《基于單片機的遠程自動灌溉系統(tǒng)設計》11000字（論文）

基于單片機的遠程自動灌溉系統(tǒng)設計摘要我國農業(yè)勞動力短缺，水資源分布不均，而我國現有的農業(yè)灌溉絕大多數都是以人工灌溉的形式進行，這種灌溉方式需要消耗大量人力，而且還會大量的浪費水資源。本次遠程自動灌溉系統(tǒng)設計，選擇用四個土壤濕度傳感器YL-69作為測量模塊，測量數據經過A/D轉換后，傳輸給作為控制核心的STM32單片機，同時，將處理后的數據傳輸到數據顯示模塊LCD1602并顯示，另一方面，還可以通過WiFi模塊與手機APP相連,系統(tǒng)處理后通過單片機控制水泵進行灌溉。整體而言，該系統(tǒng)的工作模式有三種：單片機根據設定的土壤濕度值進行自動灌溉；通過控制電路上的按鍵進行人工手動灌溉；通過手機APP控制灌溉。三種工作模式下，四路土壤濕度傳感器和水泵都可以根據實際同時工作，也可以各路單獨工作。此設計可以改變傳統(tǒng)的人工澆灌模式，可以實現智能的農業(yè)灌溉，節(jié)省了勞動力投入；同時，新的灌溉模式可以節(jié)約水資源。關鍵詞：YL-69；濕度；STM32單片機；水泵；LCD1602目錄10887摘要 -2-第1章緒論1.1研究背景我國作為一個你農業(yè)大國，但卻農業(yè)勞動力短缺，水資源嚴重的分布不均，而我國現有的農業(yè)灌溉絕大多數都是以人工灌溉的形式進行，這種灌溉方式需要消耗大量人力，而且還會大量的浪費水資源。這種灌溉方式無疑嚴重的限制了我國的農業(yè)發(fā)展，因此我們需要一種現代化、機械化和智能化的灌溉方式。我國已經相繼從美國、德國、還有以色列等多個國家中引入了一些先進的灌溉控制裝置，不過其價錢卻并不便宜，而且難以進行相關的維護和保養(yǎng)作業(yè)，基本上都是在科學研究所和農業(yè)示范區(qū)中進行使用，并且跟中國土壤的運用特征并不外相符。再加上中國關于現代灌溉控制裝置的研究還停留在初期，所以，為了適應國內的農業(yè)發(fā)展需求，有必要盡快將先進又便宜、功能豐富且便于擴展的數字化節(jié)水灌溉裝置給研發(fā)出來?，F階段來看，鑒于傳感器與計算機技術都取得了不錯的發(fā)展，使得對應產品的價格也便宜不少，并越來越重視提高其可靠性，這讓農業(yè)灌溉實現信息化發(fā)展也成為可能。為了推動國民經濟的不斷發(fā)展，應借助于高新技術去對農業(yè)產業(yè)進行優(yōu)化升級，以達到節(jié)水灌溉的目的。本設計重點圍繞可以自動監(jiān)視作物生長的智能灌溉系統(tǒng)來展開剖析，以便及時給作物提供適量的水分，并提高灌溉的效率，從而實現節(jié)水又節(jié)能的效果。因此本設計可以較好的解決上述問題，既能以更合理的方式去管理灌溉過程，又能精確灌溉，而且對于操作員沒有太高的素質要求，最主要的是成本低。它不僅可以顯著減少工作量，還可以自動，準確，定期又定量地將水分添加到各種作物中，具有提高產量，質量以及節(jié)水和節(jié)能的關鍵意義。1.2國內外的發(fā)展現狀1.2.1國外研究現狀遠程自動灌溉一般叫智能灌溉，相關技術在國外研究和發(fā)展比較早，至今在發(fā)達國家已有五六十年的發(fā)展歷程，技術已經相當成熟，普及率也非常高。智能化灌溉技術的應用主要集中在農業(yè)高度發(fā)達但農業(yè)勞動力不足或水資源匱乏地區(qū)，由于他們發(fā)展的比較早，在技術方面，相比于其他地區(qū)也較為先進。以以色列大棚滴灌技術為例，作為發(fā)達國家，勞動力成本高，農業(yè)勞動力嚴重不足，而且還是一個沙漠國家，水資源匱乏，迫使他們進行農業(yè)智能化、機械化和節(jié)水化農業(yè)革命，經過多年的發(fā)展，現已成為世界糧食生產大國。他們通過智能灌溉技術對土壤進行濕度的實時監(jiān)測,通過傳感器實時記錄當地的降雨情況等,通過數據分析來精準規(guī)劃土地灌溉標準,在及時有效記錄和監(jiān)測保證各地區(qū)的降雨和土壤濕度的同時，有效的灌溉質量?，F有的智能節(jié)水灌溉技術，基本可以分為滴灌和涌泉灌以及地下滲灌三種。通過使用先進的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)，已有部分發(fā)達國家實現了現有不充分的灌溉方式的過渡改革,并且正在不斷朝著全面自動化的灌溉方向向前邁進。以色列Ein-

Tal公司的自流灌溉系統(tǒng)滴流器依據重力原理直接將水從水槽或其他水源處輸送到土壤里,其給水方法是臥式毛細管式的.水流量每小時0.2升,只有常規(guī)滴流器的1/10。[19]這種系統(tǒng)成本低，節(jié)水性能好。1.2.2國內研究現狀在我國，灌溉一般分為溝灌、畦灌、滴灌、噴灌、微噴灌、滲灌等六種方式，且這些灌溉方式大多數是以人工控制的方式進行,需要大量的人力物力。并且水資源有限，而無論哪一種灌溉都會大量耗費水資源，因此，我們一直在期待智能節(jié)水灌溉的產生與發(fā)展。我國經過這么多年的發(fā)展與推廣，節(jié)水灌溉有了長足的進步,但智能灌溉的創(chuàng)新與發(fā)展仍受許多問題的制約。其中最主要的是水資源分布不均，水資源分布不均進而導致水資源豐富地區(qū)農戶對用水的成本不夠敏感,此外，節(jié)水灌溉所能帶來的利益也無法抵消節(jié)購買水設備的投資。最后,經濟因素也是嚴重制約智能灌溉發(fā)展的主要因素之一,因為智能灌溉的研究成本與使用成本都比較高，對許多人來說，從內心是拒絕對此進行有力投資的。雖然,我國智能灌溉的發(fā)展受到了多方面因素的制約,另一方面，我沒有看到了由于當前我國農業(yè)勞動力的老齡化問題，導致勞動力資源減少以及城市的快速發(fā)展所帶來的用水量激增，都會促使我國智能灌溉系統(tǒng)的發(fā)展。如今,政府正在通過各種途徑對節(jié)水、智能進行著大力宣傳,使越來越多的人意識到了智能灌溉的重要性和必要性，農業(yè)自動化已經成為我國農業(yè)發(fā)展的大勢所趨。例如海南寶秀節(jié)水科技股份有限公司何秀英，員寶會設計的智能灌溉系統(tǒng)通過一個雙軸電機,不僅可以實現水箱移動,同時也可以實現供水功能,實現供水功能的同時,可以實現轉動管轉動的同時也可以上下移動,可以對作物進行均勻的灌溉。[18]1.3主要設計內容此論文是立足于單片機的自動灌溉系統(tǒng)設計：實現總體規(guī)劃與相關結構的設計；結合單片機來進行有關作業(yè)，然后處理好原始設備，以便對其進行有機整合。通常涉及到以下硬件和軟件部分的內容，前者重點是指電源、顯示、檢測以及控制等一系列相關電路；后者則包括核心程序、溫濕度測試以及信息統(tǒng)計等這些程序。針對軟硬件模塊來實施具體的調試。第2章系統(tǒng)設計2.1方案論證2.1.1總體方案設計這一次在進行系統(tǒng)設計時，重點從軟、硬件這兩方面來實現。其中，從硬件模塊來看，基本含有繼電器控制水泵電路、土壤濕度檢測和LCD1602顯示這三大模塊，達到了一定的智能化水平，即使旁邊沒有人守著，也能夠自動澆灌植物，如果農田對于水分存在相應需求，則能夠按照土壤的干濕情況和光照強度去自動為其進行給水操作。在這一方案中，發(fā)揮最大作用的為單片機，利用環(huán)境濕度檢測儀去發(fā)送有關數據，并借助于智能系統(tǒng)將合適的濕度范圍給確定下來，并認真剖析從單片機中發(fā)過來的一些信息，以便了解外環(huán)境的濕度。只要獲得的濕度值沒有達到原先設定好的最小值，則單片機會將相關指令發(fā)送給控制水泵，讓它實施澆水操作，等作物的濕度滿足上限后，機器就會結束澆水，整個灌溉過程十分人性化。即使沒有人看守，也能以定時的方式去實現澆灌目的，只要到了設定好的時間就由單片機驅動水泵進行澆水，滿足一分鐘的時間之后，水泵會結束澆水操作。在這一次的作業(yè)中，重點為實現下列這些功能：1.分別檢測四路土壤濕度并分別分析處理進行澆水2.液晶顯示檢測到的土壤濕度值。3.通過按鍵或手機APP設置報警值，當任意一路檢測到的土壤濕濕度值低于報警值說明干燥，會啟動對應的水泵澆灌，同時蜂鳴器長鳴。4.s1s2s3按鍵分別為設置鍵，加鍵，減鍵。2.1.2土壤濕度測量方案與土壤濕度有關的一些活動已經在科研機構，工業(yè)制造和氣象監(jiān)測等各個部門中引起了高度重視。但是，按正常情況來講，數據不僅僅與記錄的土壤濕度有關。畢竟土壤水分很容易被氣壓，溫度和我們難以識別的因素所干擾?，F階段來看，一般存在兩種測試土壤濕度的辦法，一種是干濕球，另外一種是電子濕度傳感器。通過下文來對比并分析這兩種方案，以便對最合適的測量方式進行確定。干濕球方案只能算作是一種間接檢測方式，通過測量干球和濕球去掌握土壤含有的水分。所以它在工作環(huán)境的溫度這方面并無較高的要求，即使處于高溫環(huán)境下，也不用擔心會對傳感器造成損壞。故而，在高溫場所或者是環(huán)境并不好的條件下，一般會對干濕球發(fā)進行運用。另外一種電子濕度檢測法是這幾年受到了科技的影響才能獲得普遍運用，因為它能達到相對高的測量精度，通常是2％一3％RH，而且在操作期間不容易被外界環(huán)境干擾。不過，如果長時間進行運用，則可能會降低傳感器的精確性，所以，它基本就是在溫度相對穩(wěn)定的工作場所中進行使用。2.2硬件的選擇第一，關于土壤濕度傳感器，筆者最后是使用了yl-69土壤水分傳感器，它具有較高的靈活性，便于進行數字輸出以及準確的模擬輸出，和LM393對比而言，它在工作狀態(tài)具有更高的穩(wěn)定性與可靠性。第二，關于主控芯片，這里有兩種方案：①選擇STC89C52單片機，它具有更強的驅動性能和較高的穩(wěn)定性，對比STM32系列而言，它的價錢更便宜，而且也不容易受外界因素的影響。②選擇STM32單片機，這在生活中比較常見，因此方便查找相關資料。來自Atmel公司，不需要達到太高的電壓，性能較高，而且性價比高，能夠與MCS-51系列完全兼容，不過它沒有太多的定時器和存儲器。因為筆者學習的是STM32單片機，而且其配置也跟這一次的設計需求完全相符，故而這里決定對STM32單片機進行運用。第三，關于A/D轉換芯片，也有兩種方案：①利用ADC0832芯片來實現轉換效果，它具備雙通道8位分辨率，最高能夠達到256級的分辨率。因為具有較快的轉換速度、高性價比和高穩(wěn)定性，所以得到了很多單片機愛好者的認可，并于各大領域中獲得廣泛運用。②采用ADC0809芯片，作為一種并行轉換芯片，它具有比ADC0832更快的轉換速度，不過價錢很高，而且它的引腳電路十分復雜。所以，在進行整體分析之后，最終決定對ADC0832進行使用。第四，關于繼電器，從初期設計流程來看，必須使用小電流來操作相關儀器的運行，以執(zhí)行大電流控制，所以，這里將通過繼電器來控制電磁閥的操作。因為只用達到5伏的工作電壓即可，成本也不高。經分析后，采取的繼電器型號是松樂SRS-05VDC-SL，它剛好滿足5伏的工作電壓要求，可以達到3A/250VAC/30V直流的觸摸電容值，而且市價大概只有一塊五。第五，關于顯示器，選用了LCD1602來完成有關的顯示操作，以滿足系統(tǒng)的顯示功能要求。從現實生活中來看，它有著一個1602字符型液晶的叫法，屬于點陣型液晶板塊之一，往往是為了針對字母跟符號、還有就是數字等內容來展開具體的呈現。普通情況下，1個點陣字符位會具有對應的1個字符。而所謂的1602就是說它會結合16×2的這樣一種形式去展現具體內容，一共涵蓋了2行，而且每行都可以用于對16個字符予以表示。第六，關于電源，選擇的是5V電源適配器，鑒于水泵在運行過程中也許將造成屏幕的模糊，因此，還需要為水泵準備一個3節(jié)干電池。2.3系統(tǒng)結構這個系統(tǒng)重點涵蓋了6個不同的電路，分別用于實現相關功能，詳細情況可以通過下圖2.1來予以了解。圖2.1系統(tǒng)原理圖

圖2.2電路圖第3章系統(tǒng)硬件設計3.1最小系統(tǒng)3.1.1STM32簡介產自意法半導體（ST）公司，完全符合低功耗、高性價比和高性能等相關需求，用于集成的內核包括ARMCortex-M0，M0+，M3,M4和M7系列，分別針對不同客戶的需求所分類，本系統(tǒng)采用基于Cortex-M4的STM32F4高性能系列。STM32的出現大大的加快了公司產品研發(fā)的速度，自出現以來就迅速搶占了主流應用市場，出貨量驚人，它的成功是因為應用范圍之廣、性價比之高，STM32可以跑實時操作系統(tǒng)RTOS，在一些實時的應用產品上使用非常合適，它被使用在與我們生活息息相關的各類產品上，如：電力數據采集器、游戲手柄、條形碼掃描儀、對講機、車載音響等。下圖3.1是STM32芯片的樣片：圖3.1STM32引腳圖3.1.2時鐘電路對于單片機STM32而言，它里面存在1個增益效果較好的發(fā)達器，并具備XTAL1跟XTAL2這兩個不一樣的端口，代表著輸入和輸出，倘若我們把它跟晶體振蕩器、還有就是相應的電容器來進行銜接，那么便會有一個相對平穩(wěn)的自激振蕩器由此產生。既能夠兼容石晶振蕩，同時也不會跟陶瓷振蕩之間產生任何的排斥。通過外部與內部時鐘這兩種方式能夠形成特定的時鐘途徑。這里是通過內部時鐘來完成該電路的相關設計，需要用到1個12兆赫的晶振以及30皮法的電容。首先將晶振的一端和反向放大器的輸入XTAL1進行銜接，然后再把另一端和輸出XTAL2進行銜接，主要會用到18與19這兩個引腳，而且彼此間無需進行具體的區(qū)分。詳細情況在下圖3.2中有顯示。圖3.2時鐘電路3.1.3復位電路根據這一電路來看，它是為了起到一個復位的作用。通常在單片機上進行電源接觸的情況下，所有的參數都需要有復位的選項，才能夠保證整個系統(tǒng)可以正常的運行。所有復位的電路設計的時候，通常有手動和電動兩種形式。RST端的高電平直接由上電瞬間產生高電平則是屬于上電復位。它主要是借助于電容充電才得以完成的。簡單來說，就是要讓RST終端電位能夠跟VCC通電電位完全保持一致。而按照手動復位形式來看，它是需要借助于開關按鈕才可以順利進行下去。這種情況下，電源的VCC會借助于2個電阻分壓器來完成對高電平狀態(tài)的設定，從而達到復位單片機的目的。只要發(fā)現RST由高電平狀態(tài)變成了低電平狀態(tài)，那么則說明完成了復位操作，并且CPU也恢復到了默認狀態(tài)下待機。在這里進行研究的時候，筆者最后選擇的是手動復位形式，詳細情況可見下圖3.3里面所展現的。圖3.3復位電路圖3.2YL-69土壤濕度傳感器在這一次設計中選擇的是yl-69土壤濕度傳感器，它十分簡單，能夠按照濕敏電容原理去進行相關工作，對于土壤濕度進行測量時，介質會在濕敏電容所在的區(qū)域中出現一定改變，從而使得電容數值也出現變動，此時，電容的數值與濕度值將具有正比關聯。針對YL-69的表面進行鍍鎳處理，能夠讓其導電性能變強，并確保傳感器免受腐蝕。利用電位器去對相關閥值進行控制，只要發(fā)現環(huán)境中的濕度低于最小值，那么DO會馬上形成一個高電平；如果實際濕度高于最大值，則會形成一個低電平。從這一次的設計作業(yè)來看，VCC要和1個5伏的電壓進行銜接，GND則用于連接數字地，并將DO"小板數字量輸出接口”和單片機進行相連。關于最后電路圖的詳細情況可以通過下圖3.4來予以了解。其中，k1代表著YL-69探頭。圖3.4YL-69與AD轉化電路3.3ADC0832轉換芯片根據轉換器來看的話，受到最多好評的當屬ADC0832這一款了，因為屬于一種八位分辨率的轉換芯片，在正常情況下，可以滿足模擬量所提出的轉換條件。并且只要將其內部電源輸入與相關借鑒電壓進行循環(huán)利用，還能夠促使芯片的模擬輸入一個零到五伏特區(qū)間內的電壓值，那么這個時候僅僅需要用到三十二微秒的芯片轉換時間，關鍵在于它還能夠實現雙數據輸出操作，如此一來的話，我們便能夠針對相關數據來進行驗證，從而盡量避免過多誤差的出現，并保持較好的穩(wěn)定性，完成高效操作。一般來講，無論是ADC0832的接口，或者是單片機接口，他們都就具備四條數據線，并且依次表現為CS、CLK、DO、DI。只不過因為DO端和DI端在實際進行通信的整個過程當中，沒有一起發(fā)揮作用，再加上單片機的接口處于一種雙向狀態(tài)，故而在進行相關電路設計的過程當中，我們能夠把DI和DO置于同一根數據線上來加以充分利用。詳細情況可以查看下圖3.5里面所反映出來的。圖3.5ADC0832引腳圖假設ADC0832沒有運行，則它的端口CS會是高電平狀態(tài)，此時會禁用芯片，DO/DI與時鐘則能夠處于任何水平。若是必須實施A/D轉換，則應該讓CS端口進入低電平狀態(tài)，直至結束A/D轉換為止。當運行芯片之后，一般是利用處理器把特定的脈沖發(fā)送給ADC0832的時鐘輸入端CLK，這種情況下，DI端口應該確定數據信號，在迎來首個時鐘脈沖信號之前，DI端口必須處于高電平狀態(tài)，說明程序能正常運行。等迎來第2個以及第3個信脈沖信以前，DI端口需要對兩位數據進行輸入，以便發(fā)揮通道作用。有關信息見下表3.1。表3.1ADC0832的配置位輸入形式配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+通過上表3.1可以發(fā)現，如果CH0和CH1這兩個配置位均處于1的狀態(tài)下，那么說它僅可以完成CH1的單通道轉換操作。如果這兩個配置位分別處于0跟1的狀態(tài)下，那么需要對負輸入端IN-位CH0以及正輸入端IN+位CH1實施輸入操作。3.4SRS-05VDC-SL繼電器繼電器屬于電氣控制設備之一，可以輸出線性變化的輸入變量，并把它用作階躍變化結果。此功能通常能夠發(fā)揮一定的控制作用，只要輸入量滿足特定水平時，那么階躍變化的結果就能夠得到控制，進而對整個電路產生一定的影響。而且這種設備不會用到太大的電流，意味著能夠使用弱電流去對于大電流的控制設備進行有效控制。另外，在某種程度上，該繼電器也能夠為電路提供充分保護，以避免過度的電壓變化對于電子組件造成損壞?，F在市場中推出了各種類型的繼電器。不過在認真比較后，筆者還是決定用電磁繼電器來實現整個電路的控制效果。因為它具有單一的結構，僅通過鐵芯、線圈、銜鐵和觸點簧片就能夠滿足上述需求。按照它具有的原理來看，旨在利用電流的變化去對電磁效應的強度進行控制，以便把電信號轉換成磁強度的變化，從而利用觸點的接觸去決定電流的接通和斷開。當下圖3.6中Q2PNP三極管的b基處于低電平狀態(tài)，這說明導通了三極管，此時，繼電器負責讓單極擲開關K1往右偏離，讓電機水泵連上電源，啟動水泵。圖3.6繼電器控制水泵3.5溫濕度檢測電路關于DHT11數字溫濕度傳感器，它用到了數字模塊采集技術、溫濕度傳感技術，從而保證產品具備比較高的牢靠性，并且具備優(yōu)質的長期穩(wěn)定性。在此產品中能夠涵蓋1個電阻式感濕元件、1個NTC測溫元件，它們和1個性能優(yōu)良的8位單片機實現對應的銜接。故而此產品的響應速度比較快并且品質優(yōu)良，它的抗擾實力比較強，具備性價比偏高等相關的優(yōu)勢。所有的DHT11傳感器均是在準確度非常高的濕度校驗室內完成相關的校準工作。至于校準系數，則是通過程序的樣式貯存到OTP內存里面，如果傳感器內部對于檢測信號進行相應的處置，那么需要調取使用這部分校準系數。另外體積非常小并且功耗非常低，再加上信號的傳送間距能夠超過20米等等因素，這樣的話其會變成各種應用的首選，甚至說在非常嚴苛的使用場合下同樣是最優(yōu)的選擇。產品是4針單排引腳封裝。比較便于銜接，獨特的封裝樣式能夠參照客戶的相關要求去供應。DHT11傳感器如下3.7所示：圖3.7DHT11傳感器（1）,關于引腳，有以下這這些：Pin1寫作VDD，指的是電源引腳，可以提供3到5.5伏的電壓。Pin2寫作DATA，指的是串行數據，一般為單總線。Pin3寫作NC，指的是空腳，一般處于懸浮狀態(tài)。Pin4寫作VDD，用于和地端進行相連，指的是電源負極。（2），關于接口的一些介紹：在銜接線的長度上，如果＜20m，那么使用5K的上拉電阻,如果＞20m，那么應當參照真實的狀況選定適宜的上拉電阻。圖3.8DHT11典型應用電路（3），關于數據幀的介紹：關于DATA，它用來實現微處理器和DHT11這二者間的通訊，并且能夠實現它們的同步，選用單總線這種數據樣式，關于1次通訊的時間大概是4ms,至于數據，則包含小數部分、整數部分,其中當前小數部分用來實現日后的拓展,現讀出是零，具體的操作過程為下：一次完整的數據傳輸通常是40bit，按照高位順序先出。數據格式:8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bit溫度整數數據+8bit溫度小數數據如果數據傳遞準確，那么校驗與數據就是“8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bi溫度整數數據+8bit溫度小數數據”所得結果的末8位。（4）電氣特性：VDD=5V，T=25℃，除非特殊標注表3.1DHT11的電氣特性注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。3.6Wi-Fi模塊硬件設計為了讓這種自動灌溉系統(tǒng)在現實生活中得到較好的運用，選擇的設備應符合低成本與低消耗的要求，而且要盡量保證開發(fā)周期是較短的。在經過認真分析之后，最后選擇了ALIENTEK公司推出的ATK-ESP8266無線wi-fi模塊，它具有極高的性能，用于無線網絡串行接口的中央控制芯片其實是出自ai-thinker企業(yè)的ESP8266芯片，它利用串行接口連接到MCU上，并具有集成的TCP/IP協議棧。借助于此Wi-Fi模塊來對相關數據進行傳輸，能夠給串行設備供應一種簡便又快速的處理方案，以實現對網絡數據的傳輸。STM32F103利用串口連接到這一模塊，處于上層程序里的數據將借助于串口傳遞至ESP8266模塊，并利用這一模塊自動把串行接口的協議轉換成TCP協議，并把數據傳遞至路由器或者是家庭網關中去[35]。所以，這一次設計使用的Wi-Fi模塊能夠以Wi-FiSTA（COM-Wi-Fi-STA）模式進行相關工作，并且可以和無線路由器進行銜接，用作Wi-FiLAN下的設備。關于串行端口Wi-FiSTA模型的詳細情況在下圖3.9中有列出。圖3.9串口轉Wi-FiSTA模型對這一模塊來說，全部的數據均是利用串行接口進行傳輸，因此，有必要對開發(fā)板的串口3連接ATK-ESP8266模塊進行運用。重點涵蓋了以下內容：VCC電源和接地GND、TXD串口發(fā)送以及RXD串口接收，還有RST復位和LED指示燈引腳。而且這一模塊通常和MCU之間具有下圖3.10中列出的連接關系。圖3.10ATK-ESP8266與MCU連接關系

第4章系統(tǒng)軟件設計4.1系統(tǒng)流程圖關于軟件部分，通常涵蓋了以下這幾項核心內容，一是土壤濕度檢測程序，二是負責處理所有收集來的數據的程序，三是對于濕度的最低值與最高值進行設定的程序、四是顯示程序。詳細情況可以通過下圖4.1來予以了解。圖4.1程序流程圖4.2手機客戶端整體實現手機端的主要實現文件組成如圖4.1所示。圖4.2手機客戶端實現文件組成程序在啟動之后會MainViewController.m文件中ViewDidLoad函數。此函數實現中采用了GCD技術，比如監(jiān)測網絡連接狀態(tài)的代碼。dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY,0),^{[selfcheckNetworkChange];});在手機客戶端經過連接和注冊后，程序進入正常工作狀態(tài)，阻塞在recv函數上，等待服務器消息的到來。開發(fā)將界面設計與實現進行分離，大大提高了程序的可擴展性。手機客戶端圖形界面全部基于UIKit進行實現，界面元素的布局通過Storyboard故事板來完成。手機客戶端的界面分為報警顯示界面和設置界面兩部分，下面對這兩個部分的實現進行介紹。報警顯示界面如圖4.3所示。圖4.3手機客戶端報警顯示界面4.3土壤濕度檢測該程序可以十分敏感的將土壤的水分變化情況給檢測出來，一般用于對泥土中的水分進行測試，如果土壤濕度低于我們之前設置好的閥值，那么該DO口將會對高電平進行輸出；如果土壤濕度超出了原先設置的最高值，那么模塊DO口將會對低電平予以輸出；這種情況下，小板數字量輸出D0可以直接銜接到單片機上，以便利用單片機對于高低電平狀態(tài)進行測試，從而了解土壤的實際濕度。4.4LCD1602顯示程序在設計中需要對當前環(huán)境中的溫度和濕度信息進行顯示。系統(tǒng)使用液晶來對數據進行顯示，在綜合考慮市場上主流的液晶顯示屏后選用1602來對數據進行顯示。圖4.41602顯示子程序流程圖這種顯示器主要是利用它自帶的電極來針對相關分子加以控制，在接收到相應的信號之后，會始終維持相同的亮度以及色彩，并且處于恒定發(fā)光狀態(tài)，根本無需我們不停的進行刷新才能實現相關操作，所以它提供出來的質量是非常好的。而且在它和單片機之間進行連接的時候，沒有那么麻煩，整個過程中也不會用掉太多的功率。LCD1602液晶顯示和數據寫入書面說明和程序如下：4.5溫濕度采集模塊的軟件設計如果總線在空閑時是對高電平進行輸出，那么主機將會拉低總線，并等待DHT11響應，此時，必須有18毫秒或者是更長的總線拉低時間；以確保DHT11可以對啟動信號進行檢測。只要主機的啟動信號成功被DHT11接收到了，那么就會一直等到這個信號結束為止，之后再對80微秒的低電平響應信號進行傳輸。詳細情況可以通過下圖4.5來予以了解。。圖4.5DHT11時序圖如果總線是處于低電平狀態(tài)，則意味著DHT11已經將響應信號發(fā)送出去了，并將總線拉高了80微秒，以便對相關數據進行傳輸，所有的bit數據均是從50微秒的低電平時隙開始，其中，需要注意的是，高電平的長度對于最終的數據位有著決定性作用。若是讀出的響應信號是高電平，那么DHT11將不會作出任何響應，此時需要查看線路有沒有出現異常。在發(fā)送完最后一bit數據之后，DHT11會將總線再拉低50微秒，并通過上拉電阻將總線拉高，以回到空閑狀態(tài)。詳細情況可以通過下圖4.6來予以了解。圖4.6DHT11流程圖4.6Wi-Fi模塊軟件設計在這一設計中，ATK-ESP8266模塊被用作串行無線網卡模式，它具有串口配置和Web配置這兩種不同的模式。并且同時兼容透明傳輸以及協議傳輸模式。如上所述，ESP8266模塊一般是利用串口和開發(fā)板進行連接，因此使用串口模式下的AT指令來配置模塊，從而達到通信效果。具體的配置情況在下表4.1中進行顯示。表4.1Wi-Fi模塊的AT配置指令關于Wi-Fi模塊驅動軟件的詳細情況可以在下圖4.5中進行了解。只要有Wi-Fi模塊被檢測到，就會實施初始化操作，利用串口的AT指令配置模式去把這一模塊設置成單連接的串口轉站點STA模式，同時使用透明傳輸的模式。在實現上述配置任務之后，就能夠利用串口來傳輸并接收相關數據。其中，關于其發(fā)送過程在下圖中有顯示：圖4.7Wi-Fi模塊驅動軟件流程圖圖4.8Wi-Fi數據發(fā)送流程圖第5章硬件調試5.1硬件調試對于電路的運行圖進行適當的借鑒，根據它的樣式去繪制實物，再將程序刻錄到STM32單片機中，連上電源，并把YL-69土壤濕度傳感器探頭置于土壤內，然后將其濕度值設定成50%，這時會從屏幕中看見機器正在澆水，意味著啟動了水泵，等滿足我們設置好的濕度值以后，會結束澆水操作。如果獲得的濕度值未達到之前設置好的濕度，則水泵會進行澆水操作，當屏幕呈現出來的是夜間模式，則澆水停止。在設置好時間后，只要系統(tǒng)收到了澆水需求，那么水泵則馬上自動出水，不過在澆了一分鐘之后就會結束灌溉操作。此時，要觀察實物是否可以進行平穩(wěn)操作。若是并無任何異常，則不用調整別的硬件，若是存在異常，則必須實施有關調試作業(yè)。若是在首次調試實物就不能根據正常流程完成，則需要完成以下測試：查看電路板，看它在焊接上有無異常，觀察相關零件是否安裝到位，或者是存在松動等問題。借助于萬用表去檢查引腳有沒有出現短路的狀況。檢查元件有沒有被損壞。5.2測試結果由于電路具有一定的復雜性，在進行焊接時總是發(fā)生短路的狀況；而且它的引腳十分細，進行拆解作業(yè)時很容易因用力過度而造成電路板受損。因此，有必要實施二次焊接。實施全面調試后，得知它能夠正常運行，而且并無任何問題發(fā)生，意味著這個系統(tǒng)在穩(wěn)定性上是相對高的。即使處于濕度不一樣的土壤環(huán)境中，也可以保持平穩(wěn)的運行，這和我們之前提出的假設完全相符，說明程序并未出錯。系統(tǒng)對于土壤中的水分進行測試時，只需很短的時間就能夠獲得十分精準的數據，因此，它在時間上也充分滿足這一次的設計需求。

結論在上文中，以單片機為主要控制核心設計出了一款自動灌溉系統(tǒng)，它參考了電子自動灑水設備所具有的工作原理，結合現代傳感器技術來實現對土壤濕度的測試，并通過單片機來發(fā)揮相應的控制作用，以驅動澆灌模塊的運行。該系統(tǒng)重點涵蓋了兩部分內容，其中之一是利用LCD1602來呈現我們獲得的土壤濕度數據，另外則是利用系統(tǒng)分析來控制整個灌溉系統(tǒng)。將YL-69用作土壤濕度測量模塊，可以將獲得到的濕度信息發(fā)動給單片機，以便經過單片機的處理再把它投射到LCD屏幕上。該屏幕主要用來對土壤的含水值進行呈現?？偠灾?，這個系統(tǒng)達到了較高的智能化水平，我們可以提前將合適的濕度值給設置好，只要系統(tǒng)檢測到土壤濕度未達到設定值，則會由單片機指示水泵去實施澆水操作，等到濕度滿足我們設定的最高值就會結束澆水操作，十分的人性化，肯定可以在現實運用中取得更好的發(fā)展。

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