基于STM32單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄緒論 5選題背景 5社會(huì)背景 5環(huán)境背景 6經(jīng)濟(jì)背景 6選題意義 7自動(dòng)澆花裝置的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 7文獻(xiàn)綜述 8課題研究的內(nèi)容及要求 9方案論證 11總體方案設(shè)計(jì) 主控模塊選型 2.2.151單片機(jī) FPGA 13STM32單片機(jī) 14顯示模塊的選擇 15編程語言的選擇 18匯編語言 18C語言 18電路的設(shè)計(jì) 19系統(tǒng)總體描述 19單片機(jī) 19溫濕度傳感器 20溫濕度采集模塊電路圖 223.5LCD液晶顯示模塊 223.4.1LCD1602簡介 223.4.2液晶顯示電路 23按鍵設(shè)置模塊 24報(bào)警模塊 25系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 27電路原理圖繪制 27軟件設(shè)計(jì) 28Keil軟件的簡介 28主函數(shù)流程圖 29系統(tǒng)調(diào)試 31總 結(jié) 35致 謝 36參考文獻(xiàn) 37NoPAGENoPAGE37沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要伴隨著人們生活水平以及現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的急速發(fā)展，越來越多的人喜歡本課題基于此目的設(shè)計(jì)一種家庭綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)，通過對(duì)土壤溫濕度的檢測(cè)來判斷是否需要對(duì)綠植進(jìn)行澆水或除濕，土壤濕度的閾值范圍可以通LCDLCD關(guān)鍵詞：加溫AbstractWiththerapiddevelopmentofpeople'slivingstandardandmodernscienceandtechnology,moreandmorepeopleliketogrowsomegreenplantsathome.Butthepaceofcontemporarylifeistoofast,leadingtothemajorityofgreenplantscannotgetagoodreplacementofwaterandsunlight,resultinginashorterlifecycleofgreenplants.Howtousemodernelectronictechnologytodesignaflowerpotthatcanautomaticallywaterhasbecometheurgentdemandofthecurrenturbanpopulation.Basedonthispurpose,thispaperdesignsanautomaticwateringsystemforhouseholdgreenplants.Throughthedetectionofsoiltemperatureandhumidity,itcanjudgewhethergreenplantsneedtobewateredordehumidified.Thethresholdrangeofsoilmoisturecanbeadjustedmanually.AnddisplaythecurrentsoiltemperatureandhumidityinformationthroughtheLCDscreen.Whenthesoilmoistureisbelowthesetthreshold,startthepumptopumpwater,whenthethresholdafterwateringinthesethumidityrange,stopwatering.Startdehumidificationwhenthehumidityistoohigh,andstopdehumidificationuntilthehumidityiswithinthesethumidityrange.Heatitwhenthetemperatureislowerthanthesettemperatureandhumidity,andcoolitwhenthetemperatureishigherthanthesettemperature.Thedesigncanbedividedintothemaincontrolmodule,LCDdisplaymodule,keycontrolmodule,humiditydetectionmodule,waterpumpmodule,dehumidificationmodule,heatingmodule,coolingmodule.Throughthecombinationoftheabovemodules,theautomaticwateringsystemofhouseholdpottedflowersisdesigned.Keywords:FlowerPOTS;Singlechipmicrocomputer;Soilmoisturedetection;Automaticwatering緒論選題背景社會(huì)背景996為缺水而導(dǎo)致植物的枯萎。環(huán)境背景積以及個(gè)人家居生活對(duì)綠化的關(guān)注度沒有那么高。而且由于現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展庭種植綠蘿等吸收甲醛的綠植。綠色植物不僅能對(duì)空氣進(jìn)行凈化而且還能夠?qū)彝テ鸬窖b飾作用。但是事實(shí)上很多人在家庭種植的綠植沒時(shí)間或者沒精力去照顧，這也就造成綠植長勢(shì)不好，反而會(huì)影響人的心情。經(jīng)濟(jì)背景201913.2%202015%20144.310~2040億人民幣。綜上所述，綠植的市場(chǎng)是毋庸置疑的。選題意義1.1自動(dòng)澆花裝置的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前比較先進(jìn)的灌溉設(shè)施主要是微噴系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在植物需要水分效的節(jié)約水資源。但是由于該裝置的復(fù)雜程度已經(jīng)適應(yīng)場(chǎng)合并不能勝任家庭革命的時(shí)間比中國要早很多年，包括現(xiàn)在很多自動(dòng)澆水裝置也都是從國外進(jìn)一帶。且加入中國元素的該類產(chǎn)品以陶瓷、玻璃產(chǎn)品居多。文獻(xiàn)綜述STC89C51單片機(jī)作為主控制器,通過溫濕度傳感器對(duì)植物生長環(huán)境進(jìn)行檢測(cè),將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)數(shù)值進(jìn)行比較,[2]。PythonArduinoArduino,Socket通信傳輸給,PythonDjangoweb框架網(wǎng)頁獲取數(shù)據(jù)庫中的數(shù),[3],研制了自動(dòng)澆水、科學(xué)調(diào)控的智能養(yǎng)花系統(tǒng)。系統(tǒng)由用戶手機(jī)進(jìn)行設(shè)置養(yǎng)植信息通過監(jiān)測(cè)環(huán)境及土壤濕度數(shù)據(jù),結(jié)合建立的不同花種生長養(yǎng)植特性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行決策,實(shí)施自動(dòng)澆水控制;,并與環(huán)境信息融合,為用戶提供科學(xué)養(yǎng)花數(shù)據(jù)[4]。江連?；谖⑿牌脚_(tái)設(shè)計(jì)了一款智能澆花系統(tǒng)。該系統(tǒng)由控制器端、服務(wù)器端和微信終端組成,硬件平臺(tái)以開源硬件Arduino;APIPHP進(jìn)行開發(fā);,AirKiss技術(shù)為系統(tǒng)一鍵配網(wǎng)。該系統(tǒng)可通過微信公眾號(hào),根據(jù)用戶的設(shè)置自動(dòng)控制澆灌的時(shí)間與用量,實(shí)現(xiàn)了智能澆花[5],設(shè)計(jì)了一款可以應(yīng)用于室內(nèi)的全自動(dòng)智能營養(yǎng)液培植花盆。該花盆由光照強(qiáng)度檢測(cè)與補(bǔ)光燈4,單片機(jī)輸出控制LED燈的開關(guān)及盆體是否旋轉(zhuǎn)等信息;太陽能儲(chǔ)電系統(tǒng)由太陽能電池板轉(zhuǎn)換電能用于提供整個(gè)系統(tǒng)的部分電能;自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)和自動(dòng)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)是借助于時(shí)鐘芯片,通過軟件程序設(shè)定定時(shí)噴灑營養(yǎng)液及向光旋轉(zhuǎn)。綠植無土栽培試驗(yàn)表明:植株在后期生長的形態(tài)指標(biāo)要優(yōu)于傳統(tǒng)土培與基質(zhì)養(yǎng)植[6]。楊宏斌為使智能花盆發(fā)揮更好作用,以綠,ArduinoSTM32平臺(tái),設(shè)計(jì)出智能花盆系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用多傳感器采集植物生長環(huán)境變化數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)智能花盆基本參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、危害氣體的預(yù)警以及植物圖像的實(shí)時(shí)采集處理等功能。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使,[7]。課題研究的內(nèi)容及要求STM32，在基于該芯片的基礎(chǔ)上對(duì)智能澆花系統(tǒng)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以單片機(jī)為核心，并通過外部各個(gè)模塊傳送過來的信息進(jìn)[8-10]。其控制器所包含的主要電路模塊如下：LCD[11[12-14]，上述過程當(dāng)處于閾值設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)自動(dòng)停止。上述過程我們可以通過LCD壤溫濕度值。方案論證總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)我們可以分為幾個(gè)LCD顯示模塊、功能。主控模塊顧名思義就是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，其負(fù)責(zé)接收和發(fā)送整個(gè)系LCD[18]1所示：電源電路電源電路加溫電路溫濕度監(jiān)測(cè)STM32單片機(jī)降溫電路除濕電路按鍵模塊水泵電路LCD顯示圖1系統(tǒng)框圖主控模塊選型51單片機(jī)51C5151intel公司發(fā)布的，但是隨著時(shí)間的推移已經(jīng)漸漸的從一線退居之現(xiàn)在僅用于做低端類的2所示。圖251單片機(jī)芯片圖該芯片的部分引腳功能如下：Vcc：電源電壓GND：接地P0口：地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，使用時(shí)需外接上拉電阻。P1口：P1作為一個(gè)自帶內(nèi)部上拉電阻的I/O雙向口而存在。P2口：P2不僅作為一個(gè)自帶內(nèi)部上拉電阻的I/O口，在進(jìn)行Flash編程或者校驗(yàn)的時(shí)候，P2還可以對(duì)高位的某些或部分控制信號(hào)進(jìn)行接收。P3口：P3I/O，不僅自帶內(nèi)部上拉電阻，而且每個(gè)端口都自帶了第二功能，其中第二功能才是P3端口的主要功能，其第二功能如下表所示：其中P3口具有兩類功能，P3口第二功能如表1所示。表1P3口第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2~INT0（0）P3.3~INT1（1）P3.4T0（0）P3.5T1（1）P3.6~WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7~RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）FPGAFPGA正如其名可編程邏輯器件，對(duì)其進(jìn)行編程時(shí)可以任意的分布邏輯單元和存儲(chǔ)VerilogVHDLFPGA實(shí)物圖芯片3所示。圖3FPGA芯片圖FPGAXilinxIntelintelAltera公司，后來處Intel公司，F(xiàn)PGAFPGA的開發(fā)和研究也是未來國家電子類行業(yè)的發(fā)展方向。STM32 單片機(jī)STM32ST公司首發(fā)的，該芯片的性能介于51FPGA兩者51STM324所示。圖4STM32芯片圖STM32F105STM32F107互聯(lián)型系列控制器之前，意法半導(dǎo)體已經(jīng)推出了STM32基本型、增強(qiáng)型等多種系列的單片機(jī)，我們選取STM32F103RBT672所示。1STM32STM32表示采用1STM32STM32表示采用ARMCortex-M作為內(nèi)核的32位微控制5B6T76864K128KFlashC代表256K384K512K字Flash，G1MFlash。T這一項(xiàng)代表封裝，其中HBGA封裝，TLQFP封裝，U代表VFQFPN封裝。6這一項(xiàng)代表工作溫度范圍，其中6代表-40—85℃，7代表-40—105℃。2F器F表示的是芯片子系列3103103代表增強(qiáng)型系列4RRT364864100個(gè)引腳，Z代表144個(gè)引腳，I代表176個(gè)引腳。BFlash632KFlash，顯示模塊的選擇LED數(shù)碼管作為一種常用的數(shù)字顯示設(shè)備，也被稱為八段碼管。八LED數(shù)碼總共有兩種形式，就是共陽極和共陰極。共陽極和共陰極的原理LED5所示。圖5LED數(shù)碼管圖6所示。圖6信號(hào)傳遞圖LEDLED燈，LEDLED矩陣本身難度也較高，所以不宜采用這種方案LED7所示。圖7LED小燈矩陣LCD從名字可以看出，該顯示器每行可以顯示162行，但是由于8所示。圖8LCD液晶顯示屏LCD1602的引腳功能如3所示。表3LCD1602引腳功能編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極3VL液晶顯示編碼4RS數(shù)據(jù)/命令選擇5RW讀/寫選擇6E使能信號(hào)7D0數(shù)據(jù)8D1數(shù)據(jù)9D2數(shù)據(jù)10D3數(shù)據(jù)11D4數(shù)據(jù)12D5數(shù)據(jù)13D6數(shù)據(jù)14D7數(shù)據(jù)15BLA背光源正極2.4編程語言的選擇16BLK背光源負(fù)極2.4.1匯編語言VHDL擇時(shí)，首先想到匯編語言，當(dāng)然也是第一個(gè)排除掉匯編語言。2.4.2C語言CCC語言作為本設(shè)計(jì)的編程語言。電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體描述水位檢測(cè)傳感器按鍵模塊水流檢測(cè)傳感器MCULED顯示報(bào)警模塊LCD液晶顯示水位檢測(cè)傳感器按鍵模塊水流檢測(cè)傳感器MCULED顯示報(bào)警模塊LCD液晶顯示電源模塊單片機(jī)

圖9系統(tǒng)框圖單片機(jī)就是我們常說的單片微型計(jì)算機(jī)。從微型計(jì)算機(jī)就可以看出單片機(jī)不僅僅是將一個(gè)邏輯功能集成到一塊芯片上，反而更像是將一個(gè)計(jì)算機(jī)系單片機(jī)的發(fā)展先后經(jīng)歷了4、8、16、32等位數(shù)，在每一代出現(xiàn)之前，其位數(shù)都代表當(dāng)前最高處理速度，其中8位單片機(jī)其應(yīng)用時(shí)間最久也被稱為最經(jīng)典單片機(jī)。本文經(jīng)過綜合選擇決定選擇STM32作為本系統(tǒng)的主控芯片。溫濕度傳感器溫濕度傳感器顧名思義就是通過該傳感器可以對(duì)傳感器所處環(huán)境的溫濕485232溫濕度傳感器內(nèi)部存在濕敏和熱敏元件，傳感器就是通過這兩個(gè)元件對(duì)環(huán)境[21]。DHT11其對(duì)于濕度的檢測(cè)范圍可以精確到5℃。0~50該傳感器的電氣特性如表4所示：參數(shù)條件表4溫濕度傳感器電氣特性Min TypMax單位供電DC3 55.5V供電電流測(cè)量0.52.5mA平均平均0.21mA待機(jī)100150uA采樣周期秒1次傳感器的引腳說明如表5所示。表5溫濕度傳感器引腳說明pinpin名稱注釋1VDD3-5.5V供電2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3Nc空腳，需要懸空4GND電源負(fù)極，一般接地該傳感器的實(shí)物圖如圖10所示。6

圖10傳感器實(shí)物圖表6溫濕度傳感器參數(shù)分辨率分辨率16Bit重復(fù)性±1%RH精度互換性25℃±5%RH可完全互換響應(yīng)時(shí)間1/e（63%）25℃ 6s遲滯<±0.5%RH/yr供電DC 3.3~5.5V供電電流0.3mA60uA采樣周期次 大于2秒濕度測(cè)量范圍20-95%RH溫度測(cè)量范圍0-50℃溫度分辨率1℃溫濕度采集模塊電路圖溫濕度采集模塊電路圖如圖11所示。圖11溫濕度采集模塊電路圖3.5LCD液晶顯示模塊LCD1602簡介表7控制指令RSR/WD7表7控制指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D00000000001000000000x00000001I/DSB0000001DC000001S/CR/Lxx00001DLNFxX序號(hào) 指令1 清屏2位3456置7

0 1 1 字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址設(shè)置8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地001顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址址設(shè)置9讀忙標(biāo)志或地01BF計(jì)數(shù)器地址址寫入數(shù)10據(jù)至CGRAM10要寫入的數(shù)據(jù)內(nèi)容或DDRAM從CGRAM或11DDRAM中讀取數(shù)據(jù)

1 讀取的數(shù)據(jù)內(nèi)容液晶顯示電路通過AltiumDesigner畫圖軟件對(duì)該部分電路圖進(jìn)行繪制，其電路圖如圖12所示。圖12LCD電路圖按鍵設(shè)置模塊本設(shè)計(jì)的按鍵主要有兩個(gè)，分別用于進(jìn)入設(shè)置界面和對(duì)溫濕度閾值設(shè)定3I/O13圖13按鍵電路連接圖報(bào)警模塊LEDLED14所示。圖14蜂鳴器電路圖圖15LED燈電路圖圖14僅展示了蜂鳴器電路模塊，在報(bào)警模塊部分還有LED燈報(bào)警模塊，LED燈亮，其LED15所示。通過圖可以看出，LED燈和對(duì)用的操作是通過繼電器進(jìn)行供電。系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)電路原理圖繪制是ProteusProteuswindowsFPGA的開發(fā)、嵌入式開發(fā)、3DPCB能。ADFPGASOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)FPGAPCB方面額設(shè)計(jì)。ADAD已經(jīng)更新出20AD進(jìn)PCB連接繪圖選項(xiàng)，新的選項(xiàng)在“查看Latticeiostandard約束也完美得到了改善和16所示。圖16AD軟件界面圖軟件設(shè)計(jì)Keil軟件的簡介C語言的學(xué)習(xí)時(shí)最熟悉的，所以該設(shè)計(jì)選用的C語言，反觀適應(yīng)于硬件開發(fā)且又支持C語言的硬件編程軟件KeilKeil2005KeilARM公司收購。KeilKeiluVison2~KeiluVison5d等多KeilC語言較其他語言比起來更加簡單KeilKeil軟件界17所示。

圖17Keil軟件界面圖LCD18所示。開始開始初始化LCD初始值寫入中斷允許開N繼續(xù)檢測(cè)是否處于低溫狀態(tài)是否處于低溫狀態(tài)YN繼續(xù)檢測(cè)YN繼續(xù)檢測(cè)是否處于干旱狀態(tài)是否處于干旱狀態(tài)YN繼續(xù)檢測(cè)Y啟動(dòng)聲光報(bào)警啟動(dòng)聲光報(bào)警啟動(dòng)聲光報(bào)警啟動(dòng)聲光報(bào)警N是否有按鍵按下Y執(zhí)行相應(yīng)按鍵操作結(jié)束圖18主函數(shù)流程圖系統(tǒng)調(diào)試LCD19所示。圖19系統(tǒng)硬件圖19STM32LCDPCB20所示。圖20系統(tǒng)通電圖所示。圖21系統(tǒng)設(shè)置界面圖由圖21可以看出通過按下設(shè)置按鍵，系統(tǒng)的光標(biāo)可以移動(dòng)并通過增加和22所示。圖22系統(tǒng)除濕狀態(tài)22LED下面開始對(duì)濕度過低時(shí)澆水功能進(jìn)行演示，其效果圖如圖22所示。圖23系統(tǒng)澆水狀態(tài)由圖可以看出，負(fù)責(zé)澆水的黃色LED燈亮，表示濕度過低，此時(shí)啟動(dòng)水泵進(jìn)行抽水澆花。下面開始對(duì)加溫模塊進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖24所示。圖24系統(tǒng)加溫測(cè)試24LED25所示。25系統(tǒng)降溫測(cè)試25LED應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行降溫。此時(shí)降溫風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)?？?結(jié)家中種植盆栽已經(jīng)成為現(xiàn)代人生活的一部分，在當(dāng)今社會(huì)人們?cè)絹碓矫Φ南陆担绾瓮ㄟ^單片機(jī)來設(shè)計(jì)一款可以自動(dòng)檢測(cè)植物是否缺水的設(shè)備成為了本課題思考的重心，本文從發(fā)展背景以及制作意義和仿真多個(gè)方面進(jìn)行了思考。設(shè)定和濕度傳感器的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理成為了本設(shè)計(jì)的重中之重，在本文第四章也對(duì)系統(tǒng)主體流程圖和電路設(shè)計(jì)以及編程軟件做了介紹，在仿真設(shè)計(jì)和論文寫作上仍會(huì)存在一些不足之處，有待進(jìn)一步改進(jìn)。同時(shí)還彌補(bǔ)了平時(shí)課堂知識(shí)和課設(shè)的不足。通過對(duì)資料的查找也提升了我篩選和提取信息的能力，通過對(duì)電路以及代碼的編寫提升了對(duì)對(duì)應(yīng)軟件的操作能力和自身的編程能力。致 謝和幫助，辛苦培育，為我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在此之際表示感謝！**最后特別感謝我的家人感謝父母撫育我成長給了我一切，沒有他們就沒有的一切。在此論文結(jié)束之際，我要向指導(dǎo)本人答辯和對(duì)本人進(jìn)行審閱的所有老師加努力奮進(jìn)。衷心感謝所有關(guān)心和幫助我的人！參考文獻(xiàn)XiangLi.ResearchonRemoteInteractiveSelf-seekingIntelligentFlowerpotBasedonAndroidClient[C].WuhanZhichengTimesCulturalDevelopmentCo.,Ltd.Proceedingsof2018InternationalConferenceonNetwork,Communication,Computer Engineering (NCCE 2018).Wuhan Zhicheng Times CulturalDevelopmentCo.,Ltd:武漢志誠時(shí)代文化發(fā)展有限公司,2018:1120-1124.朱鑫樂,侯文靜,惠金娣.基于單片機(jī)的智能花盆設(shè)計(jì) [J].信息技術(shù)與信化,2020(02):172-173.楊吉云,,沈蓮章曉敏.PythonArduino[J].價(jià)值工程,2019,38(35):180-181.張?zhí)餄?郝文豪,梁振,張名揚(yáng),胡浩宇.統(tǒng)[J].,2019,36(11):43-46.江連海,秦元慶,王磊.基于微信平臺(tái)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].學(xué)報(bào)(),2019,47(05):424-429.趙立軍,顏珊珊,王宇杰,張玉鑫,徐鵬,楊帆,楊清宇,胡旭.太陽能智能無土栽培[J].農(nóng)機(jī)化研究,2019,41(12):168-173.楊宏斌,,王遠(yuǎn)宏,衛(wèi)勇,王磊,.STM32Arduino的智能花[J].,2018(10):170-171+192.逯文杰,黎雪芬,李曉會(huì).一種基于STM32的智能花盆機(jī)器人[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2019(25):66-67.JohnSemmlow,Chapter15-BasicAnalogElectronics:OperationalAmplifiers,Editor(s):JohnSemmlow,InBiomedicalEngineering,Circuits,SignalsandSystemsforBioengineers(ThirdEdition)[J],AcademicPress,2018,Pages681-723,RicardoP.Aguilera,PabloAcuna,GeorgiosKonstantinou,SergioVazquez,JoseLeon,Chapter2-BasicControlPrinciplesinPowerElectronics:AnalogandDigitalControlDesign,Editor(s):FredeBlaabjerg,ControlofPowerElectronicConvertersandSystems[M],AcademicPress,2018,Pages31-68,[J].信息與電腦(),2018(11):77-79.[12]徐銘孫景鵬王洋王博涵智能澆花機(jī)器設(shè)計(jì)[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2018(04):66-68.[13]E.Mackensen,J.Klose,A.RombachandA.Spitznagel,"EnergyautonomousautomationofSmartH