基于STM32的自动灌溉系统.docx

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1、基于STM32的自动灌溉系统摘要在当今社会快速发展和科技发达的背景下，可用淡水资源的储备粮日益下降且消耗却日益增加，如何进行高效的对水资源进行利用是社会关注的重点问题。传统灌溉系统对于水资源浪费较大，随着电子技术的发展，采用现代电子技术对传统灌溉系统进行改造达到节约资源的目的已经成为当今大环境的发展趋势。基于此，本文提出了一种基于STM32的自动灌溉系统，方案采用STM32单片机作为系统的主控芯片，系统通过DHTi1模块来实现对温湿度的检测，并且可对温湿度阈值进行设置，通过O1ED模块来对系统的实时状态进行显示，通过电机来控制吸水和灌溉，当灌溉量到达设定值时系统自动停止灌溉，在检测到温度过低时

2、会进行自动覆盖用来保暖。通过软硬件设计对方案进行实现，然后对设计出的硬件系统进行功能测试,分别对系统各模块功能进行测试，从测试结果可以看出，本文所设计的基于STM32的自动灌溉系统符合设计要求，在满足设计的同时，还具有成本低廉、功能齐全、结构简单等优点，具有较好的社会实际使用价值。关键词：灌溉系统；温湿度；吸水灌溉；阈值报警ABSTRACTUnderthebackgroundofrapidsocia1deve1opmentandadvancedscienceandtechno1ogy,grainreservesofavai1ab1efreshwaterresourcesaredecreasin

3、gdaybydayandconsumptionisincreasingdaybyday.Howtousewaterresourcesefficient1yisakeyissueofsocia1concern.Traditiona1irrigationsystemwastesa1otofwaterresources.Withthedeve1opmentofe1ectronictechno1ogy,ithasbecomethedeve1opmenttrendoftodaysenvironmenttoadoptmodeme1ectronictechno1ogytotransformtradition

4、a1irrigationsystemtosaveresources.Basedonthis,thispaperputsforwardakindofautomaticirrigationsystembasedonSTM32,USEStheSTM32MCUasthemastercontro1chipsystem,thesystemthroughtheDHT11modu1etorea1izethedetectionoftemperatureandhumidity,andcanbesetthresho1dva1ueoftemperatureandhumidity,throughtheO1EDmodu1

5、etodisp1ayonthesystemofrea1-timestate,throughthemotortocontro1thewaterandirrigation,Whentheirrigationamountreachesthesetva1ue,thesystemwi11automatica11ystoptheirrigation,andwhenthetemperatureisdetectedtobetoo1ow,itwi11automatica11ycovertokeepwarm.Byhardwareandsoftwaredesignschemeforimp1ementation,an

6、dthentodesignthehardwaresystemforfunctiona1testing,testingsystemhasthefunctionofeachmodu1erespective1y,canbeseenfromthetestresu1ts,inthispaper,thedesignofautomaticirrigationsystembasedonSTM32comp1ywiththedesignrequirements,inmeetthedesignatthesametime,a1sohasadvantagesof1owcost,comp1etefunction,simp

7、1estructure,Ithasgoodsocia1practica1va1ue.Keywords:irrigationsystem;Temperatureandhumidity;Waterabsorptionirrigation;Thresho1da1arm目录1绪论11.1 论文研究的背景及意义11.2 国内外研究现状11.2.1 国外智能灌溉系统研究现状11.2.2 国内智能灌溉系统研究现状21.3 本文研究的主要内容21.4 论文的结构安排22方案论证42.1 系统设计方案42.2 主控模块选型42.3 显示模块选型52.4 舵机模块的选择62.5 温湿度检测模块选择63硬件电路的设

8、计83.1 单片机83. 1.1单片机最小系统84. 1.2系统时钟电路85. 1.3系统复位电路93.2 显示模块电路103.3 舵机模块电路113.4 温度检测模块电路124系统软件设计144.1 系统设计软件144.2 软件设计流程图144.2.1主函数流程图144.2.2按键模块流程图154.4.3显示模块流程图164.4.5温度检测模块流程图164.4.4电机模块流程图174.4.4电机驱动模块流程图185系统测试195.1 系统实物展示195.2 系统软件实现195.3 系统功能测试206总结22参考文献23致谢251绪论1.1 论文研究的背景及意义地球有着丰富的自然资源,但由于气

9、候和地形的问题，资源分布的极不均匀，这就导致各国对于资源的占有量和种类天差地别。淡水作为生物维持生命的一种必要资源，也存在着严重的分布不均的情况，在全球范围内就存在数十个国家存在严重确认的情况。根据目前水资源的储存量以及世界人口来看，每人每年可支配使用的谈水资源在一万立方米左右，我国虽然拥有28000亿立方米的淡水资源，但也存在分布不均的情况，因此才有了“南水北调”工程。对于淡水的使用，除了日常饮食以外，对于农业生产也需要淡水资源进行灌溉，据相关资料显示，发达国家在农业生产上使用的淡水资源占总使用资源的40%左右，而发展中国家这个比例要高达60%用。目前我国在该方面的占有比例在55%左右，处于

10、发达和发展中之间。在当今淡水资源缺乏的时代，尽可能提高淡水资源的利用率是整个社会都在关心的重点问题。传统灌溉系统是依靠人来进行判断是否需要进行浇水以及浇水量，这种情况必然会造成水资源利用率低且造成大量浪费网。现代科学的发展可以通过相应设备来对农业生产的各项参数进行监测，并根据不同需要启动不同程序，如：土壤湿度过低进行自动浇水、温度过低进行棉被覆盖等操作。这样在很大程度上节约了资源的使用也能极大提高农作物的产量。因此，本文所设计的自动灌溉系统对于资源节约以及农作物产量的提高具有重要意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外智能灌溉系统研究现状西方发达国家由于工业化起步较早，也是最早一批实现工业

11、工业化的国家，因此对于农业灌溉技术和相关系统研发较早。而世界上最早的灌溉系统是一套采用水渠通过自动水利闸门进行灌溉的系统，在当时算是非常先进的控制系统。而针对于灌溉系统的研发其主力更是一些缺水的国家。如以色列由于全国范围的极度缺水，因此在智能灌溉系统上进行了大力研发，并且研究出了一套适合本国国情的农业生产灌溉系统，该系统可根据系统设定直接将水送入农作物根部，最大程度的降低了水资源的消耗提高水资源利用率口纥荷兰虽然国土面积较小，但也进行了相关设备的研究，设备使用前后使灌溉用水量仅为原先的10%,节约了大量的淡水资源。作为科技大国美国，其代表作为CroPX公司研发的灌溉系统，能够实现对农作物所处地

12、形、土壤情况、农作物生长情况进行监测皿。1.2.2 国内智能灌溉系统研究现状我国作为农业大国，在相关设备研发上也是不留余力，针对灌溉技术更是提出了多种方案，尤其是在国家倡导节能减排的号召下，更多科技公司和研究学者将研究中心向智能灌溉系统上靠拢，因此也形成了较多的技术积累口叫王建华研究员通过远端服务器和互联网技术搭建了一套智能灌溉系统，实现可远程对灌溉系统进行操控U文王丽研究员以STM32为主控搭配ZigBee网络建立了一套监控系统，可以对大棚内各项指标实时进行监控。王灿等人采用1oRa对大棚内空气温湿度、土壤湿度、光照强度等参数进行采集并设置了相应的解决方案U叫李真真采用专家系统来评判是否需要

13、对大棚内进行灌溉等操作，提高了农作物产量,降低了资源利用率。1.3 本文研究的主要内容本文所设计的智能垃圾桶其研究核心为单片机控制系统，作为自动灌溉系统与传统的灌溉系统主要区别如下：（1）系统能够自动进行温湿度的检测，在温度过低时会自动覆盖保暖，温度过高时会报警提示；（2）能够自动进行抽水灌溉，并且灌溉的水量达到设定要求时自动停止灌溉；（3）系统可以分为手动和自动两种模式，在自动模式下通过按键可进行各项功能的操作。上述三点区别也正是本文所要实现的功能，也是本设计所需要研究的重点内容。为了完成本文所描述的系统，可以将本文系统分为三个部分，首先，系统的硬件选型，这也是设计的重点和主题，其次，系统的

14、软件设计，这是系统能够正常运行的必要前提，最后，如何正确的进行系统硬件电路的连线，这是本文设计的核心之一也是软件设计各模块进行通信的前提条件。1.4 论文的结构安排本文是基于单片机的自动灌溉系统的设计与实现，为了描述本文系统的设计过程将本文共分为六个章节进行描述。第一章作为本文的绪论，其主要的功能是描述所设计的自动灌溉系统的背景及意义，除此之外，对当前的研究现状和主要研究内容进行描述。第二章对本文系统的选型方案进行阐述，为了确保系统的稳定性，系统的选型尤为重要，并且在选型时的对比主要用于确保在系统稳定的同时尽可能的节约成本。第三章为本文系统的硬件电路的设计，硬件电路设计是信号进行传输的前提条件

15、，电信号想要在系统内进行传输，各模块之间的数据连线是必不可少的。第四章主要对本文系统所涉及到的软件设计部分采用流程图的方式进行描述，一方面描述了系统整体的运行情况，另一方面还对系统各个模块的运行情况进行描述。第五章对所设计出的硬件实物进行展示和功能演示，用来判断本文所设计的系统是否能够满足设计要求；第六章对本系统从设计初期到硬件成型的一个总结。2方案论证2.1 系统设计方案本课题是基于单片机的自动灌溉系统的设计，系统硬件设计框图如图2.1所示，从图中可以看出，本文所设计的系统包含主控模块用来对整个系统的运行进行控制，舵机模块用来实现温度过低时进行棉被覆盖给作物进行保温，水泵模块用来实现抽水和灌

16、溉功能，按键模块是用来进行手自动切换和各项阈值的设定，显示模块用来实时显示系统当前状态，报警模块在检测到温度过高时会进行报警提示。2.2 图2.1系统硬件设计框图2.3 主控模块选型主控模块作为电子类设计的核心，主控的选择不仅关乎着系统的稳定和运行速度，更关乎着系统的二次开发和可扩展性。主控作为整个系统的大脑，其作用用于接收各类传感器传输过来的数字信号，并对数字信号进行处理，然后通过分析信号控制外部设备执行各类操作。在进行主控模块选型时，既要考虑到资源问题又要考虑合理性问题，即在资源够用的前提下尽可能的节约成本。因此主控模块在本设计中存在以下方案用来选择。方案一：51单片机是理工科类接触的第一