基于物联网的智能浇水系统(STM32+华为云IOT) .docxVIP

基于物联网的智能浇水系统(STM32+华为云IOT) .docx

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一、设计需求

1.1设计需求总结

伴随着人们生活水平以及现在科学技术的急速发展,越来越多的人喜欢在家庭栽培一些盆栽植物。可是当代生活节奏过快,导致盆栽大多数都不能得到很好的补充水分和阳光照射,从而导致盆栽的生活周期变短。如何利用现代电子技术设计一种可以给植物自动浇水的设备已成为当前都市人群所迫切需求的。

为了解决盆栽养殖因浇水不善导致植物枯萎死亡的问题,本文设计了一种基于STM32的智能浇水系统。系统以STM32为主控芯片,设有土壤湿度检测模块,环境温度检测模块,水泵控制模块、ESP8266联网模块等。

工作原理为:智能浇水系统可以通过湿度传感器检测土壤湿度,自动控制水泵进行浇水。通过ESP8266网卡连接华为云物联网平台,将采集的土壤湿度,环境温度上传到华为云平台,可以通过手机APP远程查看植物土壤湿度,环境情况,在手机上可以手动开启或关闭浇水,支持远程设置土壤湿度的阀值,根据不同的植物能设置不同的湿度阀值,浇水系统可以根据传感器的数据与湿度阀值对比自动控制浇水。

经过硬件连接并编程调试后,实现了盆栽植物的自动浇水控制、手机APP远程控制。实验测试数据表明,所设计系统安全可靠,满足了智能浇水系统的设计要求。

系统框架图:

1.2研究的内容

国内外均有自动浇花系统的实际使用,大部分自动供水灌溉系统都是采用虹吸的方式,也就是运用渗透的原理来实现补水浇,该模式的补水过程是持续的、不中断的,根据该种模式只可以确保不会出现千旱现象,而不是根据花的实际需要来实施补给供水。另外部分自动浇水系统,能够在规定的时间内向花卉进行补水,这两种方式基本一致,都不是按照花的需求来进行补水灌溉。同时还有部分自动浇水系统,主要运用单片机控制的原理,根据温度、湿度传感器获取温、湿度的具体数据,再根据设定值来实现自动补水浇灌,只不过这种方式要求外界提供水龙头的前提下才能使用。通常家庭花草种植普遍都放置于阳台上,而阳台上常常不会用到水龙头,于是使用起来相对较为棘手。本文设计的智能浇水系统能够实现在阳台上的应用,可以做到根据不同植物自适应的浇水。

1.3要解决的问题

随着生活水平的提高,许多城乡居民为了美化环境,净化空气,喜欢在家中阳台上种植一些花草。但现代人的生活节奏越来越快,事情越来越多。植物是离不开水的,需经常浇灌。很多人有时忘了定时、适量给花卉浇水。而人们出差或有事不在家时,植物的供水就会中断,植物面临干枯。花草生长的问题80%以上由花儿浇灌问题引起,好不容易养的花卉浇水,因为浇水问题而长势不好或更严重的出现枯萎甚至凋亡。有些植物对湿度的要求很高,人为的过度浇水,植物的根茎容易腐烂,从而影响到植物的正常生长。

虽然市面上也有卖浇花的装备但昂贵的价格和其性价比让人望而却步。那种浇花装置大部分只能是指定时浇水时间,很难做到给花卉适时、适量浇水。还有花卉缺水报警器但其只能报警并不能适时、适量的浇水。其效果可想而知。为了解决按时、适量浇水问题,所以我设计自动浇花体统,通过传感器感知土壤湿度、温度并传达单片机,由单片机判断花卉是否缺水并最终传达给电磁水阀,从而达到适时自动浇水。

1.4工作原理

接通电源,系统会对各个模块进行初始化,然后连接指定的WIFI连接华为云物联网平台,连接之后,系统正式开始工作。

在主循环中,程序以2秒钟的时间间隔检测一次环境温度、土壤湿度,将数据上传到华为云物联网平台;同时将采集的温度与湿度分别显示在LCD显示屏上,接下来单片机会判断,如果湿度是否低于设置的阀值,就启动浇水,若不需浇水则进行下一次循环检测。程序正常运行过程中,如果手机APP发送了手动浇水指令,STM32单片机会进入到串口中断里接收数据,判断指令功能,实现对应的操作。

1.5开发工具的选择

编程语言选择C语言,C语言执行效率高,大学里主学的C语言,C语言编译出来的可执行文件最接近于机器码,汇编语言执行效率最高,但是汇编的移植性比较差,目前在一些操作系统内核里还有一些低配的单片机使用的较多,平常的单片机编程还是以C语言为主。C语言的执行效率仅次于汇编,语法理解简单、代码通用性强,也支持跨平台,在嵌入式底层、单片机编程里用的非常多,当前的设计就是采用C语言开发。

开发工具选择Keil,keil是一家世界领先的嵌入式微控制器软件开发商,在2015年,keil被ARM公司收购。因为当前芯片选择的是STM32F103系列,STMF103是属于ARM公司的芯片构架、Cortex-M3内核系列的芯片,所以使用Kile来开发STM32是有先天优势的,而keil在各大高校使用的也非常多,很多教科书里都是以keil来教学,开发51单片机、STM32单片机等等。目前作为MCU芯片开发的软件也不只是keil一家独大,IAR在MCU微处理器开发领域里也使用的非常多,IAR扩展性更强,也支

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