本文摘要：摘要：隨著科學技術的發展，基于物聯網技術的開發和創新設計也越來越多，更多智能系統應用到了生活、學習中。本設計是以校園綠化建設中的綠植灌溉為基本所提出的，其最大的特點就是使水資源、人力資源利用率最大化。本設計以STM32F407單片機為主控，選取YL-6
摘要：隨著科學技術的發展，基于物聯網技術的開發和創新設計也越來越多，更多智能系統應用到了生活、學習中。本設計是以校園綠化建設中的綠植灌溉為基本所提出的，其最大的特點就是使水資源、人力資源利用率最大化。本設計以STM32F407單片機為主控，選取YL-69土壤濕度傳感器、DS18B20溫度傳感器、ESP8266物聯網WIFI模塊、水泵、電磁閥等器件基于物聯網技術完成設計。在該系統中感知層的土壤濕度傳感器與溫度傳感器將實時數據傳輸到STM32單片機中進行處理計算，并經過傳輸層的物聯網WIFI模塊將實時數據傳輸到移動端手機APP，同時STM32單片機同步控制應用層的水泵及需水區域電磁閥，實現對某一區域綠植的精確灌溉。經實驗測試，該系統各部分運行正常，可以完全實現系統設計的功能，并且運行穩定。
關鍵詞：STM32;物聯網技術;綠植灌溉;傳感器
0引言
隨著經濟、生活水平的提高，校園環境的建設也成為各個學校的校園建設重點。而各個學校的綠植覆蓋率也在逐漸增加，所以綠植的灌溉問題也日益凸顯[1-3]。傳統的綠植灌溉方式為人工灌溉或者以半自動的灌溉方式為主，而這樣的灌溉方式極大的浪費了水資源及人力資源。對于現階段對水資源的利用率，還有比較高的進步空間，利用物聯網技術結合綠植灌溉的實際情況可非常好的解決傳統灌溉所遇到的問題[4-8]。本論文的綠植灌溉系統設計運用了傳感器技術、單片機技術、物聯網WIFI技術以及其他技術來實現全自動智能綠植灌溉，同時也可以通過移動端手機APP來實時監測、控制綠植灌溉系統[9-11]。
物聯網論文范例：智能物聯網絡相關論文投稿期刊
1校園綠植灌溉系統總體設計概述
各區域DS18B20溫度傳感器與各區域YL-69土壤濕度傳感器采集相應區域的溫、濕度數據并將其發送到STM32F407單片機中，單片機通過該區域植物生長數據通過PID算法計算出該區域當前所需灌溉的水量及適宜的灌溉速度，并通過水泵驅動器控制水泵的抽取水量及抽水速度，同時控制電磁閥驅動器打開需灌溉區域的電磁閥。之后將當前的傳感器數據、水泵及電磁閥的運行狀態通過ESP8266物聯網WIFI模塊發送到移動端手機APP。該設計作品可通過手機APP發出灌溉指令，也可依托互聯網實時更新數據發出相應指令。
2校園綠植灌溉系統硬件設計
2.1感知層傳感器模塊設計
2.1.1YL-69土壤濕度傳感器設計
YL-69土壤濕度傳感器由不銹鋼探針和防水探頭構成，可以長期埋設于土壤或堤壩內使用，對表層和深層土壤水分進行定點監測和實時測量，與數據采集器配合使用。
2.1.2DS18B20溫度傳感器設計
DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等其他測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求編程讀取溫度數據，可編程的分辨率為9~12位。數據信息存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度;如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。
例如：DS18B20溫度傳感器數字輸出為1B8H，即：實際溫度=1B8H*0.0625=440*0.0625=27.5℃2.2傳輸層ESP8266物聯網WIFI模塊設計ESP8266不僅可以發送數據到服務器端，還可以接受服務器發過來的信息。同時，ESP8266還有三種工作方式以配合不同的應用環境。
STA模式：ESP8266WiFi模塊通過路由器連接互聯網，手機或電腦通過互聯網實現對設備的遠程控制。AP模式：ESP8266WiFi模塊模塊作為熱點，實現手機或電腦直接與模塊通信，實現局域網無線控制。STA+AP模式：兩種模式的共存模式，即可以通過互聯網控制可實現無縫切換，方便操作。本設計選用STA模式，并應用模塊的UART串口功能以實現移動端與應用端的數據透傳、遠程控制。
■2.3STM32主控模塊設計STM32F407是由ST(意法半導體)開發的一種高性能微控制器。其采用了90納米的NVM工藝和ART(自適應實時存儲器加速器，AdaptiveReal-TimeMemoryAccelerator)。并且集成了新的DSP和FPU指令，168MHz的高速性能使得數字信號控制器應用和快速的產品開發達到了新的水平，提升控制算法的執行速度和代碼效率。本設計根據STM32F407的開發手冊繪制主控原理圖，選用25MHz晶振，增加復位、啟動電路，使實際應用更加靈活。
■2.4應用層水泵、電磁閥設計水泵驅動器控制水泵從水源地取水，將水通過運輸管道運至各灌溉區域，電磁閥驅動器負責控制當前區域電磁閥是否開啟對該區域綠植進行灌溉。這樣設計可對不同區域進行同時灌溉控制。
3校園綠植灌溉系統測試
3.1傳感器實際應用測試
3.1.1YL-69土壤濕度傳感器測試對土壤濕度傳感器特性進行測試時通過ADC輸出電壓值，根據電壓值輸出情況對傳感器的特性進行分析。將土壤濕度傳感器傳回的數據通過串口中斷服務程序將其測試結果傳送在上位機上，經過反復的測試，測試結果為濕度數據會隨著電壓值的增大而減小，在實際環境中傳感器傳回的濕度值總體變化波動不大，電壓值、濕度數據基本穩定。并且5V時在極限環境中，傳感器在空氣中AO讀取的值最大為1022，浸泡在水里的最小值245。傳感器返回值都正常，也說明土壤濕度傳感器通過測試。
4總結
本設計基于物聯網技術、傳感器技術以及單片機技術，以STM32F407芯片為核心設計校園綠植智能灌溉系統，通過在系統中應用土壤溫濕度傳感器、溫濕度傳感器、水泵驅動、電磁閥驅動及WIFI模塊等實現系統硬件功能;在Keil環境下開發完成各軟件功能模塊的設計以及配置。并通過串口上位機測試，系統運行穩定，可根據不同區域、不同綠植設置不同的閾值自動啟動綠植灌溉功能，同時還可以用移動端實時監測系統運行情況及綠植生長環境情況。經實驗測試，該系統各部分運行正常，可以完全實現系統設計的功能，并且運行穩定，有效提高了對水資源及人力資源的利用率。
參考文獻
[1]張偉,宋梓源,王明茜.基于STM32智能灌溉系統的設計與實現[J].計算機技術與發展,2020,38(9):205-209.*
[2]李統樂.傳感技術的應用與發展趨勢展望[J].電聲技術,2018,42(4):63-65.*
[3]李陽.基于物聯網的智能花卉養護系統的研究[D].哈爾濱:黑龍江大學,2017.*
[4]殷留留,韓森,王芳,等.基于L298N的直流電機調速系統的設計與應用[J].信息技術,2017(6):104-106.*
[5]董世林,劉承橋,王振.基于ZigBee校園智能灌溉系統的設計[J].物聯網技術.2019(10):76-78
作者：劉瑞楠，鄭來芳，郝鵬翔
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