智能澆灌系統的設計

廖希杰 宋晨 王會虎 喬大壯 徐現樂 趙志桓

摘要：我國長期以來注重發展農業，然而農業的發展與水資源是密切相關的，而我國又是水資源極度匱乏的一個國家，這就要求我們大力發展節水澆灌農業，智能澆灌系統正是這樣一個節約水資源提高澆灌效率的系統，本課題主要設計一個自動澆灌系統，該系統采用STM32F103單片機作為整個系統的控制核心，由DHT11溫濕度傳感器采集系統所需要的數據，抽水電機控制模塊實現作物的澆灌.LCD顯示屏顯示模塊顯示采集到的信息，蜂鳴器報警模塊對系統異常做出警報。

關鍵詞：自動澆灌;STM32;DHTII;顯示屏;閉環電路

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）08-0051-02

目前來看地球上的淡水儲備量較少，再加上農業、工業等一系列都在不斷地消耗著我們地球上的水資源儲備量，所以說提高工業和農業水資源的利用率是我們當下必須要解決的主要問題，想要提高農業用水的利用率僅靠以前的澆灌方式是完全不可能的，這就需要我們發展高科技的智能澆灌系統，智能澆灌系統便是通過采用精度較高的土壤溫濕度傳感器，按照土壤實際情況和作物用水情況進行智能澆灌，不但可以有效地處理我們澆灌浪費水的問題，而且還可以為作物提供更好的用水環境，提高作物的生產效益。

1 硬件選取和分析

1.1 STM32單片機的模塊選取

在本設計開始之前我們考慮了兩種單片機備選型號，一種為STM32F103型號另一種為STC89C51型號，通過對比了兩種單片機的優缺點以及可以實現的各種功能，發現STM32單片機以低廉的價格、強大的功能、不需復雜的電路設計，完全符合節約成本的原則，并且滿足本系統的設計要求。所以，本設計用STM32單片機為中心控制器。

1.2系統硬件電路設計

1）濕度傳感器模塊：YL69土壤濕度傳感器和DHT11溫濕度傳感器配合，可以有效地檢測土壤的濕度和空氣溫度的情況。

2）液晶屏顯示模塊：LCD1602顯示屏可以專門用來顯示字母、數字、符號等，所以可以很好地顯示我們所需要顯示的溫濕度值數字。

3）報警模塊：當系統出現故障的時候蜂鳴器會自動報警。

4）電機模塊：實現對智能灌溉系統的水量控制。

2 設計思路

圖1為系統基本框架。

整個系統的工作原理為：首先接通電源給本系統供電，然后系統的各部分開始穩定工作，開始對單片機和顯示屏進行初始化，隨后DHT11溫濕度傳感器開始工作，溫濕度數據信息被采集并傳輸給單片機，單片機將接收到的溫濕度信息進行分析和處理并在顯示屏上顯示傳感器采集到的數據，隨后將處理的結果輸出給控制電路帶動抽水電機的轉動實現智能控制下的自動澆灌。

3 各類模塊引腳說明

3.1DHT11溫濕度傳感器模塊引腳說明

由圖可知，l號引腳的引腳名稱為vcc，作用是正電源輸入，一般輸入電壓為3-5.5V，2號引腳的引腳名稱為DOUT，是單總線一般作為數據的輸入輸出，3號引腳的引腳名稱為NC，是一個空腳一般做拓展用，4號引腳的引腳名稱為GND，做接地處理。DHTll的外部接線有三個引腳，分別為VCC、DATA、GND，其中vcc接電源正極，GND連接到電源負極，DATA連接單片機的PB6引腳作用為通用開漏輸出。

4 程序設計

4.1濕度傳感器程序設計

YL69土壤濕度傳感器和DHT11溫濕度傳感器兩個傳感器配合可以有效地檢測土壤的濕度和空氣溫度的情況，讓我們可以在適合的溫度情況下采用最優的澆水方式。

4.2 液晶屏顯示模塊程序設計

TFT液晶顯示屏是一種彩色顯示屏，他不單單可以顯示字母、數字、符號還可以更好的顯示彩色圖片，符合我們現在日常看東西的習慣，在它的每一個像素點都會有一個半導體開關，這樣可以更加精準的控制色彩顯示的色階，可以讓顯示屏顯示的字體和圖片更加的逼真，可以專門用來顯示字母、數字、符號等。而且LCD顯示屏還可以進行觸摸控制，可以采用LCD屏觸摸控制。

4.3 報警模塊開啟設置

系統主要實現檢測土壤濕度低于設定值時自動澆水的功能，當系統出現一些小故障的時候可能系統就會中斷，這是就需要我們進行干預，但我們并不是一直在盯著系統運轉，所以我們會遇到系統停止運轉的時候我們并不知道，所以就需要在設計中加入一個蜂鳴器模塊，當系統出現故障的時候蜂鳴器會自動報警，這樣我們聽到蜂鳴器的警報聲我們就會過來查看，這樣就會最大限度地減小系統損壞時所造成的損失，同時當電機運轉的時候也就是濕度過低的時候蜂鳴器也會發出警報，這樣可以最大限度地保證系統的正常運行。

5 程序文件的編譯、連接、調試及其結果

本設計首先將各功能模塊程序進行編寫整合，并輸入KEIL5中，通過在KEIL5對每個模塊的程序的運行和調試，以及各模塊的調試實驗，反復確認并修改程序，最終確認程序沒有錯誤后，將各功能模塊連接開發板通過軟硬件在線聯調，通過調試和改正每個單獨模塊的功能，最后實現了系統的總功能。

6 總結與展望

本設計主要是使用STM32單片機為整個系統的控制核心，通過連接電源和ST-LINK線將程序燒入主控板，由DHT11溫濕度傳感器采集系統所需要的數據，由單片機將采集到的數據進行分析處理，抽水電機控制模塊實現作物的澆灌，LCD顯示屏顯示模塊顯示采集到的信息，并當系統發生故障時蜂鳴器的報警與停止時，抽水電機的轉動與停止，顯示屏的觸摸測試等。該系統的主要功能就是在閉環電路中實現農作物土壤水分的檢測和自動澆灌。

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【通聯編輯：聞翔軍】

作者簡介：廖希杰（1996-），男，山東莒縣人，本科，研究方向為電力電子。