基于STM32單片機的家用智能立體種植系統(tǒng)設計

楊興旺 王樹偉 王雪 蘇勃赫 張文瑞

摘要：文章先分析了基于STM32單片機的家用智能立體種植系統(tǒng)設計方案，隨后介紹了智能立體種植系統(tǒng)相關硬件電路以及軟件設計，希望能給相關人士提供有效參考。

關鍵詞：單片機;家用智能;立體種植系統(tǒng)

引言：

在城市人們生活質量持續(xù)提升背景下，人們的家居環(huán)境也得到了明顯改善，對于日常果蔬品質重視程度不斷提升，而隨著弄農藥問題以及生態(tài)問題惡化，人們逐漸對市場銷售菜品喪失信心。而城市居住環(huán)境主要是以高樓建筑，缺少耕地，為此誕生了智能化種植系統(tǒng)，可以借助有限空間范圍實現立體化種植。

一、基于STM32單片機的家用智能立體種植系統(tǒng)設計方案

在系統(tǒng)方案設計中，可以分為通信模塊、執(zhí)行框架、電機水泵控制模塊、傳感器以及STM32單片機等部分。系統(tǒng)中的主控芯片是STM32單片機，借助光敏以及濕度傳感裝置，對內外土壤和光照因素實施準確檢測，把最終檢測結果順利反饋至STM32單片機內，單片機可以聯(lián)系最終檢測結果對比內部參數設置，對水泵、電機運行實施合理控制，發(fā)揮出立體種植系統(tǒng)的每日自動化灌溉。聯(lián)系光敏電阻信號波動對裝置進行自動控制，把設備放置到陽光直射范圍下，擴大植物光照率。自動化補水則聯(lián)系土壤濕度監(jiān)測結果，對水泵操作實施協(xié)調控制，確保種植土壤能夠始終維持良好種植濕度，為植物茁壯成長提供有效水分。系統(tǒng)內部通過增設限位保護電路，避免電機過度運行產生損毀。通過設計信息顯示功能和不同功能鍵，在自動跟蹤管理功能出現問題后，借助人工操控，調整設備位置。如果整個種植環(huán)境內存在較高濕度，則可以通過人工措施調節(jié)濕度數值，利用平臺查看變化信息。

二、智能立體種植系統(tǒng)相關硬件電路設計

（一）單片機設計

因為傳感裝置主要采集各種模擬信號，想要順利接收信息，需要率先轉化基礎模數，為了完善硬件功能，縮減系統(tǒng)空間面積，可以選擇STM32單片機充當主控芯片。智能化家用種植系統(tǒng)主要將STM32單片機當成核心控制元件，可以有效處理各種運行信號，發(fā)揮出協(xié)調處理功能。STM32單片機屬于一種強化型芯片，在實際應用中，其具有高性能、低成本以及高集成度等性能。最小系統(tǒng)可以分為供電模塊、晶振系統(tǒng)以及芯片等部分組成。

（二）電機驅動電路

智能化家用種植系統(tǒng)選擇間歇運行模式進行逐日操作流程設計，具有較高的跟蹤精度，整體跟蹤速度相對較慢，所以選擇步進電機作為基礎跟蹤模塊。其屬于雙電機運行模式，通過四相電機和二相電機對應驅動芯片充當專門驅動裝置。L298N驅動裝置是一種內涵兩種H橋大電流、高電壓驅動裝置，可以和單片機進行直接連接，借助I/O口實施全面控制，系統(tǒng)應用簡便、電路簡單。ENB和ENA是控制端。IN1到IN4屬于控制輸入端，單片機接收控制電平會影響電機運轉。內部設置八個二極管可以發(fā)揮出箝位功能，目標是保護L298N在電機進行線圈運行中不會受到兩側反電勢沖擊。

（三）數據采集電路

信息采集機構中設置了濕度以及光敏信號采集傳感裝置，結合光敏傳感裝置應用和系統(tǒng)結構特征，可以選擇具有較高性價比以及操作簡便的光敏電阻，其操作原理聯(lián)系不同光敏阻值波動，可以操控設備追逐陽光，確保陽光可以一直垂直照射于光敏電阻內。在陽光直接映射到對應采集設備中，四種光敏電阻感受相同光強，對應阻值不變，傳感裝置也不會產生移動。在陽光射偏后，東西、南北兩組光敏裝置對光強感受程度不同，對應阻值信息產生明顯變化。電路可以對電壓波動信息進行實時采集，傳輸至STM32單片機內置信息轉化系統(tǒng)中，經過算法轉化處理后，同步操控電機運行，使電機可以保持直射，實現精準逐日目標。聯(lián)系實際運行狀態(tài)，設置濕度傳感器可以對種植土壤濕度進行準確檢測。

三、智能立體種植系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計分為顯示、功能鍵、信息轉化、電機控制、智能充水以及固定流程、核心程序等部分組成。系統(tǒng)流程方面，在通電啟動后，會率先實施自主檢查和初始化操作，結束后，掃描I/O口和傳感器連接部位，如果發(fā)現通信接口出現信號波動，則實施判斷程序，通過單片機對系統(tǒng)水泵電機實施協(xié)調控制。固定運行流程方面，參考上側光敏傳感裝置，在光強超出限值后，開始啟動光敏傳感裝置，準確判斷各個層面光照強度，因為光敏電阻波動所形成電壓變化會直接輸送到單片機內，從而對驅動電路實施合理操控，啟動電機運行，光敏傳感裝置主要按照上下左右這一順序進行檢測。在輸送電機控制信息中，脈沖寬度調節(jié)即合理操控脈沖寬度，借助微處理器傳輸控制信號，模擬電路實施控制，該種技術也是電機運行的有效控制技術。而STM32單片機該種裝置可以自動輸送PWM，內部設置的高級定時器TIM8以及TIM1能夠同步形成7路PWM輸出，一般定時器裝置能夠形成四路輸出PWM。對應PWM傳輸可以借助內部芯片實現。

四、結語

綜上所述，在城市人數持續(xù)增加背景下，人們對于食用果蔬以及相關物價重視程度持續(xù)提升，而智能化家用農具擁有較為廣泛的發(fā)展前景，通過合理設計智能化種植系統(tǒng)，可以發(fā)揮出自動灌溉功能，占據空間面積較小，適用于城市家庭。

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作者簡介：楊興旺（1996.4—），男，漢族，籍貫：河北省邢臺人，北華航天工業(yè)學院，20級在讀研究生，碩士學位，專業(yè)：電子信息，研究方向：電子與通信工程.