基于STM32F103C8的智能浇花系统

高伟+董彦辰+马庆磊

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

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。

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

因为該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。

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

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[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.

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