電子信息工程自動化 基于單片機的多功能盆栽養(yǎng)殖裝置設計

基于單片機的多功能盆栽養(yǎng)殖裝置設計1.總體方案設計1.1設計需求分析社會在不斷進步，互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展，智能化更接近普通居民的生活，生活水平提高后，物質(zhì)需求市場趨于飽和，對精神需求市場的需求量逐步增大，在高樓林立的大城市里，綠色的覆蓋度并不能讓人們滿足精神需求，并且長時間面對灰色的混凝土建筑，使人焦躁，壓力增大，在家中陽臺等地種植觀賞性植物可以滿足人們一定的精神需求，家中有一抹綠色也使居家時更加舒適。本次設計為基于單片機的家居型智能盆栽系統(tǒng)設計，主要針對人群為盆栽種植愛好者。本系統(tǒng)可以做到對盆栽溫濕度進行檢測，并且在濕度低于設定的閾值下限的時候，蜂鳴器會發(fā)出報警，GSM通信模塊給用戶手機發(fā)出短信報警，同時水泵展開澆水作業(yè)，當濕度值高于閾值設定上限時，達到盆栽的需澆水量后，水泵關閉，蜂鳴器停止報警?？梢杂行У慕鉀Q當用戶因為特殊情況，導致無法給盆栽澆水的問題。并且該系統(tǒng)所選用的器件都具備小型化、便捷化、廉價等特點，對于軟件設計方面采用了模塊化的設計方法，可以針對不同的客戶需求，針對客戶的預算情況，有選擇性的給系統(tǒng)增加或減少功能模塊，從而滿足顧客對系統(tǒng)功能的要求或是解決客戶預算不足的問題。1.2方案設計要設計的是一個基于單片機的家居型智能盆栽系統(tǒng)，該系統(tǒng)應具備測量精準、操作簡單、維護方便、成本低、性能高等特性。想要達到這些要求，就必須在每個步驟都盡量做到比較好的水準，遵循做設計的準則，將可靠性作為第一要求，想要提升可靠性，可以從以下幾點入手，例如：提高硬件水準；設計電路合理；采用抗干擾電源等抗干擾設備；進行軟硬件的濾波；實現(xiàn)系統(tǒng)的自診斷功能等。在設計這些硬件喝軟件的同時，還需要考慮操作是否方便，維修是否容易，盡可能地減少不必要的接口，多采用簡潔的方法。選用單片機，不僅是因為單片機體積小，還因為使用單片機成本比較低，性能還很不錯。作為一個基于單片機設計的系統(tǒng)，如果想要擁有市場，就必須價格低廉，并且性能優(yōu)異。因此，在設計該澆花系統(tǒng)時，在保持性能的同時，要盡可能降低成本開銷，盡量簡化外圍的電路，因為硬件開銷比軟件要大，所以在能用軟件功能解決的問題上，盡量不要使用硬件功能去解決。在對使用51系列單片機構建的澆花系統(tǒng)進行了解后，選用了STM32系列的單片機作為主控芯片，STM32系列的單片機與51系列的單片機作對比，它比51系列的功能更多，并且具有更高的運行速度，與此同時，它自身還帶有兩個AD轉(zhuǎn)換，可以在設計電路時減少2次轉(zhuǎn)換電路，讓電路的設計更加簡單。并且，51系列的單片機在通信方面、控制功能上，與STM32有著巨大的差距。使用STM32單片機，它擁有5個串口可進行通信，比51系列的單片機多了4個串口，5個串口比1串口使用更方便，在存在多個需要與單片機用串口進行通信的模塊時，1串口的51系列的單片機還需要使用雙串口模塊進行轉(zhuǎn)換，電路復雜，而STM32就可以用多串口的優(yōu)勢，無需使用雙串口模塊。在STM32系列中，主控芯片最終采用了STM32F103C8T6單片機，并用外部電路達成各部分的功能。其中，主要包括時鐘晶振電路、濕度測量電路、溫度采集、光照采集、遠程數(shù)據(jù)傳輸、液晶顯示模塊、報警模塊、按鍵模塊、水泵灌溉。用這個方法得出的智能盆栽系統(tǒng)，單片機體積小，功耗低，成本低的同時，還能有較高的性能。本次家居型智能盆栽系統(tǒng)的結(jié)構框圖如圖1.1所示。圖1.1家居型智能盆栽系統(tǒng)結(jié)構框圖1.3花架設計本次設計的是一個家居型智能盆栽系統(tǒng)，花架作為擺放花盆的空間，對其的設計也需要考慮。為此，設計了一個簡易的花架。該花架結(jié)構分為三部分，分別為：上層，套管，底部。在整體上，花架是一個高50cm，長寬各30cm的長方體。按設計分為兩層結(jié)構，第一層距離地面10cm，第二層底部距離第一層30cm，每層的正方形平面一邊上，有兩根長方體空心鋁管與對邊相連接，將該正方形分為三等分的矩形，以達到放置花盆的目的。上層與底部的構筑方式相同，在正方形的平面上向外延申出長方體一段為外部的腳，向內(nèi)則位內(nèi)切套管內(nèi)部的圓柱形空心鋁管。中間部分的套管是空心長方體，兩頭貫通，與套管相連后，將上層與底部連接位一個整體，從而構筑出這個簡易花架。花架結(jié)構圖如圖1.3所示。圖1.2花架結(jié)構圖2.系統(tǒng)硬件設計本次設計采用STM32單片機構成一個簡易系統(tǒng)來完成家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計。在考慮所使用的元器件時，優(yōu)先對價性能、體積、價格、適用性、與其它元器件是否契合等方面進行考慮，所使用的元器件都可用5V電壓電源進行供電，供電電流為2A，避免因元器件需求供電電壓不同需要加設轉(zhuǎn)換電路。在該單片機澆花系統(tǒng)中，由土壤濕度傳感器YL-69先采集濕度信號，并將它轉(zhuǎn)換成為高低數(shù)字電平信號，輸送至單片機，然后單片機對該數(shù)字信號進行處理，用LCD1602顯示實時的溫濕度值。2.1STM32單片機選型在本次家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計中，選用的單片機是STM32F103C8T6單片機。STM32F103C8T6作為一款32位的微控制器，它具有功耗低，性能高的優(yōu)秀特性，并且作為STM系列的單片機之一，它同時有著十分強大的遠程通信功能和控制功能。將它用在本次的智能盆栽系統(tǒng)中，可以提升系統(tǒng)的運行速度，并且，它還擁有自身帶有兩個AD轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢，在設計相關電路的時候，可以用這兩個AD轉(zhuǎn)換少設計兩次轉(zhuǎn)換電路，讓整個系統(tǒng)的電路設計更簡易化，且STM32F103C8T6擁有5個串口可進行通信，當處于存在多個需要與單片機用串口進行通信的模塊時，擁有5個串口的優(yōu)勢的STM32F103C8T6在串口全被使用前，無需設計雙串口模塊進行轉(zhuǎn)換。在STM32系列中，STM32F103C8T6它在價格上是比較便宜的，且具備完成本次家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計所需要的功能，所以本次設計單片機的選型選中了它。STM32特點：（1）STM32C8T6系列的起振晶部分采用了RTC，低負載的方式，而沒有像傳統(tǒng)的比較廉價的圓柱晶振；（2）引腳個數(shù)為48個；（3）工作頻率為72MHZ；（4）具有3個普通定時器和1個高級定時器；（5）具有2個2位/16通道的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換；（6）使用了3.3V穩(wěn)壓芯片，可以保證最大輸出300MA電流；（7）支持ST-LINK和JTAG調(diào)試下載；存儲資源為64kbbyteFLASH和20byteSram。STM32F103C8T6單片機實物圖如圖2.1所示：圖2.1STM32F103C8T6實物圖2.2GSM通信模塊選型本次家居型智能盆栽系統(tǒng)設計采用的通信模塊為SIM800A，此模塊具有體積小，價格低廉，發(fā)送短信時間快等特點，被廣泛的運用在通信設置中。當檢測到的溫濕度值超過設定值時，STM32單片機就會通過SIM800短信模塊發(fā)送到設定的手機號上，但在發(fā)送短信后，會產(chǎn)生一個較大的反向電流，可能會對芯片造成損壞，故，于電路中接了一個二極管防止發(fā)生這種情況。電解電容為850UF，為發(fā)送短信提供了足夠的條件，通信方式采用的是串口通信。GSM通信模塊電路原理圖如圖2.2所示。圖2.2GSM通信模塊電路原理圖2.3土壤濕度傳感器選型土壤濕度傳感器，即測定土壤的濕度后，能將它按轉(zhuǎn)換為可用信號的器件。本次家居型智能盆栽系統(tǒng)設計中采用的濕度傳感器是土壤濕度傳感器YL-69，它適用于檢測土壤濕度，能與單片機直連，由單片機檢測高低電平測量土壤濕度。土壤濕度傳感器YL-69的特性：（1）表面鍍鎳，感應面積加寬，導電性能高，不易生銹，壽命長；（2）可以寬范圍控制土壤的濕度，通過AD進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；（2）接線簡單；（4）設有固定螺栓孔，方便安裝。土壤濕度傳感器電路原理圖如圖2.3所示。圖2.3土壤濕度傳感器電路原理圖2.4溫度傳感器選型本次家居型智能盆栽系統(tǒng)設計選用的溫度傳感器為溫度傳感器DS18B20，它作為一款由美國DALLAS半導體公司推出的數(shù)字溫度傳感器，它采用了單總線技術。它的主要技術特性如下：（1）具有獨特的單線接口方式，即微處理器與其接口時僅需占用1位I/O端口；（2）支持多節(jié)點，使分布式多點測溫系統(tǒng)的線路結(jié)構設計和硬件開銷大為簡化；（3）測溫時無需任何外部元件；（4）除了外部供電方式外，還可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式；（5）測溫范圍為-55~+125℃，測溫精度為±0.5℃；（6）溫度轉(zhuǎn)換精度9-12位可編程，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進制數(shù)碼的方式串行輸出。12位精度轉(zhuǎn)換的最大時間為750ms。DS18B20溫度傳感器的輸出方式為數(shù)字輸出，并且它有占用I/O端口少的特性，使用DS18B20溫度傳感器可以有效地縮減系統(tǒng)占用空間，也使可靠性得到了一定程度的提高。DS18B20的電路原理如圖2.4所示。圖2.4DS18B20的電路原理DS18B20溫度傳感器它的結(jié)構分成四個部分：64位光刻ROM數(shù)據(jù)存儲器；溫度傳感器；非易失性電可擦寫溫度報警觸發(fā)器TH和TL；非易失性電可擦寫設置寄存器。DS18B20溫度傳感器采用了單總線技術，對外只有一根可作為I/O總線的DQ線，所以它加上VDD和GND兩個電源引腳，總共只有3個電源引腳。在DS18B20溫度傳感器中，含有兩個溫度系數(shù)不相同的振蕩器，分別為低溫系數(shù)振蕩器和高溫系數(shù)振蕩器。溫度的高低會影響DS18B20溫度傳感器里的振蕩器的頻率，反之，通過振蕩器的頻率，DS18B20溫度傳感器就可以得出此時的溫度。2.5光照強度傳感器選型本次家居型智能盆栽系統(tǒng)設計中使用的光照傳感器是BH1750FVI，它其中含有的光敏元件是光敏二極管PD，光敏二極管PD在不同的光照強度下，會產(chǎn)生出不同大小的電流，對這個電流大小的變化，使用運算放大器AMP，可以將電流大小的變化轉(zhuǎn)化成為電壓波動的變化，從而更容易對其進行測量。BH1750FVI中有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可以將電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，再通過總線傳輸給單片機處理?？偩€由PHILIPS公司設計，多用于主控制器和從器件間的主從通信，適合在小數(shù)據(jù)量場合使用，傳輸距離比較短，并且在任意時刻可以有多個從機，卻只能有一個主機。光照強度傳感器的電路原理圖如圖3.5所示。圖2.5光照強度傳感器電路原理圖2.6顯示模塊電路設計在本次的設計中，選用了LCD1602液晶顯示屏所謂顯示模塊的顯示器，它作為一款常用的點陣型液晶顯示模塊，可以在屏幕上顯示出兩行字符，且只要花費10幾元左右就能買到，它的主要功能為:顯示數(shù)字、專用符號和圖形。顯示模塊這個部分只要將經(jīng)過單片機處理過后的數(shù)據(jù)顯示出來就能完成工作，且，它的電路設計簡單，將單片機一個8位I/O接口與它的8位數(shù)據(jù)段連接，再用三位控制口分別與液晶模塊的RS、R/W、E相連接，就完成了這個模塊的連接。LCD1602電路原理圖如圖2.6所示。圖2.6LCD1602電路原理圖LCD1602的引腳功能如表1.1所示：表1.1液晶顯示模塊的部分引腳接口說明如下：（1）液晶1,2端為電源；15,16為背光電源；為防止直接加5V電壓燒壞背光燈，在15腳串接一個10歐姆電阻用于限流。（2）液晶3端為液晶對比度調(diào)節(jié)端，通過一個10k歐姆電位器接地來調(diào)節(jié)液晶顯示對比度。首次使用時，在液晶上電狀態(tài)下，調(diào)節(jié)至液晶上面一行顯示出黑色小格為止。（3）液晶4端為向液晶控制器寫數(shù)據(jù)/寫命令選擇端，接單片機P2.0口。（4）液晶5端為讀/寫選擇端，接單片機P2.1口。（5）液晶6端為使能信號，是操作時必須的信號，接單片機的P2.2口。LCD1602基本操作時序:（1）讀狀態(tài)輸入：RS=L,R/W=H,E=H輸出：D0~D7=狀態(tài)字（2）讀數(shù)據(jù)輸入：RS=H,R/W=H,E=H輸出：無（3）寫指令輸入：RS=L,R/W=L,D0~D7=指令碼,E=高脈沖輸出：D0~D7=數(shù)據(jù)（4）寫數(shù)據(jù)輸入：RS=H,R/W=L,D0~D7=數(shù)據(jù),E=高脈沖輸出：無2.7水泵驅(qū)動電路設計繼電器是水泵的一個重要的組成部分。繼電器器件是一種用于電子過程控制的元器件，它主要具有自動控制整流系統(tǒng)(有時又稱較小輸入電流回路)和被自動控制整流系統(tǒng)(有時又稱較大輸出電流回路),通常廣泛應用于自動控制整流電路中，它實際上也就是用較小的輸入電流信號去自動控制較大輸出電流的一種“自動開關”。故在控制電路中主要起著自動電壓調(diào)節(jié)、安全自動保護、轉(zhuǎn)換控制電路等重要作用。在水泵的電路系統(tǒng)中，繼電器由8050型號的三極管進行驅(qū)動，在閾值超過了設定的值的時候，單片機會將低電平跳變成高電平，使三極管導通，繼而電路斷開使電氣室被電源吸合，繼電器在這是起到一個開關的作用，可以驅(qū)動負載。水泵驅(qū)動電路原理圖如圖2.7所示。圖2.7水泵驅(qū)動電路原理圖2.8報警模塊電路設計蜂鳴器是用直流電壓供電的一體化結(jié)構的電子訊響器，主要分為壓電式和電磁式兩種。壓電式蜂鳴器的主要構成部件有：諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器、共鳴箱、外殼等。上電后，多諧振蕩器起振，輸出音頻信號，阻抗匹配器就會推動壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。電磁式蜂鳴器的主要構成部件有：振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片、外殼等。上電后，振蕩器會產(chǎn)生音頻信號，然后音頻信號會通過電磁線圈，讓其產(chǎn)生磁場，并與磁鐵產(chǎn)生相互作用，在它們之間的振動膜片會在這股作用力下，發(fā)出周期性的聲音。蜂鳴器報警電路是此次采用的報警電路，它通常的工作電流比較大，在本次家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計中，得外加一個電流放大電路，才能達到蜂鳴器的工作電流，即加一個三極管，放大通過蜂鳴器的電流，使蜂鳴器能起到報警作用。設計蜂鳴器的電路時，5V電源接蜂鳴器正極，蜂鳴器的另一端接到三極管的集電極，單片機的一個管腳通過與門控制三極管基極。管腳的高低決定了三極管是否導通，管腳低，三極管導通，蜂鳴器報警；管腳高，三極管截至，蜂鳴器不報警。蜂鳴器報警電路電路原理圖如圖2.8所示。圖2.8蜂鳴器報警電路電路原理圖3.系統(tǒng)軟件設計本次系統(tǒng)的軟件設計，使用的編程語言是C語言，主要使用編程軟件為Keil，在設計本系統(tǒng)的軟件時，將按各功能模塊分類，一一進行源程序的編寫。3.1軟件設計所用工具要完成本次的家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計，程序的編寫是必不可少的。在本次的澆花系統(tǒng)設計中，主要使用的單片機編程軟件為Keil。KeilC32它是由美國的KeilSoftware公司出品的32系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，將C語言和其它的匯編語言互相比較，C語言在各種軟件開發(fā)功能上、結(jié)構性、可讀性、可維護性上，都有特別大的優(yōu)勢，并且，C語言要比其它的匯編語言更加簡單，更容易學。Keil則為C語言提供了一套里面含有c語言腳本編譯器、宏匯編、連接器、庫數(shù)據(jù)資源管理和一個功能強大的整合軟件開發(fā)仿真器和軟件調(diào)試器等在內(nèi)的完整整合軟件開發(fā)應用解決方案,通過一個完全面向集成式的軟件開發(fā)應用環(huán)境將這些組成部分完美地組合在一起。3.2軟件設計思路在本次家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計中，采用了結(jié)構化和模塊化的設計方法。考慮到該系統(tǒng)面對的客戶群體，可能會有覺得系統(tǒng)功能含有不必要功能，也可能對系統(tǒng)功能不夠完善感到不滿，采用結(jié)構化和模塊化的設計方法，可以方便的對功能進行縮減，也可以方便的對功能進行擴展，針對不同的客戶，可以給出多種不同的選擇。本次設計主要使用的編程語言為C語言，它是最為基礎的一門編程語言，十分簡單、易懂。在該家居型智能盆栽系統(tǒng)中，濕度傳感器會對被測的盆栽里的土壤進行數(shù)據(jù)采集，并將其轉(zhuǎn)換成二進制值后，傳輸給單片機，單片機收到數(shù)據(jù)后對其進行處理，從而獲得精確的實際采樣數(shù)據(jù)，再將其傳輸給液晶顯示器，由液晶顯示器顯示出來。同時，我們也對濕度值設定了閾值，當它低于設定的最小值，或是高于設定的最大值時，會由蜂鳴器發(fā)出報警。軟件設計流程圖如圖3.1所示.圖3.1軟件設計流程圖3.3DS18B20溫度檢測模塊設計上電后，溫度傳感器DS18B20進行工作作業(yè)，對被測盆栽的溫度進行檢測，檢測到實時的溫度的時候，將其按照一定的規(guī)律進行變換后，轉(zhuǎn)變成為溫度電信號或者按需求轉(zhuǎn)變成為其他形式所需要的信息進行輸出，從而可以更好地達到設計所需要的要求。DS18B20溫度傳感器可以將檢測到的溫度值以數(shù)字信號的形式輸出給單片機，單片機內(nèi)部計算后得出此時的溫度，之后顯示在LCD1602液晶顯示器上。溫度檢測流程圖如圖3.3所示：圖3.2溫度檢測流程圖3.4GSM通信子程序設計AT指令集是從TEC(TerminalEquipment)或DTE(DataTerminalEquipment)向TA(TerminalAdapter)或DCE(DataCircuitTerminatingEquipment發(fā)送的通過TATE發(fā)送AT命令來控制MS(MobileStation)的功能與GSM網(wǎng)絡業(yè)務進行交互，用戶可以通過AT命令進行呼叫短信電話本數(shù)據(jù)業(yè)務補充業(yè)務傳真等方面的控制。下面是一些短消息相關的常用AT指令：目前，發(fā)送短消息常用Text和PDU(ProtocolDataUnit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)模式。使用Text模式收發(fā)短信代碼簡單，實現(xiàn)起來十分容易，但最大的缺點是不能收發(fā)中文短信；而PDU模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。所以此處使用PDU模式來收發(fā)短信。PDU模式收發(fā)短信可以使用3種編碼：7-bit、8-bit和UCS2編碼。7-bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，8-bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。該模塊集射頻電路和基帶于一體，提供標準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸。首先使用命令“AT+CMGF=0<CR><LF>”來選擇PDU模式，比如SMSC(短信中心)號碼是+8613800471500，對方號碼消息內(nèi)容是：“你好”。則手機發(fā)送的PDU串是0891683149178790F6000800064F60597D0021。STM32單片機利用AT指令控制GSM模塊，將傳感器檢測到的數(shù)據(jù)傳送出去。當系統(tǒng)進行初始化后，系統(tǒng)會檢測實時濕度是否超出設定的濕度閾值。如果檢測到的濕度超出所設定的閾值，STM32單片機會立即通過串口發(fā)送一個高電平信號到GSM模塊，使GSM模塊發(fā)送報警短信給預定要接受該短信的智能手機，同時蜂鳴器進行報警。關于短信的常用AT指令如表3.2所示。表3.2短信常用AT指令 3.5土壤濕度檢測模塊設計在本次的家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計中，所選用的濕度傳感器是土壤濕度傳感器YL-69。在上電后，濕度傳感器首先進行了初始化，之后，開始對被測盆栽的土壤進行濕度的檢測，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換對所檢測到的濕度信號進行處理，將其轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，最后，傳輸給單片機。土壤濕度檢測流程圖如圖4.5所示。圖3.3土壤濕度檢測流程圖3.6液晶顯示模塊設計在本次家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計中，液晶顯示模塊選用了LCD1602液晶顯示屏，。上電后，LCD1602開始進行系統(tǒng)的初始化操作，將屏幕清零，并且將內(nèi)部存儲全部清空。然后開始與單片機STM32進行雙向通信，屏幕開始顯示初始化內(nèi)容。STM32單片機可以控制顯示屏的亮度和顯示屏所顯示的內(nèi)容，在延時了一定的時間以后，會將由其它傳感器檢測到的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上。在系統(tǒng)設置溫度的報警值上下限的時候，可以使用按鍵對設定值進行加或減，根據(jù)需求，按實際情況設定報警值。單片機操控寫入引腳寫入要顯示內(nèi)容的命令。之后顯示屏執(zhí)行指令，將內(nèi)容顯示出來。LCD1602顯示流程圖如圖3.4所示：圖3.4LCD1602初始化流程圖3.7按鍵模塊設計按鍵的電路僅僅擁有四個引腳，并且，把這四個引腳分為兩對，每對引腳的功能相同，所以，在連接按鍵的電路的時候，只需要使用其中的兩個不同功能的引腳就可以了。按鍵的工作原理很簡單，就只是對一個信號是高電平或是低電平進行一個簡單的檢測。當按鍵處于被按下的狀態(tài)時，單片機引腳的IO口會檢測出低電平，通過對IO口的電平特性進行改變，就可以在一定程度上控制設置好的相應的功能。按鍵相對應的程序也特別簡單，只需要對按鍵是否按下進行一個判斷，然后再執(zhí)行對應的函數(shù)即可。本次設計中使用了三個按鍵，它們分別表示加、減和確定三個功能。按鍵程序流程圖如圖3.5所示：圖3.5按鍵設置子程序3.8蜂鳴器報警模塊設計對蜂鳴器報警模塊的設計，要時刻用設定好的濕度閾值與實測濕度值比較，在主程序執(zhí)行之后，報警子程序會一直對實際的濕度值進行檢測，與事先設定好的溫度閾值作對比，檢測實際溫度值是否超出設置的閾值，當判定實際濕度值超出閾值時，由蜂鳴器報警，同時，會發(fā)送報警短信到對應的智能手機上。蜂鳴器報警的報警流程圖如圖3.6所示：圖3.6報警流程圖4.系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)的調(diào)試主要分為硬件調(diào)試與軟件調(diào)試兩個部分。在硬件和軟件的調(diào)試過程中，我們可以找出本次設計時，沒有考慮到的問題，及時發(fā)現(xiàn)并趁早解決，避免完成設計后才發(fā)現(xiàn)中間的問題缺陷，需要推到再來的問題。4.1硬件調(diào)試購置完所需的所有元器件后，從快遞代領點將元器件領出后，拆包檢查各元器件是否是所訂購的元器件，并檢查外表是否損壞，其后再對元器件功能進行檢查，避免出現(xiàn)元器件損壞影響功能的情況發(fā)生。當檢查完畢，確定沒有問題后，就可以開始按照預先設計的原理圖開始進行組裝。組裝時，要求能做到元器件放置的位置合理，整潔，最好導線避免太亂，方便后期檢查，修改。同時，在安裝時要注重安裝的順序，一級一級地安裝，避免發(fā)生安裝了上一級后，無法方便地安裝下一級。并且，在整個電路板焊接時，要非常細心，仔細地考慮整體布局布線會不會對各模塊的功能造成干擾，還要避免因為焊接熟練度不高，造成虛焊現(xiàn)象，使模塊功能缺失。為了盡可能地降低成本，多使用一些常見且不是很貴的元器件，同時，盡可能地簡化電路，防止因電路復雜產(chǎn)生不必要的開銷。安裝的具體的步驟如下：（1）準備好安裝時所需的各元器件，按一定順序擺放好，方便取用。（2）按預先設定好的方案，將各元器件按位置安裝，并連接。（3）根據(jù)購置時商家給的說明書，或百度的器件說明，了解各組件工作原理，對各模塊進行相關功能的調(diào)試工作。（4）將每一個小模塊編寫成單獨的源文件調(diào)試，在確定各模塊正常運作后開始統(tǒng)合。（5）將各功能模塊進行統(tǒng)合后，進行綜合調(diào)試，此時需注重細節(jié)，盡可能降低出錯率。硬件安裝過程如圖4.1所示。（a）硬件位置布局（b）成品圖圖4.1硬件安裝過程圖片在花架的設計時，最初采用的花架設計得體積太大，并不適合小型化的觀念，然后對花架的設計進行了修改，考慮到便攜性和可拆卸的元素，構想了一個高50cm，長寬都為30cm的小型花架，它全部由可拆卸的長方體狀的空心鋁合金構成，其中有一些對穿的孔洞，便于拼接時采用螺絲與螺帽對整個花架進行固定。但在實際去鋁業(yè)定制店面與老板協(xié)商時，因為比較費工夫，鋁業(yè)的老板或是不接這一門生意，又或是價格太高。最終，在和一位鋁業(yè)老板磋商時，對花架的設計又進行了一次更改，將全可拆卸的長方體空心鋁管換掉，把整個花架分成了三個部分：上層、套管、底部。上層與底部，以在它們中間的套管的形式互相連接，從而構筑成一個整體?；芙M裝圖如圖4.2所示。(a)花架組裝過程圖（b）花架組裝完成圖圖4.2花架組裝圖在調(diào)試LCD顯示模塊的時候，因為LCD1602在直接加5V電壓的情況下，可能會對背光燈造成損壞，所以加了一個10歐姆的電阻限流。在第一次使用LCD1602時，還需要先讓其處于上電狀態(tài)，再將液晶顯示屏上面那一行調(diào)整到顯示出黑色的小格子。在調(diào)節(jié)蜂鳴器時，蜂鳴器的正極端需要連接在5V的電源上，另一端則與三極管的集電極相連接，由于它需要的電流比較大，所以需要給它加上一個電流放大電路，也就是給它外加上一個三極管，在選用三極管時需要注意，需選用PNP型號的三極管，不然會因為電流太小，蜂鳴器無法正常工作。并且，雖然設置了檢測光照的模塊，但在盆栽采光不足的情況下，并得不到有效地解決。雖然考慮過使用日光燈進行補光的解決辦法，但是考慮到實際情況，如果加上日光燈對整個系統(tǒng)的體積影響有一些大了，所以對這個方案予以放棄。4.2軟件調(diào)試該家居型智能盆栽系統(tǒng)設計了澆花功能，濕度檢測功能，溫度檢測功能，蜂鳴器報警功能，GSM通信功能等。其中，用STM32單片機作為該系統(tǒng)的工作處理器的中心，土壤濕度傳感器是這個系統(tǒng)的關鍵。土壤濕度傳感器，在系統(tǒng)中主要作用是檢測被測土壤的濕度，它可以檢測較寬的土壤濕度，并反饋給單片機，由單片機判定濕度是否低于閾值，是否需要報警，當濕度低于閾值時，可驅(qū)動水泵，進行澆水作業(yè)。該家居型智能盆栽系統(tǒng)軟件設計使用的主要編程語言是C語言，使用Keil軟件對設計程序完成編寫，先按功能模塊進行劃分，把每一個模塊當作一個子程序進行編程，分模塊開始進行程序調(diào)試工作，確定一個模塊編程無誤后，再在這個基礎上，添加一個模塊，進行兩個模塊一起的調(diào)試，依此類推，逐步給程序添加模塊，直到將預設的功能全部實現(xiàn)為止。（1）在設計這個家居型智能盆栽系統(tǒng)的時候，最開始時，對于遠程控制模塊，是想使用APP來進行遠程控制的，但是在找資料學習制作APP，以及將APP與單片機實現(xiàn)連接的過程中，發(fā)現(xiàn)雖然簡易APP的制作不是很難，但是對怎么進行APP與單片機連接的問題沒有辦法解決，然后經(jīng)過考慮，使用GSM通信作為遠程通信手段。在對GSM通信模塊進行調(diào)試的階段，由于需要給SIM800A插入一張移動電話卡作為發(fā)送端，由于卡槽屬于中卡卡槽，而現(xiàn)在電話卡幾乎都是小卡，面臨一個小卡插入位置的問題，在最初進行調(diào)試的時候，因插入小卡的位置不正確，導致該模塊無法正常運行，最終和購置配件的店家詢問后，得知插卡位置解決了這個問題。SIM800A模塊中，它自帶一個小的指示燈，指示燈閃爍的速率代表著模塊是否正常運作，當指示燈快速閃爍時，表示該模塊還處于初始化階段，或是非正常運作；當指示燈閃爍變慢，代表模塊正常運作。SIM800A調(diào)試圖如圖4.3所示。圖4.3SIM800A調(diào)試圖（2）在對濕度傳感器YL-69進行調(diào)試時，由于調(diào)試階段傳感器暴露在空氣中，檢測濕度會顯示為1%，低于設定的濕度閾值，觸發(fā)報警模塊，產(chǎn)生噪音，給用戶手機發(fā)送短信，干擾調(diào)試，對這個問題，使用濕紙巾包裹住YL-69后，得到了正常解決。濕度傳感器YL-69觸發(fā)報警圖如圖4.4所示。（a）濕度傳感器YL-69測試濕度圖（b）用戶手機接受報警短信圖圖4.4濕度傳感器YL-69觸發(fā)報警圖在調(diào)試水泵時最初使用筆記本作為供電電源，水泵只能在啟動后向低處進行澆水作業(yè)2）換使用5V1A的充電頭進行供電后，情況稍微好轉(zhuǎn)，但輸水效率不高，檢查后，發(fā)現(xiàn)使用水泵功率較高，需使用5V2A的充電頭進行供電。3）換用5V2A的充電頭后，水泵正常運轉(zhuǎn)，澆水速率大幅提升。在溫度模塊調(diào)試階段中，用溫度計與DS18B20溫度傳感器測試值進行多次對比，取平均差值，得出該器件的實際誤差值在±0.24℃。測試數(shù)據(jù)如表4.1所示。溫度對比測試圖如表4.5所示。表4.1溫度測試數(shù)據(jù)（a）DS18B20測試溫度（b）天氣溫度計測試溫度4.5溫度對比測試圖5.總結(jié)與展望5.1總結(jié)對于本次的澆花系統(tǒng)的設計，在此作一個總結(jié)。本次家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計主要是為了解決在特殊情況下，盆栽種植者無法給盆栽進行澆水的問題。主要以單片機作為核心處理器，用單片機加上其它功能模塊組成一個小型系統(tǒng)，該系統(tǒng)中最重要的部分是濕度傳感器，它能對盆栽的土壤濕度進行檢測，通過與設定好的濕度閾值進行比較，判定盆栽是否需要澆水，當判定為需要澆水時，配合水泵、蜂鳴器等模塊，在發(fā)出報警的同時，水泵開始澆水作業(yè)，解決澆水問題。完成本次家居型智能盆栽系統(tǒng)的設計，在過程中可以找到很多設計時的不成熟之處。最初，對本次設計提出的要求特別高，并沒有充分地考慮自己的個人能力問題，在設計預案中需要運用到部分沒有學習過的知識，設置了一個相對很高的目標，在設計的過程中，由于知識存儲量的不足，需查詢的資料很多，在查詢了相關的資料后，結(jié)合實際情況進行分析，放棄了在光照不足時，使用日光燈進行補光的構想，在對簡易app制作的視頻進行了學習后，沒有考慮到怎么將app與單片機連接，在對相關知識進行學習后，采用了學會的其它的替代方