：藍(lán)牙模塊受外界障礙物影響傳輸距離受限，所以采用ESP8266WIFI模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)。2.2.5光照傳感器的選擇以及驗(yàn)證方案1：采用光敏電阻進(jìn)行設(shè)計(jì)，該傳感器根據(jù)光照強(qiáng)度增加內(nèi)部增大的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，外部采用電阻分壓，將輸出的電壓值通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部A/D采集，分析計(jì)算得到光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，實(shí)物如圖2.11所示。圖2.11光敏電阻實(shí)物圖方案2：采用純數(shù)字輸出的BH1750F進(jìn)行光照檢測(cè)，該傳感器內(nèi)部通多個(gè)二極管等芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，該芯片通過(guò)IIC通訊設(shè)計(jì)，工作電壓范圍寬，尺寸大，數(shù)字輸出傳感器如圖2.12所示。圖2.12數(shù)字光照傳感器實(shí)物圖總結(jié)：數(shù)字量輸出的光照傳感器體積大，所以采用光敏電阻作為節(jié)水灌溉系統(tǒng)光照強(qiáng)度采集設(shè)計(jì)。2.2.6直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選型方案1：采用MX1508雙H橋驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)水泵驅(qū)動(dòng)工作，MX1508驅(qū)動(dòng)模塊沒(méi)有剎車(chē)和轉(zhuǎn)向控制管腳，只能進(jìn)行直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)操作，單片機(jī)通過(guò)控制模塊上的INX管腳實(shí)現(xiàn)水泵工作，該模塊工作電壓為5V，工作電流小。方案2：帶有采用雙H橋驅(qū)動(dòng)的L298N驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)帶動(dòng)水泵工作，L298N驅(qū)動(dòng)芯片自帶轉(zhuǎn)向控制管腳，單片機(jī)通過(guò)控制L298N芯片上的輸入管腳實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)操作，實(shí)現(xiàn)抽水和放水操作，L298N驅(qū)動(dòng)模塊上自帶LM7805降壓芯片可以為單片機(jī)系統(tǒng)供電，工作性能穩(wěn)定，常被用于2A以?xún)?nèi)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用。圖2.13L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)物圖總結(jié)：由于水泵屬于大電流器件，采用MX1508模塊帶動(dòng)水泵不合適，所以采用L298N驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3本章小結(jié)本章主要按照節(jié)水灌溉系統(tǒng)框圖展開(kāi)關(guān)鍵器件選型分析，通過(guò)方案對(duì)比論證，選擇性?xún)r(jià)比更高的STM32F103C8T6單片機(jī)、OLED液晶屏顯示、電容式土壤濕度傳感器、光敏電阻以及ESP8266WIFI模塊等器件，為第三章硬件電路設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

第3章硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.1.1單片機(jī)功能介紹采用STM32F103C8T6單片機(jī)開(kāi)發(fā)節(jié)水灌溉系統(tǒng)，內(nèi)部處理器采用32位控制器設(shè)計(jì)，運(yùn)行速度比C51/AVR/MSP430快很多，工作主頻最大可配置為72MHZ，內(nèi)部自帶了多個(gè)通道的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、5個(gè)UART串口通訊、硬件SPI和IIC總線接口設(shè)計(jì)，STM32F103C8T6單片機(jī)預(yù)留出多達(dá)40個(gè)輸入輸出接口，并且STM32外部接口都具有中斷功能設(shè)計(jì)，可以配置內(nèi)部上拉、下拉以及推完輸出功能設(shè)計(jì)，其STM32F103C8T6特點(diǎn)如下所示：1）STM32FC8T6單片機(jī)超低功耗設(shè)計(jì)，在待機(jī)模式下功耗小于10μA。2）單片機(jī)采用小封裝設(shè)計(jì)，引腳數(shù)為48引腳，節(jié)省空間。3）單片機(jī)最大工作配置主頻為72MHZ［7］。5）單片機(jī)內(nèi)部ADC通道數(shù)多達(dá)32個(gè)，并且寄存器分為ADC1和ADC2兩個(gè)獨(dú)立采集寄存器設(shè)計(jì)，采樣精度為12位。6）單片機(jī)采用低電壓供電設(shè)計(jì)，供電電壓范圍2.0-3.6V，通常采用典型3.3V穩(wěn)壓芯片供電。7）單片機(jī)Flash為64，可以滿足較大程序或WIFI模塊程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。8）單片機(jī)編程方式支持ST-LINK和JTAG在線編程。本設(shè)計(jì)采用的STM32最小系統(tǒng)板實(shí)物圖如圖3.1所示：圖3.1STM32F103C8T6引腳圖STM32F103C8T6單片機(jī)通過(guò)外部3.3V供電，將石英晶體以及電阻電容復(fù)位部件連接到單片機(jī)對(duì)應(yīng)管腳，如圖3.2所示。圖3.2最小系統(tǒng)圖3.1.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)由于復(fù)位芯片價(jià)格貴，所以根據(jù)STM32單片機(jī)復(fù)位時(shí)間10us以?xún)?nèi)進(jìn)行匹配RC充電電路，STM32單片機(jī)復(fù)位時(shí)間為t=(10K*1uF)*ln(3.3/(3.3-2.0))=931us，大于復(fù)位時(shí)間，符合設(shè)計(jì)要求，為了防止單片機(jī)執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，復(fù)位電路增加機(jī)械按鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)重啟功能，省去了插拔電源的麻煩，復(fù)位電路設(shè)計(jì)如圖3.3所示。圖3.3復(fù)位電路3.1.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)精準(zhǔn)運(yùn)行需要外部提供穩(wěn)定的時(shí)鐘源，經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部倍頻器或分頻器，將工作主頻增加到所需頻率，STM32通過(guò)倍頻后最大工作主頻為72MHZ，單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器和ADC經(jīng)過(guò)分頻后將主頻降低，所以外部穩(wěn)定的時(shí)鐘起振電路是非常必要的，時(shí)鐘電路采用8Mhz石英晶體設(shè)計(jì)，并外接匹配電容，將晶振兩個(gè)管腳接單片機(jī)的OSCIN和OSCOUT上，根據(jù)晶振負(fù)載電容CPL=20pF計(jì)算C13和C14容值，CPL=(C13*C14)/(C13+C14)，根據(jù)公式計(jì)算C13和C14取20pF符合設(shè)計(jì)要求，時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)如圖3.4所示。圖3.4時(shí)鐘電路3.2土壤濕度傳感器模塊電路設(shè)計(jì)節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用土壤濕度傳感器檢測(cè)植物土壤濕度情況自動(dòng)化控制水泵灌溉；土壤濕度傳感器模塊經(jīng)過(guò)分壓后輸出模擬量電壓，設(shè)計(jì)采用檢測(cè)AOUT管腳輸出電壓計(jì)算土壤水份含量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制水泵自動(dòng)工作，由于STM32單片機(jī)內(nèi)部具有多通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣精度高，單片機(jī)內(nèi)部A/D基準(zhǔn)源為3.3V，所以最大采樣電壓為3.3V，土壤濕度傳感器供電電壓設(shè)計(jì)為3.3V，將AOUT管腳接單片機(jī)的內(nèi)部ADC通道的PA4管腳，土壤濕度傳感器電路設(shè)計(jì)如圖3.5所示。圖3.5土壤濕度傳感器電路設(shè)計(jì)圖3.3OLED顯示屏模塊電路設(shè)計(jì)液晶屏顯示技術(shù)誕生于1890年，美國(guó)一位科學(xué)家研制，屬于黑白屏技術(shù)，隨著液晶屏在家電、醫(yī)療以及工業(yè)控制行業(yè)使用越來(lái)越廣泛，到了2000年初期，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了彩色液晶屏基礎(chǔ)，像素點(diǎn)還不是真彩色，僅僅可以顯示兩種色調(diào)，到了2010年，RGB真彩色液晶屏走進(jìn)人們的視野，出現(xiàn)了多種尺寸液晶屏，成本較高，液晶屏使用的玻璃為進(jìn)口產(chǎn)品，使得液晶屏價(jià)格昂貴，隨著液晶屏控制領(lǐng)域以及制造領(lǐng)域越來(lái)越成熟，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了段碼液晶屏、OLED液晶屏、TFT液晶屏以及工業(yè)控制屏，多數(shù)都為彩色液晶屏，多種顏色通過(guò)代碼可調(diào)，在2015年前，液晶屏控制都采用并口方式控制，后期由于端口占用率太高浪費(fèi)資源，液晶屏廠家研發(fā)出IIC/SPI通訊接口設(shè)計(jì)的液晶屏供各個(gè)行業(yè)使用，當(dāng)前液晶屏控制和顯示領(lǐng)域都非常成熟。節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用小尺寸、低成本、字體顏色可選的OLED液晶屏作為顯示裝置，該液晶屏全視角顯示，查看數(shù)據(jù)方便，液晶屏內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器采用SSD1306芯片控制，工作電流小、響應(yīng)速度快，工作電壓兼容3.3V和5V設(shè)計(jì)，通訊接口采用IIC總線設(shè)計(jì)［10］，節(jié)省單片機(jī)I/O資源，尺寸采用0.96英寸，占用空間小。單片機(jī)通過(guò)控制OLED液晶屏的SDA數(shù)據(jù)線和SCL時(shí)鐘線可以實(shí)現(xiàn)OLED液晶屏的命令、數(shù)據(jù)寫(xiě)入和讀取操作，IIC總線傳輸速度快，不占用單片機(jī)運(yùn)行資源，電路設(shè)計(jì)時(shí)，將供電電源連接5V，SDA接口連接PA5，SCL接口連接PA4，OLED液晶屏電路設(shè)計(jì)如圖3.6所示。圖3.6液晶屏電路設(shè)計(jì)圖3.4光照強(qiáng)度采集電路設(shè)計(jì)節(jié)水灌溉系統(tǒng)采用光敏電阻檢測(cè)植物生長(zhǎng)環(huán)境光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，根據(jù)光照強(qiáng)度強(qiáng)弱實(shí)現(xiàn)照控制補(bǔ)光設(shè)備自動(dòng)工作，光敏電阻采用光照強(qiáng)度越高，輸出內(nèi)阻越小的原理，電路設(shè)計(jì)采用10K電阻分壓設(shè)計(jì)，光照強(qiáng)度增高，輸出電壓增加，單片機(jī)內(nèi)部A/D采集輸出的電壓信號(hào)，分析計(jì)算得到光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，光照強(qiáng)度電路設(shè)計(jì)如圖3.7所示。圖3.7光敏電阻電路圖3.5溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用DS18B2O溫度傳感器采集植物生長(zhǎng)溫度情況，因?yàn)镈S18B20傳感器封裝方式多種多樣，采用塑料外殼、金屬外殼、螺紋安裝外殼等樣式封裝，可以用于室內(nèi)外環(huán)境溫度檢測(cè)，也可以用于工業(yè)環(huán)境內(nèi)溫度檢測(cè)，具有防腐蝕性。該傳感器屬于純數(shù)字型溫度傳感器，工作電壓兼容3.3V和5V設(shè)計(jì)，工作溫度范圍為0-85攝氏度，工作電流低。由于該傳感器數(shù)據(jù)數(shù)字溫度傳感器，預(yù)留接線為GND管腳、電源VCC管腳以及DO管腳，單片機(jī)通過(guò)單總線DO控制實(shí)現(xiàn)傳感器命令寫(xiě)入和數(shù)據(jù)讀取工作。編寫(xiě)程序時(shí)，首先發(fā)送匹配DS18B20內(nèi)部ROM命令后再發(fā)起啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令，開(kāi)始讀取兩個(gè)字節(jié)溫度數(shù)據(jù)，單片機(jī)分析處理得到準(zhǔn)確溫度值，該傳感器測(cè)量精度為正負(fù)0.3攝氏度，溫度傳感器電路如圖3.8所示。圖3.8溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)3.6WIFI傳輸電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用ESP8266WIFI模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接上傳數(shù)據(jù)到手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，ESP8266WIFI模塊具有成本較低、實(shí)用性高、傳輸功耗低等優(yōu)勢(shì)，被中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)合作開(kāi)發(fā)使用，該模塊內(nèi)部集成了TCP/HTTP等協(xié)議棧，內(nèi)部集成了天線巴倫、功率放大器件以及外部板載天線設(shè)計(jì)，傳輸距離遠(yuǎn)。該模塊與單片機(jī)通訊采用AT指令控制，通過(guò)AT指令實(shí)現(xiàn)模塊初始化、連接手機(jī)熱點(diǎn)以及查詢(xún)IC等功能使用。ESP8266WIFI模塊與手機(jī)APP連接采用TCP/HTTP/EDP/MQTT等協(xié)議通訊連接，手機(jī)APP按照通訊協(xié)議創(chuàng)建產(chǎn)品端口號(hào)和服務(wù)器號(hào)，單片機(jī)通過(guò)識(shí)別設(shè)備號(hào)建立設(shè)備連接，連接成功后發(fā)送數(shù)據(jù)按照ASCII碼格式傳輸，并且手機(jī)APP的數(shù)據(jù)流與單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)流名稱(chēng)需一致，并且發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度固定，手機(jī)APP接收到WIFI模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)后進(jìn)行解析和顯示數(shù)據(jù)操作，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水灌溉系統(tǒng)測(cè)量參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，同時(shí)可以通過(guò)WIFI模塊下發(fā)控制命令修改閾值和控制設(shè)備工作ESP8266WIFI模塊集成度高，工作頻率為2440-2480HZ，發(fā)射電流小于20mA，接收靈敏高，外部預(yù)留GPIO口、RST復(fù)位管腳、CH_PD使能管腳以及串口通訊管腳TXD和RXD，工作電壓3.0V-3.6V，將LDO-3.3.V芯片輸出的電壓接到ESP8266WIFI模塊電源接口，將CH_PD管腳接3.3V電源，串口接單片機(jī)的PA9和PA10管腳，ESP8266WIFI模塊電路設(shè)計(jì)如圖3.9所示。圖3.9WIFI模塊電路連接圖3.7水泵驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)節(jié)水灌溉主要采用水泵進(jìn)行植物或農(nóng)作物澆灌，水泵屬于直流電機(jī)器件，工作電流較大，單片機(jī)端口無(wú)法直流驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，所以采用功率放大器件L298N內(nèi)置H橋芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能灌溉，L298N驅(qū)動(dòng)芯片屬于大電流控制器件，可以同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)工作，本設(shè)計(jì)采用一個(gè)水泵進(jìn)行灌溉，L298N的輸入端IN1和IN2作用實(shí)現(xiàn)水泵抽水，當(dāng)IN1為高，IN2為低時(shí)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)IN1和IN2都為低時(shí)，直流電機(jī)關(guān)閉，L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路如圖3.10所示。圖3.10水泵驅(qū)動(dòng)電路3.8電源電路設(shè)計(jì)由于采用的土壤濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、WIFI模塊和單片機(jī)采用3.3V供電設(shè)計(jì)，其余器件采用5V電源，所以通過(guò)線性穩(wěn)壓芯片輸出3.3V為土壤濕度、光照強(qiáng)度等電路供電，在穩(wěn)壓芯片輸入和輸出端增加電容來(lái)抑制紋波干擾，穩(wěn)壓芯片電路如圖3.11所示。圖3.11穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總體程序設(shè)計(jì)采用STM32開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)代碼編寫(xiě)，首先進(jìn)行功能模塊初始化，單片機(jī)采集光照、土壤濕度數(shù)據(jù)以及獲取DS18B20數(shù)據(jù)，將測(cè)量信息在OLED液晶屏上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，在自動(dòng)模式下，檢測(cè)光照和土壤濕度低于閾值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)補(bǔ)光燈和水泵工作，同時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)ESP8266WIFI模塊上傳到手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控測(cè)量參數(shù)，通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)土壤濕度、光照強(qiáng)度閾值修改、遠(yuǎn)程控制補(bǔ)光燈和水泵工作，主程序控制流程圖如4.1所示。

圖4.1主程序控制流程圖4.2光照和土壤濕度檢測(cè)程序設(shè)計(jì)編寫(xiě)程序時(shí)，首先初始化A/D端口并配置采樣通道為ADC1，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，STM32單片機(jī)內(nèi)部12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集模擬量信號(hào)，分析計(jì)算得到數(shù)字量數(shù)據(jù)，再根據(jù)參考電壓3.3V，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換公式得到土壤濕度傳感器和光照傳感器當(dāng)前輸出電壓值，按照土壤濕度傳感器和光照傳感器規(guī)格書(shū)中電壓與雨水量以及光照強(qiáng)度的關(guān)系計(jì)算當(dāng)前土壤水份含量和光照強(qiáng)度，測(cè)量數(shù)據(jù)顯示在OLED液晶屏上，根據(jù)雨量和光照控制設(shè)備工作，A/D采樣程序流程如圖4.2所示。圖4.2A/D采樣程序流程圖4.3溫度采集設(shè)計(jì)節(jié)水灌溉系統(tǒng)采用DS18B20溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度變化情況，方便管理員通風(fēng)工作，單片機(jī)通一條數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫(xiě)入和讀取工作，讀取溫度之前首先編寫(xiě)溫度傳感器寫(xiě)命令函數(shù)、讀取數(shù)據(jù)函數(shù)，讀取溫度之前首先發(fā)送配置內(nèi)部ROM命令0XCC，等待幾毫秒后發(fā)送0X44命令配置DS18B20寄存器，進(jìn)接著發(fā)送0XBE命令啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換并連續(xù)讀取兩個(gè)字節(jié)溫度數(shù)據(jù)，將兩個(gè)字節(jié)溫度數(shù)據(jù)按照規(guī)格書(shū)合并成溫度的整數(shù)位和小數(shù)位，轉(zhuǎn)換結(jié)果乘以0.0625得到精度更高的溫度數(shù)據(jù)，將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)在OLED液晶屏上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，DS18B20轉(zhuǎn)換程序流成如圖4.3所示。圖4.3溫度采集流程圖4.3OLED顯示程序設(shè)計(jì)節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用全視角的OLED液晶屏顯示控制閾值以及土壤濕度和光照強(qiáng)度等信息，OLED液晶屏采用SDA數(shù)據(jù)線和SCL時(shí)鐘線控制液晶屏命令寫(xiě)入和數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作，編寫(xiě)程序時(shí)，首先初始化OLED液晶屏端口，液晶屏代碼初始化，并顯示開(kāi)機(jī)內(nèi)容，編寫(xiě)字節(jié)函數(shù)時(shí)，SCL時(shí)鐘線給定8個(gè)脈沖信號(hào)后，高位在前，寫(xiě)入8位數(shù)據(jù)到SDA端口，通過(guò)寫(xiě)字節(jié)函數(shù)發(fā)送OLED液晶屏內(nèi)部命令0X00和0X40控制液晶屏寫(xiě)數(shù)據(jù)和寫(xiě)命令函數(shù)操作，編寫(xiě)顯示字符函數(shù)設(shè)置顯示起始坐標(biāo)、終止左右以及顯示內(nèi)容，將測(cè)量的土壤濕度數(shù)據(jù)、光照數(shù)據(jù)以及閥值等送入OLED液晶屏顯示，OLED液晶屏程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4液晶屏顯示程序流程圖4.4WIFI傳輸程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用物聯(lián)網(wǎng)WIFI模塊實(shí)現(xiàn)測(cè)量的土壤濕度、光照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度上傳到手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，編寫(xiě)程序前，首先在手機(jī)APP創(chuàng)建服務(wù)器連接地址和端口號(hào)，用于ESP8266WIFI模塊與手機(jī)APP通過(guò)服務(wù)器地址和端口號(hào)建立連接。初始化串口1，設(shè)置波特率9600，啟動(dòng)串口中斷，編寫(xiě)發(fā)送函數(shù)，按照http協(xié)議編寫(xiě)封包函數(shù)，發(fā)送AT指令建立ESP8266模塊與手機(jī)熱點(diǎn)連接，并完成手機(jī)APP連接，在手機(jī)APP上創(chuàng)建數(shù)據(jù)流信息且名稱(chēng)與發(fā)送數(shù)據(jù)名稱(chēng)一致，手機(jī)APP接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)手機(jī)APP上具有模式切換和遠(yuǎn)程控制水泵開(kāi)關(guān)操作，WIFI傳輸數(shù)據(jù)流程圖設(shè)計(jì)如圖4.5所示。圖4.5WIFI模塊流程圖設(shè)計(jì)4.5直流電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)水泵控制采用H橋驅(qū)動(dòng)芯片L298N，單片機(jī)通過(guò)控制IN1和IN2兩個(gè)管腳時(shí)序變化，實(shí)現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)控制水泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，IN1為高，IN2為低，控制水泵停止時(shí)，IN1和IN2都為低，直流電機(jī)控制程序流程如圖4.6所示。圖4.6直流電機(jī)控制流程圖4.6手機(jī)APP平臺(tái)的開(kāi)發(fā)手機(jī)APP通過(guò)JAVA編程語(yǔ)言在eclipse編譯器上實(shí)現(xiàn)源代碼開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建工程如下圖4.7所示。圖4.7eclipse編譯環(huán)境創(chuàng)建編寫(xiě)采用main.xml文件編寫(xiě)主要程序，并且在創(chuàng)建的工程目錄RES下可以直接查看這個(gè)文件，編寫(xiě)界面如下圖4.8所示。圖4.8XML編程界面在Client目錄下編寫(xiě)JAVA語(yǔ)言設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP界面設(shè)置以及命令處理等操作，編寫(xiě)內(nèi)容如下圖4.9所示。圖4.9代碼編寫(xiě)界面代碼編寫(xiě)完成后，創(chuàng)建.apk安裝包并安裝在手機(jī)上，通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)顯示操作界面如下圖4.10所示。圖4.10手機(jī)APP界面第5章系統(tǒng)調(diào)試智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)調(diào)試主要分為硬件調(diào)試和整機(jī)調(diào)試兩部分來(lái)驗(yàn)證功能、性能是否滿足開(kāi)題報(bào)告要求，調(diào)試過(guò)程是為了更好的完善產(chǎn)品，將測(cè)試過(guò)程中的BUG進(jìn)行修復(fù)，才足以保證產(chǎn)品穩(wěn)定運(yùn)行。5.1硬件調(diào)試智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)實(shí)物焊接之前，首先按照AltiumDesigner原理圖繪制軟件中生成明細(xì)，按照明細(xì)購(gòu)買(mǎi)STM32F103C8T6單片機(jī)、液晶屏、傳感器、水泵、WIFI模塊以及電阻、電容等器件，根據(jù)使用器件進(jìn)行布局，采用不同顏色導(dǎo)線進(jìn)行器件連接，通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量板卡短路和斷路現(xiàn)象是否存在，焊接實(shí)物如圖5.1所示。圖5.1焊接實(shí)物5.2功能測(cè)試系統(tǒng)上電：將USB電源線一頭接電源插座，另一端接電腦USB口或手機(jī)充電為系統(tǒng)供電，各個(gè)傳感器電源指示燈點(diǎn)亮，打開(kāi)手機(jī)熱點(diǎn)，找到ESP8266熱點(diǎn)名稱(chēng)，點(diǎn)擊連接，幾秒鐘后液晶屏顯示測(cè)量數(shù)據(jù)和閾值，如圖5.2所示。圖5.2系統(tǒng)上電圖光照測(cè)試：用手遮擋光敏電阻，使得光照強(qiáng)度低于閾值，觀察液晶屏顯示信息是否正確，同時(shí)觀察光照強(qiáng)度低于安全閾值時(shí)補(bǔ)光燈能否正常工作，在光照強(qiáng)度高于安全閾值時(shí)補(bǔ)光燈是否正常關(guān)閉，如圖5.3所示。圖5.3光照強(qiáng)度測(cè)試遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)燈：點(diǎn)擊手機(jī)APP上開(kāi)、關(guān)燈按鈕，測(cè)試點(diǎn)擊開(kāi)燈按鈕補(bǔ)光燈是否正常開(kāi)啟，點(diǎn)擊關(guān)燈按鈕補(bǔ)光燈是否正常關(guān)閉，如圖5.4所示。圖5.4遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)燈測(cè)試閾值修改測(cè)試：點(diǎn)擊手機(jī)APP上光照強(qiáng)度、土壤濕度閾值修改按鈕，觀察液晶屏和手機(jī)APP上閾值變化，測(cè)試閾值是否實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊土壤濕度閾值增加的同時(shí)安全閾值增加，點(diǎn)擊土壤濕度閾值減小的同時(shí)安全閾值減小，測(cè)試閾值是否實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊光照閾值增加的同時(shí)安全閾值增加，點(diǎn)擊光照閾值減小的同時(shí)安全閾值減小，如圖5.5所示。圖5.5閾值修改測(cè)試遠(yuǎn)程控制水泵：點(diǎn)擊手機(jī)APP上加水按鈕，觀察水泵是否工作，再點(diǎn)擊手機(jī)APP上停止按鈕，觀察水泵是否停止工作，如圖5.6所示。圖5.6遠(yuǎn)程控制水泵土壤濕度控制水泵測(cè)試：調(diào)節(jié)閾值高于當(dāng)前土壤濕度，水泵是否自動(dòng)啟動(dòng)，將手上增加水份，捏住土壤濕度傳感器，觀察土壤濕度是否升高和水泵在土壤濕度超過(guò)安全閾值的情況下是否正常關(guān)閉，如圖5.7所示。圖5.7土壤濕度控制水泵測(cè)試通過(guò)硬件和整機(jī)調(diào)試充分驗(yàn)證了智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)合理，萬(wàn)用板制作無(wú)在缺陷，整機(jī)調(diào)試驗(yàn)證傳感器檢測(cè)靈敏度高，液晶屏顯示數(shù)字清晰可見(jiàn)，水泵工作正常，補(bǔ)光燈工作正常，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，遠(yuǎn)程控制靈活，通過(guò)調(diào)試符合設(shè)計(jì)要求。第6章總結(jié)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力完成了智能節(jié)水灌溉實(shí)物設(shè)計(jì)，雖然走了很多度彎路，但是復(fù)習(xí)了舊的知識(shí)，學(xué)會(huì)了查閱文獻(xiàn)和閱讀芯片資料，通過(guò)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)了智能節(jié)水灌溉的基本原理，了解了STM32F103C8T6單片機(jī)、水泵、OLED液晶屏以及土壤濕度和光照強(qiáng)度檢測(cè)傳感器的工作原理、接口的輸入輸出方式以及工作電流、電壓配置。智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為核心控制器，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)土壤濕度傳感器、光照傳感器輸出模擬量信號(hào)進(jìn)行采集，計(jì)算土壤濕度和光照強(qiáng)度值，讀取DS18B20溫度傳感器數(shù)據(jù)，將測(cè)量的環(huán)境參數(shù)送入OLED液晶屏顯示，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI模塊上傳到手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，利用手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和遠(yuǎn)程模式切換，當(dāng)測(cè)量土壤數(shù)據(jù)低于閾值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟水泵進(jìn)行灌溉，光照強(qiáng)度過(guò)低自動(dòng)補(bǔ)光，利用手機(jī)APP上的調(diào)節(jié)按鈕，遠(yuǎn)程控制安全閾值，這樣設(shè)計(jì)使得灌溉更加智能化、自動(dòng)化，方便管理人員管控，節(jié)省水資源浪費(fèi)。通過(guò)節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓我鍛煉了動(dòng)手能力、學(xué)會(huì)了電路板焊接和調(diào)試方法，編寫(xiě)代碼熟練度提高很多，掌握了智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的工作的原理，為以后電路開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)。

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