嵌入式智能花盆的設(shè)計與實現(xiàn)

1、 分類號：TN929 密 級：公 開 畢業(yè)設(shè)計 題 目：嵌入式智能花盆的設(shè)計與實現(xiàn)系 別：物理系 專業(yè)年級：電子信息工程 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師：2016年06月02日- 27 - / 39原 創(chuàng) 性 聲 明本人重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的容外，不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日 期：關(guān)于畢業(yè)論文使用授權(quán)的聲明本人在

2、指導(dǎo)老師指導(dǎo)下所完成的論文與相關(guān)的資料（包括圖紙、試驗記錄、原始數(shù)據(jù)、實物照片、圖片、錄音帶、設(shè)計手稿等），知識產(chǎn)權(quán)歸屬呂梁學(xué)院。本人完全了解呂梁學(xué)院有關(guān)保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存或向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)呂梁學(xué)院可以將本畢業(yè)論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用任何復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文。如果發(fā)表相關(guān)成果，一定征得指導(dǎo)教師同意，且第一署位為呂梁學(xué)院。本人離校后使用畢業(yè)論文或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，第一署位仍然為呂梁學(xué)院。論文作者簽名： 日 期：指導(dǎo)老師簽名： 日 期：摘 要伴隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,

3、人們對生活質(zhì)量的要求日益增高,在家中養(yǎng)花成為一種潮流，但由于工作較忙，買了盆栽后，卻沒時間照顧盆栽的現(xiàn)象也隨之越來越多，針對這一情況我進行了深入分析，并展開了我的畢業(yè)設(shè)計。本課題設(shè)計了一款基于嵌入式STM32微控制器控制的智能花盆，本課題采用STM32F103RCT6作為主控，融合土壤濕度傳感器、溫度傳感器、光照傳感器來實時檢測土壤濕度、環(huán)境溫度和光照，通過操縱舵機、燈珠、風(fēng)機、語音模塊等實現(xiàn)自動澆水、補充光照、降溫、播放歌曲等功能，并加入LCD觸摸屏，實時顯示土壤的濕度，環(huán)境溫度和光照強度等環(huán)境條件，用戶可通過觸摸屏對溫度濕度光照的上下限值進行設(shè)定，對是否顯示報警信息進行設(shè)定，還可通過觸摸屏

4、對語音模塊進行音量的加減操作，加入紅外遙控，使用戶可以在較遠地方來操控我們的智能花盆，紅外遙控器可以對智能花盆的音樂播放和實時日期進行設(shè)定。隨著智能花盆逐步走入千家萬戶，將極大的方便人們照顧盆栽，同時也必將產(chǎn)生更多的對智能花盆的功能方面的要求，所以本課題的研究具有深遠的意義。關(guān)鍵詞：STM32微控制器；土壤濕度傳感器；溫度傳感器；光照傳感器 AbstractWith the rapid socio-economic development, peoples quality of life increasingly higher demands at home gardening has bec

5、ome a trend, but more busy, buy a pot, the pot but no time to take care of the phenomenon also will be more more for the situation I was in-depth analysis, and started my graduation.This paper designed a flowerpot based on intelligent embedded STM32 microcontroller control, this paper uses STM32F103

6、RCT6 as the master, the integration of soil moisture sensors, temperature sensors, light sensors to real-time detection of soil humidity, ambient temperature and light, by manipulating steering gear, lamp beads, fans, voice module for automatic watering, supplementary lighting, cooling, play songs a

7、nd other functions, and join the LCD touch-screen, real-time display of the soil humidity, ambient temperature and light intensity and other environmental conditions, the user can touch screen temperature and humidity illumination set upper and lower limits of the alarm information is displayed set,

8、 but also through the touch screen volume addition and subtraction operations on the voice module, adding infrared remote control that allows users to manipulate us in distant places intelligent flowerpot, infrared remote control can be smart flowerpot music player and real-time date can be set.As s

9、mart flowerpot gradually into millions of households, will greatly facilitate the people to take care of potted plants, but also will produce smart pots require more functionality, so the research of this subject has far-reaching significance.KeyWords: STM32 microcontroller; Soil humidity sensor; Th

10、e temperature sensor; Light sensor目 錄第1章 緒 論- 1 -1.1 課題來源與研究意義- 1 -1.2 國外發(fā)展?fàn)顩r與研究背景- 1 -1.3 課題研究目標(biāo)和容- 1 -第2章 系統(tǒng)設(shè)計與要求- 3 -2.1 系統(tǒng)基本功能- 3 -2.2 系統(tǒng)體系構(gòu)架- 3 -2.3 方案設(shè)計與論證- 4 -2.3.1 控制器部分方案論證- 4 -2.3.2 顯示與設(shè)定部分方案論證- 4 -2.3.3 電源部分方案論證- 4 -2.3.4 檢測部分方案論證- 5 -2.3.5 控制部分方案論證- 5 -2.4 最終方案- 6 -第3章 硬件電路- 7 -3.1 電路組成框

11、圖- 7 -3.2 電路各模塊介紹- 7 -3.2.1 DS18B20溫度傳感器- 7 -3.2.2 土壤濕度傳感器- 8 -3.2.3 BH1750FVI光照傳感器- 8 -3.2.4 繼電器與軸流風(fēng)機- 8 -3.2.5 輝盛9g舵機- 9 -3.2.6 TFTLCD顯示屏觸摸屏- 9 -3.2.7 BY8001-16P語音模塊- 9 -3.2.8 STM32F103RCT6主控制器- 10 -3.2.9 18650鋰電池電源供電部分- 11 -第4章 軟件設(shè)計- 13 -4.1 系統(tǒng)功能模塊與主程序流程圖- 13 -4.2 C/OS-II任務(wù)設(shè)計- 14 -4.2.1 LCD顯示任務(wù)-

12、14 -4.2.2 控制任務(wù)- 14 -4.2.3 語音模塊控制任務(wù)- 14 -4.2.4 傳感器檢測任務(wù)- 14 -4.2.5 觸摸屏任務(wù)- 14 -第5章 系統(tǒng)組裝與調(diào)試- 17 -5.1 模塊測試- 17 -5.2 硬件調(diào)試- 17 -5.3 軟件調(diào)試- 18 -5.4 綜合調(diào)試結(jié)果- 19 -第6章 結(jié)論- 21 -參考文獻- 23 -致 - 25 -第1章 緒 論1.1 課題來源與研究意義伴隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展,許多的人想要去照顧盆栽卻沒有多余的時間。而周圍環(huán)境的變化會影響到植物的正常發(fā)育，尤其是溫濕度、光照強度等因素。例如太照過于強烈、室外溫度過于高、土壤的濕度過于干燥等因素都會

13、影響盆栽的生長，甚至是造成盆栽的死亡。因此,使植物種植簡單化是大多數(shù)家庭所希望的1。針對這一現(xiàn)狀，我選擇了這一課題，嵌入式智能花盆的設(shè)計與實現(xiàn)。1.2 國外發(fā)展?fàn)顩r與研究背景嵌入式智能花盆是利用傳感技術(shù)組裝的新型盆栽，主要是使用各種傳感器技術(shù)，實時檢測植物生長的周邊環(huán)境狀況，并實現(xiàn)自動盆栽澆水、提醒主人等人性化功能。早在多年前布魯爾大學(xué)的學(xué)生娜塔莉金就已經(jīng)提出這一設(shè)計，近幾年國外智能花盆已經(jīng)作為一種常見的裝飾品走進許多人的生活。且價格適中，質(zhì)量可靠。而國在智能花盆這一方面尚處于剛剛出現(xiàn)，正在發(fā)展的階段，價格偏高，限于技術(shù)與成本功能尚有許多不完善2。1.3 課題研究目標(biāo)和容研究目標(biāo)：通過本課題的

14、研究，設(shè)計并制作一款智能花盆，實現(xiàn)對溫度、濕度、光強等的實時監(jiān)測與顯示，通過觸摸屏實現(xiàn)良好人機互動，實現(xiàn)自動澆水、提醒主人植物生長狀況等功能3。研究容：分析當(dāng)前社會對智能花盆的需求，通過溫度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強度傳感器實時采集盆栽所處環(huán)境的信息，控制與使用觸摸屏、舵機、軸流風(fēng)機等器件，使用C/OS-II操作系統(tǒng)實現(xiàn)嵌入式智能花盆傳感器檢測、信息處理、控制等任務(wù)的調(diào)度4。第2章 系統(tǒng)設(shè)計與要求2.1 系統(tǒng)基本功能(1) 檢測土壤中濕度，光照強度和溫度(2) 顯示土壤中濕度，光照強度和溫度(3) 控制土壤中濕度，光照強度和溫度(4) 用戶可設(shè)定報警值(5) 可提醒用戶植物生長環(huán)境狀況2.

15、2 系統(tǒng)體系構(gòu)架根據(jù)對系統(tǒng)基本功能的分析與思考，我們得到了圖2-1，從該圖中我們可以很容易的看出，系統(tǒng)分為5部分，分別為檢測部分、主控部分、顯示與設(shè)定部分、控制部分與電源部分5。用戶設(shè)定濕度溫度與光照報警值實時顯示濕度溫度與光照信息采集與處理控制濕度溫度與光照檢測土壤濕度光照強度環(huán)境溫度系統(tǒng)電源 圖2-1 系統(tǒng)體系構(gòu)架2.3 方案設(shè)計與論證2.3.1 控制器部分方案論證方案一：采用STC89C52RC作為主控制器，該主控是我們接觸時間最長的一款芯片，在大學(xué)課程中曾有過對這門課程的講解。具有價格低廉，資料豐富，使用容易等優(yōu)點，但其程序存儲空間較小，運行速度不高，接口較少且功耗高。方案二：采用ST

16、M32F103RCT6作為主控制器，該芯片是一款使用十分普遍的控制器，其具有性能優(yōu)良，可移植性高，接口豐富等優(yōu)點。STM32F103RCT6具有256KB的程序存儲空間，具有豐富的硬件資源。對于實現(xiàn)本系統(tǒng)的功能較為合適6。綜合比較以上兩個方案，本系統(tǒng)選擇方案二。2.3.2 顯示與設(shè)定部分方案論證方案一：采用LCD12864用作顯示采集的數(shù)據(jù)，采用4X4矩陣鍵盤用作設(shè)定參數(shù)。LCD12864液晶模塊的接口模式有許多，模塊的部帶有簡體的中文字庫；可以用于顯示漢字和一些簡單的單色的容，但是它的顯示容是有限的。矩陣鍵盤用作設(shè)定鍵值，可以大量減少對引腳的占用，但考慮到使用矩陣鍵盤增加了額外開銷，且占據(jù)了

17、較大的面積，影響到最終成品的大小。不適用于本系統(tǒng)。方案二：采用2.8寸TFTLCD 顯示屏，2.8寸TFTLCD 顯示屏是一款常用的TFTLCD 顯示模塊，采用高亮背光，背光亮度好功耗低，采用高質(zhì)量觸摸，高靈敏度高線性。由于其支持觸摸功能，所以顯示與設(shè)定功能都可以由TFTLCD顯示屏來實現(xiàn)，這樣便省卻了按鍵模塊對空間和資源的浪費，其顯示容較多，價格便宜，資料在網(wǎng)上較多，易于使用，且在所用的主控板上已經(jīng)留出了該顯示屏的接口，接線極其簡單，對于本系統(tǒng)來說較為合適7。綜合比較以上兩個方案，本系統(tǒng)選擇方案二。2.3.3 電源部分方案論證方案一：采用電源適配器作為電源部分，采用12伏電源適配器為本系統(tǒng)供

18、電，中間通過降壓模塊降出3.3伏和5伏給各個模塊供電。電源適配器具有價格便宜，使用方便，不需要頻繁更換電源的特點，但是考慮到電源適配器必須有外部供電的缺點，不適合于本系統(tǒng)。方案二：采用18650鋰電池作為電源部分，該電池是生活中常見供電電池中的一種，常用做筆記本電池換芯，充電寶電源等，其壽命可達到充放1000次以上，且價格低廉，易于使用，可充電的優(yōu)點，適用于本系統(tǒng)8。綜合比較以上兩個方案，本系統(tǒng)選擇方案二。2.3.4 檢測部分方案論證2.3.4.1 光照強度檢測方案一：采用電流型光照傳感器SM2160M，該傳感器具有容易安裝在各種環(huán)境，測量的圍較為廣泛的特點，適用于生活中各種場所,特別適合農(nóng)業(yè)

19、大棚、城市照明。但其需要DC24伏的供電電壓，且價格較為昂貴。方案二：采用光強度檢測模塊BH1750FVI。該傳感器的供電電源為3-5v，其照度圍較為廣泛，該傳感器部配置有16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過IIC總線直接輸出檢測數(shù)據(jù)，其測量之精度完全可以滿足本花盆的要求8。綜合比較以上兩個方案，本系統(tǒng)選擇方案二。2.3.4.2 溫濕度檢測方案一：采用DHT11溫濕度傳感器模塊監(jiān)測溫濕度。該傳感器具有較高的抗噪能力、響應(yīng)快的特點。其測量之圍為濕度20%到90%度，溫度0到50度，其測量圍對于本系統(tǒng)來說過小，且不能檢測零下的溫度，不滿足本系統(tǒng)要求。方案二：采用DS18B20溫度檢測傳感器實時檢測環(huán)境溫度，使用

20、土壤濕度檢測傳感器實時監(jiān)測土壤濕度，該傳感器是常用的溫度傳感器，其小巧靈活，占用主控引腳少，檢測溫度的精度較高的優(yōu)點，其溫度測量圍為負55度到正125度。對于系統(tǒng)要求完全可以滿足。土壤濕度傳感器能輸出開關(guān)信號和模擬信號兩種，開關(guān)信號的輸出條件可由模塊上的電位器調(diào)節(jié)，其輸出模擬信號，主控制器件有12位的AD裝換器，轉(zhuǎn)換出的值足以滿足系統(tǒng)的要求8。綜合比較以上兩個方案，最終選擇方案二。2.3.5 控制部分方案論證2.3.5.1 光照溫度濕度控制方案一：采用白織燈作為光照控制，采用玩具電機作為溫度控制，采用繼電器作為濕度控制，白織燈具有亮度高的優(yōu)點，但其體積過大，且需220伏供電，不適用于本系統(tǒng)。玩

21、具電機具有價格便宜風(fēng)力大的優(yōu)點，但其危險性較大，且需要相應(yīng)的電機驅(qū)動模塊，增加了系統(tǒng)成本，不適用于本系統(tǒng)。繼電器具有控制簡單的優(yōu)點，但其不能控制水龍頭閥門的大小，不適用于本系統(tǒng)。方案二：采用超高亮LED作為光照控制，采用軸流風(fēng)機作為溫度控制，采用舵機作為濕度控制。超高亮發(fā)光二極管成本低廉的優(yōu)點。軸流風(fēng)機具安全，有占用面積較小，風(fēng)力適中等優(yōu)點，舵機具有操作簡單，可以精確控制轉(zhuǎn)動的角度的優(yōu)點，適用于本系統(tǒng)。綜合比較以上兩個方案，本系統(tǒng)選擇方案二。2.3.5.2 語音控制方案一：采用ISD1820語音錄放模塊，該模塊可以進行10s的語音錄制和播放，其播放錄制的語音時具有高質(zhì)量高還原的優(yōu)點，具有循環(huán)、

22、點動、單遍等功能，價格低廉，但考慮到其錄音時間較短，不適用于本系統(tǒng)。方案二：采用BY8001-16P語音模塊。該模塊可以播放常見的音頻格式,該模塊可通過更換SD卡中的歌曲進行更換語音容。該模塊部具有3W功放，可以直接驅(qū)動喇叭完成播放。適用于本系統(tǒng)，可滿足系統(tǒng)所需所有要求。綜合比較以上兩個方案，本系統(tǒng)選擇方案二。2.4 最終方案經(jīng)過反復(fù)的方案論證與選擇，本課題最終選擇如下方案。檢測部分：(1) 采用DS18B20采集溫度值(2) 采用土壤濕度檢測傳感器采集土中濕度值(3) 采用光照傳感器BH1750FVI采集光照值主控部分：采用STM32F103RCT6作為微控制器電源部分：采用18650鋰電池

23、作為電源供電顯示與設(shè)定部分：采用2.8寸TFTLCD顯示屏模塊作為系統(tǒng)顯示與設(shè)定控制部分：(1) 采用超高亮LED白光燈作為光照控制部分(2) 采用軸流風(fēng)機作為溫度控制部分(3) 采用舵機作為濕度控制部分(4) 采用BY8001語音模塊播放指定音樂第3章 硬件電路3.1 電路組成框圖如圖3-1中，電路由溫度傳感器、土壤濕度傳感器、BH1750FVI光照傳感器、2.8寸觸摸屏、STM32控制器、繼電器、軸流風(fēng)機、舵機、BY8001-16P語音模塊、超高亮LED白光燈與18650鋰電池電源供電電路組成9。2.8寸TFTLCD顯示屏觸摸屏BY8001-16P語音模塊9g舵機 18650鋰電池MCUS

24、TM32F103RCT6DS18B20溫度傳感器軸流風(fēng) 機繼電器土壤濕度傳感器BH1750FVI光照傳感器超高亮LED白光燈 圖3-1 電路組成框圖3.2 電路各模塊介紹3.2.1 DS18B20溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是非常實用的一種用于溫度實時檢測的傳感器，在糧倉、電力機房等控制鄰域，在汽車空調(diào)、冰箱等測溫鄰域都有較為廣泛的使用。DS18B20溫度傳感器近幾年來使用的較為廣泛，由于其具有占用I/O接口較少，操作簡單，檢測溫度實時且較為精準(zhǔn)，成本較低，所以使用該傳感器的公司和個人較多，網(wǎng)絡(luò)上因此有相對較為豐富的資料和參考代碼，極大的方便了我們的使用。DS18B20的電源圍較為廣泛，

25、一般的5V或者3V的單片機都可以驅(qū)動，通常會在數(shù)據(jù)引腳上上拉一個10K的電阻，加強我們的信號傳輸質(zhì)量。在我們主控的引腳模式設(shè)定的時候，設(shè)定引腳模式為開漏輸出便可，若是沒有接入上拉電阻，在引腳設(shè)定的時候則要設(shè)定為上拉輸入，來保證與傳感器能進行正常通訊。3.2.2 土壤濕度傳感器土壤水分傳感器適用于土壤水分檢測，土壤水分傳感器已拓寬了傳感領(lǐng)域，能提高傳感器的靈敏度。模塊上的電位器是用于調(diào)節(jié)輸出開關(guān)信號的閾值，通過順時針轉(zhuǎn)動和逆時針轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)控制的濕度大??；開關(guān)信號輸出可以與主控直接相連，通過引腳高低電平的檢測，判斷土壤濕度是否超標(biāo)。該傳感器可以寬圍檢測土壤的濕度，AO則為模擬信號輸出引腳，隨著濕度

26、的提高，模擬信號輸出引腳會輸出一個隨濕度變化的電壓，濕度越高它的值就越大，土壤濕度傳感器的使用lm393芯片，工作電壓為3.3伏-5伏11。3.2.3 BH1750FVI光照傳感器GY-30數(shù)字光照強度檢測模塊，可以直接由我們的主控板上的3.3伏電源供電，通過IIC總線實時輸出檢測數(shù)據(jù)，減去了繁瑣的計算；且高精度測定可用于寬圍的亮度照度1lx的測定。BH1750FVI光照傳感器模塊采用標(biāo)準(zhǔn)NXP IIC通信協(xié)議，可通過IIC協(xié)議與微控制器進行通訊12。該傳感器模塊在IIC通信的兩個引腳上加了兩個10K的上拉電阻，加強了IIC通信的距離與質(zhì)量。3.2.4 繼電器與軸流風(fēng)機本系統(tǒng)使用繼電器模塊為常

27、用繼電器模塊，該模塊上的常開接口的負載上限為交流250V或者是直流30V；繼電器模塊的工作電壓為5伏，在模塊上有黃色跳線帽，通過選擇跳線帽接高接低來設(shè)置高電平或低電平觸發(fā)；模塊電源狀態(tài)燈為綠發(fā)綠LED燈，繼電器開關(guān)狀態(tài)燈為紅發(fā)紅LED燈。繼電器輸出端no為常開的接口，閉合之前當(dāng)為懸空，閉合之后當(dāng)與com短接；com為公共的接口；nc為常閉接口，閉合之前當(dāng)與com短接，閉合之后當(dāng)空懸。繼電器模塊級觸發(fā)器選擇結(jié)束，跨接或低短路或高短接決定低電平觸發(fā)或高電平觸發(fā)13。本系統(tǒng)采用的散熱裝置為小型軸流風(fēng)機，它的外觀尺寸為40毫米40毫米10毫米，轉(zhuǎn)速為400010%轉(zhuǎn)/分鐘，噪音為18分貝，工作電壓為1

28、2V，工作電流為0.10A，紅線正極，黑線負極，14。3.2.5 輝盛9g舵機輝盛9g舵機是一種角度伺服的驅(qū)動器，適用于需求控制角度且穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，近年來在遙控玩具，如四旋翼飛行器云臺遙控，智能小車轉(zhuǎn)向遙控等中普遍使用。輝盛9g舵機重量為10g，力矩為1.5kg/cm，工作電壓為4.2v到6.0v。紅線正極，褐線負極，橙黃色線為PWM輸入控制線15。3.2.6 TFTLCD顯示屏觸摸屏該模塊是一款通用的TFTLCD模塊，采用全新LCD模塊加原廠觸摸屏，質(zhì)量好，該模塊有如下特點：320240的分辨率；16位色（6萬5千色）顯示支持；采用高亮背光，背光亮度好功耗低；采用高質(zhì)量觸摸，高靈敏度高線性

29、16。該模塊可以直接接入我們的主控板，在主控板上已經(jīng)留有母排排針接口，直接將顯示屏按照主控板上的方向接入即可，在該模塊的配套資料中有對應(yīng)的STM32的程序代碼，方便我們的移植與使用。3.2.7 BY8001-16P語音模塊BY8001-16P語音模塊是新型的一款插卡式的MP3音樂播放模塊。使用BY8001-16P芯片。模塊上裝有TF卡座，可通過更換SD中歌曲來更改卡中語音播放容，歌曲支持常見的歌曲格式。該模塊部具有3W功放，可以直接驅(qū)動3W的揚聲器來播放語言，使用更加的簡單和方便。如圖3-2，是該模塊的引腳圖：圖3-2 語音模塊引腳圖如圖3-3，在本智能花盆系統(tǒng)中的語言模塊電路部分采用如下的電

30、路設(shè)計，微控制器通過串口通訊的方式與BY8001-16P語音模塊進行通訊，從而達到控制語音播放的效果17。圖3-3 語音模塊接線圖3.2.8 STM32F103RCT6主控制器本系統(tǒng)采用正點原子的MiniStm32開發(fā)板，MiniStm32板子擁有豐富的硬件資源，板子上載有十多種外設(shè)與接口，有紅外、LCD、溫度、SD卡、NRF24L01模塊、PS/2鼠標(biāo)鍵盤、5V/3.3V電源輸出/輸入接口等豐富的接口18。MiniStm32開發(fā)板板載的主控為Stm32f103rct6芯片，這一款芯片具有豐富的資源，具有256K的程序存儲空間，具有豐富的編程資源，對于我的畢業(yè)設(shè)計來說，足以滿足本系統(tǒng)需求19。

31、3.2.9 18650鋰電池電源供電部分本系統(tǒng)采用兩節(jié)18650鋰電池供電，當(dāng)兩節(jié)18650鋰電池全部都充滿電時，電壓約為8v左右,當(dāng)電量放完時約為6v左右，將8v的電壓直接供給軸流風(fēng)機，用兩個L2596降壓模塊降壓出3.3v和5v給相應(yīng)的模塊供電21。第4章 軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)功能模塊與系統(tǒng)程序框圖本系統(tǒng)采用C/OS-II作為操作系統(tǒng)。C/OS-II是一種實時多任務(wù)并行的操作系統(tǒng)，它可以使智能花盆設(shè)計中各個任務(wù)獨立工作，在本系統(tǒng)中的任務(wù)共創(chuàng)建了5個，分別為：LCD顯示、外設(shè)控制、MP3播放、傳感器檢測、觸摸屏檢測輸入等任務(wù)。考慮到本系統(tǒng)須同時采集和處理多個任務(wù)，所以加入了C/OS-II操作

32、系統(tǒng)22。軟件編程思路：先初始化智能花盆系統(tǒng)外接的各種傳感器和對主控與操作系統(tǒng)的底層配置等，然后創(chuàng)建多個C/OS-II任務(wù)，通過系統(tǒng)的延時進行任務(wù)的切換，最后深入各個任務(wù)執(zhí)行相應(yīng)的程序23。系統(tǒng)程序框圖如圖4-1所示。 開始 初始化 創(chuàng)建多任務(wù)語音模塊控制任務(wù)傳感器檢測任務(wù)控制任務(wù)顯示屏顯示任務(wù)觸摸屏任務(wù)圖4-1 系統(tǒng)程序框圖C/OS-II創(chuàng)建的任務(wù)與優(yōu)先級如下所示：（1）LCD顯示任務(wù) 優(yōu)先級為7（2）控制任務(wù) 優(yōu)先級為6（3）MP3任務(wù) 優(yōu)先級為5（4）傳感器任務(wù) 優(yōu)先級為4（5）觸摸屏任務(wù) 優(yōu)先級為34.2 C/OS-II任務(wù)設(shè)計4.2.1 LCD顯示任務(wù)本系統(tǒng)支持常見的圖片格式，在LC

33、D顯示任務(wù)中，首先為圖片顯示分配存，打開SD卡上存儲圖片的文件夾，記錄當(dāng)前索引，初始化畫圖，然后調(diào)用圖片解碼函數(shù)，解碼圖片并顯示，最后釋放存儲空間。4.2.2 控制任務(wù)如圖4-3所示，在控制任務(wù)中，一直在循環(huán)執(zhí)行3個任務(wù)，如果土壤濕度的測量值小于用戶設(shè)定的土壤濕度最小值，則通過PWM控制舵機打開水龍頭閥門，實現(xiàn)澆水，否則通過舵機關(guān)閉水龍頭。如果光照強度的測量值小于用戶設(shè)定的最小值，則點亮LED白光燈，否則關(guān)閉LED燈。如果測得的溫度值大于用戶的最大值，則由繼電器開啟軸流風(fēng)機，反之則關(guān)閉。4.2.3 語音模塊控制任務(wù)在語音模塊控制任務(wù)中不斷檢測通過觸摸屏設(shè)定的MP3標(biāo)志位，和紅外遙控的相應(yīng)鍵值，

34、按照對應(yīng)的鍵值執(zhí)行語音模塊的播放操作和一些其他專用的用戶功能24。4.2.4 傳感器檢測任務(wù)如圖4-2所示，在傳感器檢測任務(wù)中，一直在循環(huán)執(zhí)行5個小任務(wù)，分別是檢測當(dāng)前光照、檢測時間值、檢測當(dāng)前土壤濕度、檢測當(dāng)前環(huán)境溫度以與判斷光照濕度溫度測量值是否在用戶設(shè)定的最大值與最小值圍之，如果不是，在LCD顯示屏上提醒用戶。與時匯報給用戶關(guān)于盆栽的信息。4.2.5 觸摸屏任務(wù)在觸摸屏任務(wù)中，不斷檢測觸摸是否按下，如果按下，進入調(diào)試界面，不斷檢測觸摸按下的位置，來實現(xiàn)界面進入、推出、切換以與各種參數(shù)的設(shè)定。當(dāng)用戶觸摸屏幕時進入到第一幅界面，第一幅界面中有顯示選項卡、溫度上下限值設(shè)定選項卡、濕度上下限設(shè)定

35、選項卡、光照上下限設(shè)定選項卡、音樂播放和聲音設(shè)定選項卡以與退出設(shè)定選項卡。當(dāng)用戶在第一幅界面中點擊后，根據(jù)用戶點擊的選項的不同進入到第二幅界面，在第二幅界面中是對各個參數(shù)值的具體設(shè)定，和一個退出選項25。開始采集溫度值、土壤濕度值、光照強度值、時間值顯示標(biāo)志位是否被置位NY顯示溫度值、土壤濕度值、光照強度值、時間值溫度值、土壤濕度值、光照強度值是否超出設(shè)定值NY顯示報警信息圖4-2 傳感器檢測任務(wù)程序流程圖開始土壤濕度值小于土壤濕度設(shè)定值NY舵機轉(zhuǎn)到0度位置舵機轉(zhuǎn)到180度位置光照強度值小于光照強度設(shè)定值NY點亮LED燈熄滅LED燈N溫度值大于溫度設(shè)定值Y打開抽流風(fēng)機關(guān)閉抽流風(fēng)機圖4-3 控制

36、任務(wù)程序流程圖第5章 系統(tǒng)組裝與調(diào)試5.1 模塊測試(1) 電源模塊測試：用萬用表測量鋰電池18650兩測的電壓為3伏，經(jīng)過充電器充電后，在次測量，鋰電池兩測的電壓為4.2伏，將L2596降壓模塊與鋰電池連接，轉(zhuǎn)動降壓模塊上的電位器，測量到降壓模塊的輸出電壓隨著電位器的轉(zhuǎn)動而規(guī)律的變化，將降壓模塊調(diào)節(jié)到3.3伏的輸出，萬用表測量輸出正常，接到板子上正常。經(jīng)測試，電源模塊無問題。(2) MiniSTM32主控板與顯示屏測試：將TFTLCD顯示屏插入主控板顯示屏接口，將USB數(shù)據(jù)線與電腦連接通電，板子正常工作，顯示屏顯示良好，無亮斑，觸摸靈敏。安裝好燒寫軟件，燒寫程序正常，經(jīng)測試，板子與顯示屏無問

37、題。(3) 傳感器測試：將DS18B20插入板子的DS18B20溫度傳感器接口，燒寫入相應(yīng)程序，顯示屏顯示當(dāng)前溫度與室實際溫度一樣，對著DS18B20吹熱氣，顯示屏顯示溫度上升，停止吹熱氣后顯示屏顯示溫度下降，最后與周圍溫度一樣，經(jīng)檢測該溫度傳感器無問題。用同樣方法檢測土壤濕度傳感器與光照傳感器，經(jīng)檢測土壤濕度傳感器與光照傳感器均無問題。(4) 控制部分檢測：燒寫入主控舵機例程，將舵機按資料接好線后，按下電源鍵，舵機轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，通過按鍵調(diào)節(jié)輸出的PWM波，舵機隨之轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，經(jīng)測試舵機無問題。燒寫入主控繼電器程序，將繼電器端口按資料接好電源和軸流風(fēng)機，通電后，繼電器綠燈亮起，軸流風(fēng)機不

38、轉(zhuǎn)，當(dāng)繼電器紅燈亮起時，軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)動，經(jīng)測試?yán)^電器與軸流風(fēng)機無問題。(5) 語音模塊測試：在SD卡中放入MP3格式歌曲，將喇叭接入語音模塊相應(yīng)引腳，給語音模塊接入5V電源，將IO1腳接電源的負極，喇叭播放歌曲，經(jīng)測試，語音模塊無問題26。經(jīng)測試，所有模塊均無問題。5.2 硬件調(diào)試本系統(tǒng)通過杜邦線將各個模塊與微控制器連接，所以接線較為復(fù)雜。在測試各個模塊沒有問題后，開始搭建電路，搭建好電路后，經(jīng)過反復(fù)檢查，所有引腳沒有松動，電路中沒有短路和斷路現(xiàn)象，沒有正負極接反現(xiàn)象，仔細測量各個模塊兩端電源電壓均在其合適圍之，檢測各個模塊與主控的連接，引腳均連接正確，再次確認(rèn)，硬件連接無問題，硬件調(diào)試完成27

39、。5.3 軟件調(diào)試軟件調(diào)試占本課題的很大一部分工作量，在軟件程序調(diào)試的初始階段出現(xiàn)了許多大大小小的問題。在不斷的解決問題中我學(xué)到了很多，下面是我遇到的一些主要問題：(1) 在C/OS-II移植入FAT文件系統(tǒng)和圖片解碼與顯示程序后，運行程序后，程序在顯示圖片時卡死，系統(tǒng)崩潰。解決辦法：發(fā)現(xiàn)問題在于LCD顯示任務(wù)中，為圖片索引分配了存，卻未釋放，且圖片顯示任務(wù)中分配的任務(wù)堆棧空間過小，之后加入了存釋放程序，修改了任務(wù)堆?？臻g大小，解決了此問題。(2)加入LED燈顯示程序運行狀態(tài)，程序運行時系統(tǒng)只有LED燈任務(wù)運行，其他任務(wù)卡死。解決辦法：發(fā)現(xiàn)問題在于LED任務(wù)優(yōu)先級最高，且任務(wù)延時函數(shù)延時時間過

40、短，導(dǎo)致操作系統(tǒng)其他任務(wù)得不到充足的時間運行任務(wù)，修改任務(wù)延時函數(shù)延時時間，解決了此問題。(3) 加入語音模塊串口控制程序后，運行程序，語音模塊時靈時不靈。解決辦法：發(fā)現(xiàn)問題在于通過串口給語音模塊發(fā)送指令，兩條語句之間的時間必須大于20毫秒，之后在它們之間加入了30毫秒的延時，解決了此問題。(4) 加入軸流風(fēng)機和舵機后運行程序，軸流風(fēng)機和舵機不工作解決辦法：發(fā)現(xiàn)問題在于USB供電無法同時給所有模塊提供電源，該為18650鋰電池供電后問題解決。(5) 實時時鐘調(diào)試，每次運行時間自動回復(fù)初始值解決辦法：發(fā)現(xiàn)問題在于程序中每次都會運行RTC_Set()時鐘時間設(shè)置，在第一次程序運行下載后，將時間設(shè)置

41、函數(shù)屏蔽掉，重新編譯，并下載，解決了次問題。(6) 下載程序后，關(guān)機重啟后，程序不運行解決辦法：發(fā)現(xiàn)問題在于程序存儲空間為256KB，而實際程序大小已經(jīng)超過，通過刪減代碼中的無用代碼，解決了此問題28。5.4 綜合調(diào)試結(jié)果表5-1 功能調(diào)試列表功能測試結(jié)果DS18B20溫度采集顯示已實現(xiàn)土壤濕度采集顯示已實現(xiàn)光照強度采集顯示已實現(xiàn)通過觸摸屏觸摸設(shè)定已實現(xiàn)舵機控制已實現(xiàn)軸流風(fēng)機控制已實現(xiàn)LED白光燈控制已實現(xiàn)語音模塊控制已實現(xiàn)紅外遙控鍵值采集已實現(xiàn)提醒用戶已實現(xiàn)實時時鐘顯示已實現(xiàn)經(jīng)過為期數(shù)個星期的不斷的調(diào)試，任務(wù)書中要求的功能已經(jīng)全部實現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上加入了圖片顯示、實時時鐘、語音播放等功能，圖片

42、的顯示部分，移植了FAT文件系統(tǒng)和圖片解碼，用戶可以通過更改SD中的圖片，來改變圖片顯示的容，由于系統(tǒng)程序存儲空間較小，所以本系統(tǒng)只完成了對常見的三種格式圖片的顯示。且圖片的大小必須為320*240大小。下面圖5-1和圖5-2為開始界面顯示圖和溫濕度、光照和日期顯示圖，從圖中可以看到溫度傳感器，土壤濕度傳感器，光照傳感器和實時時鐘等都已經(jīng)正常工作。圖5-1 開始界面圖5-2 顯示傳感器數(shù)據(jù)第6章 結(jié)論經(jīng)過數(shù)周的努力，本系統(tǒng)完成了嵌入式智能花盆的設(shè)計與實現(xiàn)，在這幾個星期中，通過不斷的思考探索，不斷的對系統(tǒng)進行調(diào)試實驗，從功能的計劃，方案的選擇到最后的調(diào)試，最終成功的完成了我的畢業(yè)設(shè)計，在這個過程

43、中我也曾彷徨無助，也曾氣憤懊惱，幸有老師的幫助，同學(xué)的鼓勵，和自己的一路堅持，在堅持中，我的思路開始漸漸的清晰，遇到的問題也一個一個被解決，那種克服困難之后的歡心讓我倍感覺愉悅，我的技術(shù)，我的能力在這幾個星期中有了較為快速的提升。這次的畢業(yè)設(shè)計給我的感悟很深，我發(fā)現(xiàn)，只有經(jīng)過自己動手，才能將書本上的知識轉(zhuǎn)化為自己正真的能力，在動手實踐中，才能發(fā)現(xiàn)問題，現(xiàn)實永遠要比想象的艱難，好多問題是我們不曾在書本上見過的，但是同樣的，實踐比書本要有趣的多。遇到實在解決不了的問題，不要去自己一個人死鉆，要學(xué)會使用網(wǎng)絡(luò)，詢問老師和同學(xué)，我曾因此浪費了許多寶貴的時間。我的畢設(shè)系統(tǒng)的供電由兩節(jié)18650鋰電池供電，

44、兩節(jié)鋰電池提供了7V的電源，鋰電池之后通過兩個降壓模塊，分別降出3.3伏和5伏的電壓給各個模塊進行供電。經(jīng)調(diào)試，本文設(shè)計的智能花盆，實現(xiàn)了對土壤濕度、環(huán)境溫度、光照強度、日期的實時采集與顯示；實現(xiàn)了當(dāng)溫度過高、土壤濕度過低、光照過低時自動散熱、自動澆水、自動補充光照的功能；實現(xiàn)了LCD顯示屏的圖片顯示，用戶可通過變更SD中PICTURE文件夾下的圖片，改變LCD顯示的圖片，本系統(tǒng)支持JPEG、JPG、GIF三種圖片格式；實現(xiàn)了MP3音樂播放，用戶可通過變更SD卡中音樂，選擇有益于植物的音樂；實現(xiàn)了通過紅外遙控更改當(dāng)前日期和對音樂的設(shè)定，實現(xiàn)了通過屏幕顯示環(huán)境信息的方式提醒主人植物生長狀況的功能

45、。當(dāng)然本系統(tǒng)還存在著許多可以改進和添加的功能，比如可以添加短信報警、植物現(xiàn)狀的圖片拍攝、數(shù)據(jù)記錄等功能，這些功能可以使智能花盆更加智能。這次畢業(yè)設(shè)計提供了一個非常好的將理論與實際相結(jié)合的機會，通過嵌入式智能花盆的設(shè)計與實現(xiàn)這一課題，我學(xué)習(xí)到了很多，在不斷的出現(xiàn)問題，解決問題的循環(huán)中，無論是個人的技能還是精神都得到了強有力的鍛煉，這次畢業(yè)設(shè)計是我大學(xué)四年中極其寶貴的一段經(jīng)驗。圖6-1 嵌入式智能花盆實物圖參考文獻1盆花自動澆水系統(tǒng)DB/OL. .doc88./p-85.html. 2015,9,28 2智能花盆DB/OL. .docin./p-851639534.html. 2015,10,13智能大棚管理系統(tǒng)DB/OL. .doc88./p-33.html. 2015,10,14任哲. 嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-II原理與應(yīng)用M. 航空航天大學(xué)，2014,15惠芹. 單片機項目設(shè)計教程M. 電子工業(yè),2009,66JosephYiu. ARM-Cortex-M3權(quán)威指南M. 航空航天大學(xué),2009,77黃鴻,吳石增. 傳感器與其應(yīng)用技術(shù)M. 理工大學(xué),2008,78燦軍. 實用傳感器M. 國防工業(yè),2004,6 9金. 電子設(shè)