智能浇灌系统的设计
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作者:廖希杰 宋晨 王会虎 乔大壮 徐现乐 赵志桓
摘要：我国长期以来注重发展农业，然而农业的发展与水资源是密切相关的，而我国又是水资源极度匮乏的一个国家，这就要求我们大力发展节水浇灌农业，智能浇灌系统正是这样一个节约水资源提高浇灌效率的系统，本课题主要设计一个自动浇灌系统，该系统采用STM32F103单片机作为整个系统的控制核心，由DHT11温湿度传感器采集系统所需要的数据，抽水电机控制模块实现作物的浇灌.LCD显示屏显示模块显示采集到的信息，蜂鸣器报警模块对系统异常做出警报。
关键词：自动浇灌;STM32;DHTII;显示屏;闭环电路
中图分类号：TP311文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）08-0051-02
目前来看地球上的淡水储备量较少，再加上农业、工业等一系列都在不断地消耗着我们地球上的水资源储备量，所以说提高工业和农业水资源的利用率是我们当下必须要解决的主要问题，想要提高农业用水的利用率仅靠以前的浇灌方式是完全不可能的，这就需要我们发展高科技的智能浇灌系统，智能浇灌系统便是通过采用精度较高的土壤温湿度传感器，按照土壤实际情况和作物用水情况进行智能浇灌，不但可以有效地处理我们浇灌浪费水的问题，而且还可以为作物提供更好的用水环境，提高作物的生产效益。
1 硬件选取和分析
1.1 STM32单片机的模块选取
在本设计开始之前我们考虑了两种单片机备选型号，一种为STM32F103型号另一种为STC89C51型号，通过对比了两种单片机的优缺点以及可以实现的各种功能，发现STM32单片机以低廉的价格、强大的功能、不需复杂的电路设计，完全符合节约成本的原则，并且满足本系统的设计要求。所以，本设计用STM32单片机为中心控制器。
1.2系统硬件电路设计
1）湿度传感器模块：YL69土壤湿度传感器和DHT11温湿度传感器配合，可以有效地检测土壤的湿度和空气温度的情况。
2）液晶屏显示模块：LCD1602显示屏可以专门用来显示字母、数字、符号等，所以可以很好地显示我们所需要显示的温湿度值数字。
3）报警模块：当系统出现故障的时候蜂鸣器会自动报警。
4）电机模块：实现对智能灌溉系统的水量控制。
2 设计思路
图1为系统基本框架。
整个系统的工作原理为：首先接通电源给本系统供电，然后系统的各部分开始稳定工作，开始對单片机和显示屏进行初始化，随后DHT11温湿度传感器开始工作，温湿度数据信息被采集并传输给单片机，单片机将接收到的温湿度信息进行分析和处理并在显示屏上显示传感器采集到的数据，随后将处理的结果输出给控制电路带动抽水电机的转动实现智能控制下的自动浇灌。
3 各类模块引脚说明
3.1DHT11温湿度传感器模块引脚说明
由图可知，l号引脚的引脚名称为vcc，作用是正电源输入，一般输入电压为3-5.5V，2号引脚的引脚名称为DOUT，是单总线一般作为数据的输入输出，3号引脚的引脚名称为NC，是一个空脚一般做拓展用，4号引脚的引脚名称为GND，做接地处理。DHTll的外部接线有三个引脚，分别为VCC、DATA、GND，其中vcc接电源正极，GND连接到电源负极，DATA连接单片机的PB6引脚作用为通用开漏输出。
4 程序设计
4.1湿度传感器程序设计
YL69土壤湿度传感器和DHT11温湿度传感器两个传感器配合可以有效地检测土壤的湿度和空气温度的情况，让我们可以在适合的温度情况下采用最优的浇水方式。
4.2 液晶屏显示模块程序设计
TFT液晶显示屏是一种彩色显示屏，他不单单可以显示字母、数字、符号还可以更好的显示彩色图片，符合我们现在日常看东西的习惯，在它的每一个像素点都会有一个半导体开关，这样可以更加精准的控制色彩显示的色阶，可以让显示屏显示的字体和图片更加的逼真，可以专门用来显示字母、数字、符号等。而且LCD显示屏还可以进行触摸控制，可以采用LCD屏触摸控制。
4.3 报警模块开启设置
系统主要实现检测土壤湿度低于设定值时自动浇水的功能，当系统出现一些小故障的时候可能系统就会中断，这是就需要我们进行干预，但我们并不是一直在盯着系统运转，所以我们会遇到系统停止运转的时候我们并不知道，所以就需要在设计中加入一个蜂鸣器模块，当系统出现故障的时候蜂鸣器会自动报警，这样我们听到蜂鸣器的警报声我们就会过来查看，这样就会最大限度地减小系统损坏时所造成的损失，同时当电机运转的时候也就是湿度过低的时候蜂鸣器也会发出警报，这样可以最大限度地保证系统的正常运行。
5 程序文件的编译、连接、调试及其结果
本设计首先将各功能模块程序进行编写整合，并输入KEIL5中，通过在KEIL5对每个模块的程序的运行和调试，以及各模块的调试实验，反复确认并修改程序，最终确认程序没有错误后，将各功能模块连接开发板通过软硬件在线联调，通过调试和改正每个单独模块的功能，最后实现了系统的总功能。
6 总结与展望
本设计主要是使用STM32单片机为整个系统的控制核心，通过连接电源和ST-LINK线将程序烧入主控板，由DHT11温湿度传感器采集系统所需要的数据，由单片机将采集到的数据进行分析处理，抽水电机控制模块实现作物的浇灌，LCD显示屏显示模块显示采集到的信息，并当系统发生故障时蜂鸣器的报警与停止时，抽水电机的转动与停止，显示屏的触摸测试等。该系统的主要功能就是在闭环电路中实现农作物土壤水分的检测和自动浇灌。
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【通联编辑：闻翔军】
作者简介：廖希杰（1996-），男，山东莒县人，本科，研究方向为电力电子。
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