基于STM32F103C8的智能浇花系统

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０　引言

随着科学的不断发展和生活质量的提高，更多家庭为了改善家居环境，购买花卉装点环境，同时还能净化空气。但现代人的生活节奏越来越快。植物生长是离不开水的，需经常浇灌。很多人有时忘了及时、适量给花卉浇水。但由于工作繁忙等原因，不能按时给花草浇水，植物可能会出现枯萎。而植物的生长主要依赖水分，过少浇水或者过度浇水都可能对植物的正常生长造成巨大影响。因此设计一款定时浇花的系统便成为当务之选。本文设计了一种智能湿度感应浇花系统。系统以单片机STM32F103C8 为控制芯片，以土壤湿度传感器、温湿度传感器为主要传感器。如果传感器检测温度、湿度都达不到规定的要求，就开始浇花，达到了规定的温度、湿度就停止浇花。该系统既能按时、按量的给花卉浇水，还可以为节约水资源，从而让花卉更好的生长。

１　智能浇花系统的组成结构

该系统主要由cpu 控制电路，土壤温度，湿度检测电路、蜂鸣器报警电路、水泵控制电路等组成。具体结构如图1 所

示。通过土壤湿度传感器测量出土壤湿度信号，单片机进行

AD 采集同时对采集信号进行滤波处理并进行信号分析，然后IO 输出控制信号，控制水泵进行工作，最终达到按需浇花的目的。

图1

２　研究方法和手段　

本设计是设计单片机控制的自动浇花系统。有测量温度、空气湿度的传感器，采用菱形分布，均匀采集灌区的环境参数。

再由单片机集中处理数据，分析那片区域需要浇灌、浇

基于STM32F103C8的智能浇花系统

高 伟 董彦辰 马庆磊

（青岛恒星科技学院机电学院，山东 青岛 266100）

摘 要：本文设计了一种智能湿度感应浇花系统。系统以单片机STM32F103C8 为控制芯片，利用土壤湿度传感器来检测土壤的相对湿度，DHT11检测空气温湿度，再通过单片机进行信息处理，输出控制信号，从而控制水泵电源的通断，完成按需按量自动浇花的工作。关键词：STM32；智能浇花系统；温湿度传感器中图分类号：TP277 文献标志码：A

磁线圈通上电之后，就会生成电磁作用力，这时需要使用衔铁把针阀吸起来，让天然气通过轴针头部环形间隙，然后喷进进气道之内。为了确保构建的控制模型拥有相对较为优良的模块化、层次化结构，所构建的控制模型可以划分为PWM 驱动模型、空燃比控制模型、工况判断模型等。发动机工况根据其自身运行特点分为启动、怠速、稳态部分负荷、瞬态还有大负荷工况，因为发动机工况中大负荷工况不是主要工况，因此我们对于前4种工况进行建模分析，最后我们通过之前构建的喷嘴模型、PWM 驱动模型以及工况判断模型构成一个完整的控制器。

在将AMESim 仿真软件构建的模型转化成在Simulink 环境中运行的S-Function 模块的过程中，首先需要对联合仿真环境进行相关的数据设置，通过设置相关的仿真条件，可以得出如下的数据结果：若转速为2500r/min，进气压为0.5bar 时，喷嘴针阀的最大升程为0.35mm，这个数值和其他的喷嘴针阀升程相比是比较合理的，若转速为2500r/min，进气压为0.5bar 的时候，喷射时间为10.9ms，这个数值和理论设计的模型所计算出的数值也是较为一致的，因此充分说明所设计的控制器是可以满足要求的。

结语

本文通过对多点喷射点燃式天然气发动机电控系统进行整体结构和电子控制系统的设计与分析，最终完成对其的实验建模以及仿真调试，希望此项研究能够为提高天然气发动机在天然气汽车和电子技术等领域的应用成效做出一定的贡献。

参考文献

[1]葛文庆.一种大功率气体燃料发动机电控喷射装置的研究[D].南京：

南京理工大学，2012.[2]周龙保.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，2005.

图1 硬件电路总体结构图

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灌量，再由控制部水泵进行浇灌。

３　智能浇花系统的工作原理

由于不同的花卉需水特性的差异，在控制浇花的过程中应当适时适量，按需浇花。所以系统采用PID 控制的方法，从而达到精确浇花的目的。一方面，通过测量土壤湿度来自动控制浇花，以潮湿土壤的电阻值小于干燥土壤电阻值为原理，采用探针来获取土壤干湿反馈信号，于考虑到水渗透到土壤中去需要一定的时间，且一般浇水的速度要大于土壤渗水的速度，为防止浇水过多，产生一个周期控制信号 ，从而产生我们所需要的浇花信号。另一方面，单片机采集空气温湿度来控制浇花所需水的量。在软件设计时，根据空气温湿度值通过PID 做出所达到的目标值存入表格，即水泵输出最大值表，这些数据均对人们长期积累经验值的采集分析，并将表格存储至EEPROM，供单片机查表使用。例如：在寒冷的冬季对一些常青类盆栽浇水时，单片机将采集到的湿度信号处理得出合适的水泵输出量，在合适的时间进行适当浇水。

４　智能浇花系统硬件设计

４．１　土壤湿度检测电路

土壤传感器链接单片机AD 口，检测流过电流量，在传感器的表面进行镀镍处理，同时对感应面积进行加宽，使导电性能得以提高，防止出现接触土壤使传感器表面容易生锈，延长传感器使用寿命。

４．２　空气温湿度检测电路

DHT11是一款温湿度传感器同时内部有已校准数字信号输出。测量精度湿度可达+-5%RH，温度可达+-2℃，湿度的测量范围在20%~90%RH， 温度的测量范围在0℃~50℃。传感器采用串行接口，可以更简单高效地进行数据采集。同时该传感器的体积更小，同时功耗更低。

４．３　水泵控制电路

驱动芯片采用英飞凌BTN7971，BTN7971是一个完全集

成的大电流的半桥电机驱动应用。一路电机驱动输出，单板典型最大电流 68A，最小在 50A，工作电压范围：7V~14V ；最大不能超过 16V ；工作温度范围：-10℃~55℃，BTN7971 工作温度范围：-40℃~150℃， 实际使用中控制芯片最大温度不要超过 105℃；同时在单片机信号输出端增加总线驱动芯片 74LVC245，提高IO 信号驱动能力，同时对单片机控制引脚进行隔离保护。

４．４　报警电路

因为该系统主要应用在室内环境中，为防止水泵的开启影响到他人，该系统内置了一个报警电路。通常水泵开启以前就会出现警报声，然后水泵才实现补水。主要是单片机来决定三极管开启与闭合，实现控制蜂鸣器的通断。

５　系统相关数据

５．１　湿度值输出

土壤湿度传感器采用Bardolino Moisture Sensor，当土壤

缺少水分时，传感器的输出值会减小，反之将增大，然后传送给单片机进行AD 转换，单片机根据数值的大小进行查表，最后分析处理判断是否需要浇水。

５．２　系统硬件设计

系统软件设计主要包括系统程序初始化、空气温湿度检查子程序、土壤湿度检测子程序、水泵PWM 控制子程序、数据处理子程序，系统的主程序流程图如图2 所示。

图2

结语

本设计采用STM32F103C8单片机作为主控芯片，设计了一款智能浇花系统。该系统根据花盆中土壤湿度，来控制水泵的开合及速度。根据空气的温湿度来控制浇水量的多少，即对土壤的湿度进行实时监测，和对人们浇水习惯的采集分析，与设定好水泵输出最大值表进行比较，从而判断浇水量是否符合标准，能够自寻控制的湿度范围，最终完全实现按需按量智能浇花。

参考文献

[1]刘明真，陈鸿.基于单片机智能节水灌溉系统设计[J].学术问题研究，2010（1）：75-80．

[2]程捷，何辰.基于单片机的温湿度检测系统设计与实现[J].电子测试，2011（6）：56-58．

[3]孟寒.基于单片机的稻田温湿度智能控制系统设计[M].广西智能科技出版社，2011：29-57.通信作者：董彦辰，马庆磊。