基于STM32开发的智能农业灌溉控制系统

news2024/11/19 11:22:15

引言
环境准备
智能农业灌溉控制系统基础
代码实现：实现智能农业灌溉控制系统
- 4.1 土壤湿度传感器数据读取
- 4.2 水泵控制
- 4.3 环境监测与数据记录
- 4.4 用户界面与多功能显示
应用场景：农业灌溉与环境监测
问题解决方案与优化
收尾与总结

1. 引言

随着农业技术的不断进步，智能农业灌溉系统在提高作物产量和节约水资源方面发挥着重要作用。本文将详细介绍如何在STM32嵌入式系统中使用C语言实现一个智能农业灌溉控制系统，包括环境准备、系统架构、代码实现、应用场景及问题解决方案和优化方法。

2. 环境准备

硬件准备

开发板：STM32F407 Discovery Kit
调试器：ST-LINK V2或板载调试器
土壤湿度传感器：如YL-69
水泵和控制器：用于灌溉控制
环境传感器：如温度和湿度传感器DHT22
显示屏：如1602 LCD或OLED显示屏
按键或旋钮：用于用户输入和设置
电源：12V或24V电源适配器

软件准备

集成开发环境（IDE）：STM32CubeIDE或Keil MDK
调试工具：STM32 ST-LINK Utility或GDB
库和中间件：STM32 HAL库

安装步骤

下载并安装 STM32CubeMX
下载并安装 STM32CubeIDE
配置STM32CubeMX项目并生成STM32CubeIDE项目
安装必要的库和驱动程序

3. 智能农业灌溉控制系统基础

控制系统架构

智能农业灌溉控制系统由以下部分组成：

传感器系统：用于检测土壤湿度和环境温度、湿度
控制系统：用于控制水泵的开关
数据记录系统：用于记录环境参数和灌溉状态
显示系统：用于显示环境参数和系统状态
用户输入系统：通过按键或旋钮进行设置和调整

功能描述

通过土壤湿度传感器实时监测土壤湿度，根据预设的阈值自动控制水泵进行灌溉。同时，通过环境传感器监测温度和湿度，并记录相关数据。用户可以通过按键或旋钮进行设置，并通过显示屏查看当前状态。

4. 代码实现：实现智能农业灌溉控制系统

4.1 土壤湿度传感器数据读取

配置YL-69土壤湿度传感器使用STM32CubeMX配置ADC接口：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。在图形化界面中，找到需要配置的ADC引脚，设置为输入模式。生成代码并导入到STM32CubeIDE中。 代码实现

#include "stm32f4xx_hal.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;

void ADC_Init(void) {
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);

    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

uint32_t Read_Soil_Moisture(void) {
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);
    return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    ADC_Init();

    uint32_t soil_moisture;

    while (1) {
        soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.2 水泵控制

配置GPIO控制水泵使用STM32CubeMX配置GPIO：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。在图形化界面中，找到需要配置的GPIO引脚，设置为输出模式。生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define PUMP_PIN GPIO_PIN_1
#define GPIO_PORT GPIOA

void GPIO_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = PUMP_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE
_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void Control_Pump(uint8_t state) {
    if (state) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, PUMP_PIN, GPIO_PIN_SET);  // 打开水泵
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, PUMP_PIN, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭水泵
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    ADC_Init();
    GPIO_Init();

    uint32_t soil_moisture;
    uint32_t moisture_threshold = 2000;  // 设定湿度阈值

    while (1) {
        soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
        if (soil_moisture < moisture_threshold) {
            Control_Pump(1);  // 打开水泵
        } else {
            Control_Pump(0);  // 关闭水泵
        }
        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.3 环境监测与数据记录

配置DHT22温湿度传感器使用STM32CubeMX配置GPIO接口：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。在图形化界面中，找到需要配置的GPIO引脚，设置为输入模式。生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "dht22.h"

void DHT22_Init(void) {
    // 初始化DHT22传感器
}

void DHT22_Read_Data(float* temperature, float* humidity) {
    // 读取DHT22传感器的温度和湿度数据
}

void Log_Data(float temperature, float humidity, uint32_t soil_moisture) {
    // 记录环境数据
    printf("Temp: %.2f C, Hum: %.2f %%, Soil: %lu\n", temperature, humidity, soil_moisture);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    ADC_Init();
    GPIO_Init();
    DHT22_Init();

    float temperature, humidity;
    uint32_t soil_moisture;

    while (1) {
        soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
        DHT22_Read_Data(&temperature, &humidity);
        Log_Data(temperature, humidity, soil_moisture);
        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.4 用户界面与多功能显示

配置I2C显示屏使用STM32CubeMX配置I2C：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。在图形化界面中，找到需要配置的I2C引脚，设置为I2C通信模式。生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "i2c.h"
#include "lcd1602_i2c.h"

void Display_Init(void) {
    LCD1602_Begin(0x27, 16, 2);  // 初始化LCD1602
}

void Display_Environment(float temperature, float humidity, uint32_t soil_moisture) {
    char buffer[16];
    sprintf(buffer, "Temp: %.2f C", temperature);
    LCD1602_SetCursor(0, 0);
    LCD1602_Print(buffer);

    sprintf(buffer, "Hum: %.2f %%", humidity);
    LCD1602_SetCursor(1, 0);
    LCD1602_Print(buffer);

    sprintf(buffer, "Soil: %lu", soil_moisture);
    LCD1602_SetCursor(2, 0);
    LCD1602_Print(buffer);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    ADC_Init();
    GPIO_Init();
    DHT22_Init();
    Display_Init();

    float temperature, humidity;
    uint32_t soil_moisture;

    while (1) {
        soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
        DHT22_Read_Data(&temperature, &humidity);
        Display_Environment(temperature, humidity, soil_moisture);
        HAL_Delay(1000);
    }
}