涂穎，劉葉林，李剛

（湖北文理學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，湖北襄陽，441053）

0 引言

隨著社會生活的進步，人們的生活質(zhì)量在逐步提高，對居住的環(huán)境也有了更高地追求?，F(xiàn)下，養(yǎng)盆栽植物被越來越多的人所喜愛，一方面它可以作為生活中一項活動去陶冶情操、修養(yǎng)生性、豐富生活；另一方面，植物的光合作用能吸收空氣中有害氣體凈化室內(nèi)空氣，讓環(huán)境更加清新。但是，在快節(jié)奏的日常中，人們總有些忙碌得無暇顧及的時候，而眾所周知，養(yǎng)殖花草成敗的關(guān)鍵在于盆栽的澆水量和給與的光照強度是否適時適量，于是，花費時間去用心呵護花草反倒成了人們生活中的一個難題。一邊喜愛種植卻又擔心因為澆水不及時導(dǎo)致花草長勢不好，影響了家庭的裝飾效果和自己的心血。因此，設(shè)計一款能夠自動進行補光澆水并且能遠程監(jiān)控的智能花盆很有實用意義，讓花草時刻都能得到悉心的照顧。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本文設(shè)計了一個基于STM32單片機的智能盆栽補光澆水系統(tǒng)，本套裝置的電路采用模塊化設(shè)計思想，分為STM32F103C8T6單片機核心電路、溫濕度傳感器DHT11電路、LCD1602液晶顯示電路、繼電器控制電路、GSM短信模塊SIM800A電路、高亮LED燈補光電路、光敏電阻檢測光照強度電路以及電源電路等。系統(tǒng)整體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)框圖

2 硬件模塊設(shè)計

■2.1 STM32單片機核心電路設(shè)計

微處理器是整個設(shè)計的核心，本文所選單片機控制芯片為STM32F103C8T6單片機，STM32系列處理器是意法半導(dǎo)體ST公司生產(chǎn)的一種基于ARM 7架構(gòu)的32位、支持實時仿真和跟蹤的微控制器。使用基于ARM架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核，具有優(yōu)異的實時性能、杰出的功耗控制、出眾及創(chuàng)新的外設(shè)，并且最大程度的集成整合，十分易于開發(fā)，可使產(chǎn)品快速將進入市場。

■2.2 繼電器控制電路設(shè)計

繼電器是一種電控制器件，當激勵量的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系，實際上一種“自動開關(guān)”，即用小電流去控制大電流運作，通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。在本系統(tǒng)中，通過三極管驅(qū)動繼電器，當單片機的控制引腳為低電平時，三極管導(dǎo)通，此時繼電器供電閉合，同時指示燈LED亮，與LED燈串聯(lián)的電阻為限流作用保護LED燈，與三極管基集相連的電阻也是限流作用，保護三極管。繼電器控制電路的原理圖如圖2所示。

圖2 繼電器控制電路

■2.3 高亮LED燈照明電路設(shè)計

比一般LED發(fā)光二極管的亮度高近百倍即高亮LED燈，其發(fā)光體本身就能發(fā)出某一波長的光，從而呈現(xiàn)出某一種顏色，其外殼是無色透明樹脂封裝，它廣泛應(yīng)用在戶外廣告牌、交通信號燈、標志牌，汽車尾燈等方面，具有壽命長、點亮速度快、高效率（其發(fā)光效率可達80%～90%，LED比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4），可靠耐用，維護費用低廉等優(yōu)點。在本設(shè)計中，選擇白色高亮LED燈作為照明燈使用，通過三極管驅(qū)動LED燈的亮滅，電阻為限流電阻，保護三極管。當單片機的控制引腳為低電平時，三極管導(dǎo)通，此時，高亮LED燈亮。否則，高亮LED燈不亮。 高亮LED燈照明電路原理圖如圖3所示。

圖3 高亮LED燈照明電路

■2.4 SIM800AGSM模塊電路設(shè)計

本系統(tǒng)選擇SIM800A模塊實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程短信信息交互。SIM800A外觀小巧，性能穩(wěn)定，是一款兩頻GSM/GPRS模塊,為SMT封裝，工作頻率為GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS和數(shù)據(jù)信息的傳輸。SIM800A尺寸為24＊24＊3mm，能適用于各種緊湊型產(chǎn)品設(shè)計需求。通過該模塊主要實現(xiàn)GSM短信遠程澆水和補光燈控制，場景如下，當用戶發(fā)送一條短信：澆水，此時繼電器1打開，同時水泵開，當水泵打開之后時鐘控制定時1分鐘關(guān)閉；同樣的，當用戶發(fā)送一條短信：補光，此時高亮LED燈亮，倒計時1分鐘后關(guān)閉。模塊接口原理圖如圖4所示，實物圖如圖5所示。

圖4 SIM800A模塊接口電路

圖5 SIM800A模塊實物圖

■2.5 溫濕度傳感器DHT11模塊電路設(shè)計

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。DHT11采用單總線數(shù)據(jù)格式實現(xiàn)雙向傳輸，數(shù)據(jù)包由5個字節(jié)組成，一次傳輸為40位高位先出；數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分；最后一個字節(jié)為校驗和，由前四個字節(jié)相加所得。具體數(shù)據(jù)分析讀取如圖6所示。

圖6 讀取5字節(jié)數(shù)據(jù)分析

由以上數(shù)據(jù)就可得到濕度和溫度的值：

humi (濕度)= byte4 .byte3=25.0 (%RH)

temp (溫度 )= byte2 .byte1=81.0 ( ℃ )

jiaoyan(驗)= byte4+ byte3+ byte2+ byte1=106(=humi+temp)(校驗正確)

本設(shè)計以該模塊為感應(yīng)器件，檢測盆栽土壤溫濕度，將檢測到的值送入STM32單片機，再由單片機控制輸出到LCD屏進行狀態(tài)顯示。

■2.6 光照檢測模塊電路設(shè)計

該傳感器可檢測周圍環(huán)境的亮度和強度，靈敏度可通過電位器調(diào)節(jié)，比較器采用LM393芯片，工作電壓在3.3～5V。輸出形式有A模擬電壓輸出和D數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1），D0口直接與單片機相連，用單片機檢測到電平的高低反映出周圍環(huán)境光照強度的改變。當在光線較暗未達到設(shè)定閾值或者黑暗環(huán)境下時，DO口輸出高電平；反之，D0輸出低電平。模塊接口原理圖如圖7所示。

圖7 光照傳感器接口原理圖

圖8 程序流程圖

3 軟件模塊設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計主要采用keil軟件編寫與調(diào)試程序，程序語言采取易讀性和移植性高的C語言編寫。系統(tǒng)運行流程圖如圖8所示。首先初始化系統(tǒng)時鐘、IO口以及定時器和外設(shè)串口，然后進入GSM串口是否接收到數(shù)據(jù)的判斷，若是則進行數(shù)據(jù)處理，否則進入光照是否超過閾值的判斷，當超過時進行光照標志處理，否則直接進行溫度采集，進而是LED以及繼電器的處理，最后通過LCD1602液晶顯示出來，同時進入GSM串口是否接到數(shù)據(jù)的循環(huán)。

4 系統(tǒng)調(diào)試與分析

首先在系統(tǒng)上電調(diào)試前，大概觀察下焊接的系統(tǒng)還存在問題，例如是否存在比較明顯的斷裂，正負極接反以及相連、虛焊、等問題，然后用萬用表檢測一下，電源正負極之間是否短路等嚴重的電源問題，最終保證系統(tǒng)沒有問題。然后在Keil4軟件中進行程序編譯和調(diào)試，直到提示沒有錯誤為止。最后就是硬件整體測試，主要運用萬用表、直流電源和示波器進行整體調(diào)試。

5 結(jié)束語

本設(shè)計主要應(yīng)用了STM32單片機及其部分相關(guān)設(shè)備，以解決人們無暇照顧花草的煩憂，再具體應(yīng)用中，本系統(tǒng)具有方便實用、智能科學(xué)、人性化等優(yōu)點，相信對本系統(tǒng)加以發(fā)展和應(yīng)用，能造福更多人。