基于Arduino的智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析.........................................................................................................1

2設(shè)計(jì)方案遴選.........................................................................................................1

2.1開(kāi)發(fā)板的選型....................................................................................1

2.2通訊方式的選擇................................................................................2

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)....................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).........................................................................................................3

3.1Arduino開(kāi)發(fā)板.................................................................................3

3.2DHT11數(shù)字溫濕度傳感器.................................................................4

3.3土壤濕度傳感器................................................................................4

3.4OLED12864顯示屏................................................................................5

3.5繼電器......................................................................................................5

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

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì).........................................................................................................7

4.1主程序流程圖....................................................................................7

4.2產(chǎn)品程序清單....................................................................................8

5產(chǎn)品使用說(shuō)明.........................................................................................................9

5.1產(chǎn)品裝配圖........................................................................................9

5.2產(chǎn)品調(diào)試............................................................................................9

5.3產(chǎn)品使用說(shuō)明....................................................................................9

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)...................................................................................................10

7參考資料..................................................................................................................10

附錄..............................................................................................................................11

附錄1元器件清單......................................................................................11

附錄2電路原理圖......................................................................................12

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖......................................................................................13

附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖.....................................................................................14

I

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附錄5主程序代碼.....................................................................................15

II

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基于Arduino的智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

此說(shuō)明書是以ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板控制繼電器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水為目的的。產(chǎn)

品是以ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板做為主體部分，另連接ESP-01sWIFI模塊，溫濕度

傳感器，顯示屏，土壤濕度傳感器與繼電器帶水泵，當(dāng)土壤濕度傳感器檢測(cè)土

壤濕度過(guò)低，會(huì)發(fā)送數(shù)字信號(hào)給ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板，顯示屏顯示當(dāng)前土壤濕

度值和溫濕度值，WIFI接收數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)實(shí)時(shí)查看狀態(tài)，繼電器輸出高電平

啟動(dòng)水泵抽水。很多人喜歡養(yǎng)花養(yǎng)草，但覺(jué)得養(yǎng)護(hù)比較費(fèi)精力，自動(dòng)澆花系統(tǒng)

讓你遠(yuǎn)離煩惱。

2設(shè)計(jì)方案遴選

2.1開(kāi)發(fā)板的選型

方案一：ArduinoNANO,是最小的，價(jià)格非常合理的Arduino板選項(xiàng)，缺

點(diǎn)是功能引腳比較少，使用起來(lái)相當(dāng)不便。

圖2.1ArduinoNANO實(shí)物圖

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方案二：ArduinoUNO，是Arduino主控系列中的經(jīng)典款，配合圖形化編程

開(kāi)發(fā)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，適用于初學(xué)者。

圖2.2ArduinoUNO實(shí)物圖

綜上所述，故選擇方案二。

2.2通訊方式的選擇

ESP01模塊無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信，它成本低、體積小、方便嵌入到任何產(chǎn)品，功

能強(qiáng)大，支持三種模式：AP，STA，AP+STA。

模塊特點(diǎn)：

Esp8266-01s是個(gè)比較常用的wifi模塊，體積小，功能強(qiáng)大，價(jià)格實(shí)惠、

易操作。

應(yīng)用領(lǐng)域：

Wi-Fi遠(yuǎn)程監(jiān)控/控制、玩具、消防、安防智能一體化管理、門禁系統(tǒng)。

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品由Arduino開(kāi)發(fā)板系統(tǒng)電路+ESP01模塊+土壤濕度傳感器+繼電器+

水泵+溫濕度模塊+OLED12864顯示器顯示組成。

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圖2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

3.1Arduino開(kāi)發(fā)板

ArduinoUNO是目前使用最廣泛的Arduino控制器，具有Arduino的所

有功能，是初學(xué)者的最佳選擇。該產(chǎn)品配合擴(kuò)展板更方便使用。

圖3.1ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板

3.1.1UNO擴(kuò)展板

在原有的Arduino上增加了許多功能引腳，方便接入藍(lán)牙，顯示屏，擁有

非常多的VCC與GND，大幅度彌補(bǔ)基礎(chǔ)板的缺點(diǎn)。

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圖3.2ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板+擴(kuò)展板

3.2DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比

極高等優(yōu)點(diǎn)。DHT11的硬件結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只引出了四根引腳，其中只用到了三

根，分別對(duì)應(yīng)的引腳為：1-VDD，2-DATA（數(shù)據(jù)腳），3-NC（空腳，懸空），

4-GND。

圖3.3DHT11傳感器原理圖

3.3土壤濕度傳感器

土壤濕度傳感器由兩個(gè)探頭組成，用于測(cè)量水的體積含量。兩個(gè)探頭讓電

流通過(guò)土壤，然后得到電阻值來(lái)測(cè)量水分值。

當(dāng)有更多的水時(shí)，土壤會(huì)傳導(dǎo)更多的電，這意味著電阻會(huì)更小。因此，水

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分含量會(huì)更高。干燥的土壤導(dǎo)電性差，所以當(dāng)水少時(shí)，土壤的導(dǎo)電性就會(huì)減

少，這意味著電阻會(huì)增加。因此，水分含量會(huì)更低。

該模塊還包含一個(gè)電位器，用于設(shè)置閾值。該閾值將由LM393比較器進(jìn)行

比較。輸出LED將根據(jù)此閾值點(diǎn)亮和熄滅。

圖3.4土壤濕度傳感器

3.4OLED12864顯示屏

OLED屏幕有著很好的顯示效果和便攜性，功耗低，更加合適更小系統(tǒng)，

模塊供電可以是3V可以是5V，不需要修改模塊電路，可顯示漢字、ASCLL、

圖案等。

3.5繼電器

繼電器是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸

出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。繼電器具有控制系統(tǒng)和被

控制系統(tǒng)，通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保

護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

5

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圖3.5繼電器原理圖

3.6ESP-01s

ESP-01系列WIFI通訊芯片，體積小，方便嵌入到任何產(chǎn)品中，功能強(qiáng)

大，支持三種模式，簡(jiǎn)潔高效AT指令，便于開(kāi)發(fā)。

圖3.6ESP-01接口電路

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4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

4.1主程序流程圖

圖4.1主程序流程圖

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4.2產(chǎn)品程序清單

本產(chǎn)品采用mind+編譯環(huán)境，圖形化編程界面，針對(duì)各個(gè)模塊編程。

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5產(chǎn)品使用說(shuō)明

5.1產(chǎn)品裝配圖

圖5.1產(chǎn)品裝配圖

5.2產(chǎn)品調(diào)試

為了方便模擬實(shí)際環(huán)境測(cè)試產(chǎn)品，我們先用手觸摸土壤濕度傳感器來(lái)替代

盆栽缺水的情況。燒錄代碼后，水泵關(guān)閉，用手觸摸土壤濕度傳感器，對(duì)應(yīng)的

水泵開(kāi)始抽水，放開(kāi)手后，水泵停止。

5.3產(chǎn)品使用說(shuō)明

接上DC端供電，土壤濕度傳感器插到盆栽土壤里，對(duì)應(yīng)的控制的水泵水

管也放到水里，可以看到oled12864顯示屏顯示出盆栽的土壤濕度值。

如果盆栽不缺水，oled12864顯示屏?xí)@示土壤濕度，當(dāng)前溫濕度。

如果有盆栽缺水了，oled12864顯示屏?xí)@示水泵工作，土壤傳感器檢測(cè)的

濕度小于300時(shí)水泵以最大速度開(kāi)始抽水，然后土壤濕度傳感器再繼續(xù)檢測(cè)，

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數(shù)值大于300就停止抽水。(因土壤傳感器的檢測(cè)原理是：濕度越大數(shù)值越小，

所以當(dāng)土壤的濕度大于300時(shí)水泵開(kāi)始抽水，數(shù)值小于300就停止抽水)

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語(yǔ)；

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)；

[6]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范。

7參考資料

[1]金發(fā)慶·傳感器技術(shù)與應(yīng)用·北京；機(jī)械工業(yè)出版社

[2〕陳呂洲編著．ARUINO程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，北京航空航大大學(xué)山版社、2014.01.第1頁(yè)

[3]陳呂洲.Arduino程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ):北京航天航空出版社，2014:5-6

[4〕陳旭，蔡文靜.關(guān)于單片機(jī)在溫濕測(cè)控技術(shù)中的應(yīng)用研究[.電子世界，2019

[5]李玉峰·單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，200

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附錄

附錄1元器件清單

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CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity

ArduinoUNOR3ArduinoUNOR3DIP32ArduinoUNOR31

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

JianCeTiePianJianCeTiePianJianCeTiePianJianCeTiePian1

JiDianQiJiDianQiJiDianQiJiDianQi1

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