基于STM32的智能灌溉系统

news2024/11/25 15:11:46

1. 引言

智能灌溉系统通过实时监测土壤湿度和环境温度，自动控制灌溉设备的开启和关闭，有效节约水资源，提高灌溉效率。本文将介绍如何使用STM32微控制器设计和实现一个智能灌溉系统。

2. 环境准备工作

硬件准备

STM32开发板（例如STM32F103C8T6）
土壤湿度传感器（例如YL-69）
温度传感器（例如DHT11）
继电器模块（用于控制水泵）
面包板和连接线
USB下载线

软件安装与配置

Keil uVision：用于编写、编译和调试代码。
STM32CubeMX：用于配置STM32微控制器的引脚和外设。
ST-Link Utility：用于将编译好的代码下载到STM32开发板中。

步骤：

下载并安装Keil uVision。
下载并安装STM32CubeMX。
下载并安装ST-Link Utility。

3. 系统设计

系统架构

智能灌溉系统的基本工作原理是通过STM32微控制器连接土壤湿度传感器和温度传感器，实时监测土壤湿度和环境温度，并通过继电器模块控制水泵的开启和关闭，实现自动灌溉。

硬件连接

将YL-69土壤湿度传感器的VCC引脚连接到STM32的5V引脚，GND引脚连接到GND，数据引脚连接到STM32的ADC引脚（例如PA0）。
将DHT11温度传感器的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND，数据引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA1）。
将继电器模块的控制引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA2），并通过继电器模块控制水泵。

4. 代码实现

初始化代码

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "adc.h"
#include "dht11.h"
#include "usart.h"

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  
  DHT11_Init();
  
  while (1) {
    // 读取土壤湿度传感器值
    uint32_t soilMoisture = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    
    // 读取温度传感器值
    DHT11_DataTypedef DHT11_Data;
    DHT11_ReadData(&DHT11_Data);
    
    // 根据传感器数据控制继电器
    if (soilMoisture < 3000) { // 土壤湿度低于设定值，启动水泵
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
    } else { // 土壤湿度高于设定值，关闭水泵
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
    }
    
    // 通过串口输出传感器数据
    char buffer[50];
    sprintf(buffer, "Soil: %lu, Temp: %d.%d C, Hum: %d.%d %%\r\n", 
            soilMoisture,
            DHT11_Data.Temperature, DHT11_Data.TemperatureDecimal,
            DHT11_Data.Humidity, DHT11_Data.HumidityDecimal);
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buffer, strlen(buffer), HAL_MAX_DELAY);
    
    HAL_Delay(2000);
  }
}

void SystemClock_Config(void) {
  // 配置系统时钟
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
  // 初始化GPIO
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

static void MX_ADC1_Init(void) {
  // 初始化ADC1
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_55CYCLES_5;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  HAL_ADC_Start(&hadc1);
}

static void MX_USART2_UART_Init(void) {
  // 初始化USART2
  huart2.Instance = USART2;
  huart2.Init.BaudRate = 115200;
  huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

传感器读取和控制代码

#include "dht11.h"
#include "adc.h"

void DHT11_Init(void) {
  // 初始化DHT11传感器
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void DHT11_ReadData(DHT11_DataTypedef *DHT11_Data) {
  uint8_t i, j;
  uint8_t data[5] = {0};
  
  // 启动信号
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_Delay(18);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
  HAL_Delay(20);
  
  // 等待DHT11响应
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_Delay(40);
  
  // 读取数据
  for (j = 0; j < 5; j++) {
    for (i = 0; i < 8; i++) {
      while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
      HAL_Delay(40);
      if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET) {
        data[j] |= (1 << (7 - i));
      }
      while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET);
    }
  }
  
  DHT11_Data->Humidity = data[0];
  DHT11_Data->HumidityDecimal = data[1];
  DHT11_Data->Temperature = data[2];
  DHT11_Data->TemperatureDecimal = data[3];
}

uint32_t ReadSoilMoisture(void) {
  // 读取土壤湿度传感器值
  return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

void ControlPump(GPIO_PinState state) {
  // 控制水泵的开启和关闭
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, state);
}