基于STM32的嵌入式技術在生活中的實際應用與發展

孫宏凱 楊 旭 劉 銳

(河北農業大學，河北 保定 071000)

一個普通的花盆作用就是給植物提供棲息的場所，但是卻不能起到時刻檢測土壤中水分含量的作用。如果在花盆中加上一個芯片，寫入一段代碼來達到軟硬結合的目的，是不是能夠解決這個問題呢？這就是最簡易的有關嵌入式的一個模型，軟件硬件相結合的嵌入式系統。軟件是指一種計算機操作系統，硬件則是執行裝置。

1 系統結構及設計理念

整個系統核心部分是單片機，還包括土壤濕度傳感器模塊、微型水泵模塊、超聲波測距模塊。整個系統的工作過程簡述就是：當土壤濕度傳感器檢測到土壤濕度數據后傳入到單片機，如果單片機判斷土壤濕度過低會啟動一段時間的微型水泵向花盆澆水，還有一個儲水箱用來存放水，微型水泵會把儲水箱的水吸到花盆中，超聲波測距模塊會把液面數據傳入單片機，如果儲水箱的液面過低則單片機連接的蜂鳴器會發出聲響，提醒人們往儲水箱中加水。

2 硬件及其功能實現

這里我們使用的是STM32F103RCT6型號的單片機。STM32F103RCT6是一種嵌入式-微控制器的集成電路(IC)，芯體尺寸是32位，速度是72MHz，程序存儲器容量是256KB，程序存儲器類型是FLASH，RAM容量是48K。

YL69傳感器主要實現的功能是土壤水分的測量，把數據經過AD轉換傳入到單片機。土壤水分傳感器由不銹鋼探頭和防水探頭構成，該傳感器表面采用鍍鎳處理，避免了接觸土壤生銹的問題，延長使用壽命，可以長時間埋在土壤內對表層和深層土壤水分監測。工作電壓為3.3～5V這個傳感器的采集數據作為土壤濕度的依據。獲得濕度信息的方式有2種：(1)從傳感器的D0引腳：土壤濕度大于某個閾值，則D0輸出0，否則輸出1；(2)從傳感器的A0引腳：獲取到模擬量，土壤濕度越大，獲取的模擬量越大，這種更加精確。我們這里用到的是第2種方式獲得較精確的濕度。連接方式是VCC接電源正極(3.3～5V)，GND接電源負極，A0與單片機上的AD模塊相連。

考慮到成本問題，需要使用的儲水箱可以用家中的規則容器。順利實現澆花功能要保持儲水箱處于有水的狀態，所以超聲波測距模塊實現的功能是監測液面，判斷是否應該向儲水箱內加水。工作原理是傳感器的一個控制口發出方波，同時打開定時器，在接受口等待方波信號的返回，當有信號返回時會通過IO口連接的ECHO輸出一個高電平，高電平持續的時間就是信號往返時間，記錄下此時定時器的數值，則測試距離=聲速*定時器時間/2。計算出測試距離會判斷液面是否過低，如果液面過低可以再連接一個蜂鳴器，此時會觸發蜂鳴器發聲來達到提醒人們在儲水箱注水的目的。連接方式是VCC接5V電源，GND接地，TRIG(高電平觸發測距)和ECHO(捕獲輸出高電平時間)各接一個IO口。

這里所使用微型水泵用來實現的功能是把儲水箱中的水抽到花盆中。使用到的是18650移動版微型水泵。如果土壤濕度過低說明該澆水了，那么就啟動水泵給花澆一定量的水。水量可以通過幾次實驗來確定時間，然后通過單片機來定時，確定開啟水泵幾秒鐘。這里用5V繼電器來控制水泵的開關。單片機輸出電流較小，所以需要連接NPN功率三極管放大輸出電流，來控制繼電器的通斷，繼電器的開關端來控制水泵的工作與停止。設計一個共射極電路讓它處于放大狀態起到放大基極電流的作用，繼電器的一端連接三極管的發射極，一端連接18650電池盒的正極，一端接地，另一端連接微型水泵，達到單片機輸出一個信號經三極管放大來導通繼電器啟動微型水泵的目的。

至此就可以實現自動澆花的功能，這就是生活中一個應用到嵌入式的小案例，通過這個例子，我們更加深刻地體會到科技帶給我們生活的快捷和便利?；仡櫩萍嫉陌l展，由于移動互聯網的極大普及催生了物聯網，而物聯網又與嵌入式密不可分。這幾年，嵌入式的實際應用也走入了尋常百姓家，從智能家居、智能音箱到無人汽車、掃地機器人甚至再到智慧城市、智慧交通，這些無不體現嵌入式帶給我們的方便。所以隨著發展，嵌入式必定又是一次科技浪潮。