论文部分内容阅读
摘要：文章先分析了基于STM32單片机的家用智能立体种植系统设计方案，随后介绍了智能立体种植系统相关硬件电路以及软件设计，希望能给相关人士提供有效参考。
关键词：单片机;家用智能;立体种植系统
引言：
在城市人们生活质量持续提升背景下，人们的家居环境也得到了明显改善，对于日常果蔬品质重视程度不断提升，而随着弄农药问题以及生态问题恶化，人们逐渐对市场销售菜品丧失信心。而城市居住环境主要是以高楼建筑，缺少耕地，为此诞生了智能化种植系统，可以借助有限空间范围实现立体化种植。
一、基于STM32单片机的家用智能立体种植系统设计方案
在系统方案设计中，可以分为通信模块、执行框架、电机水泵控制模块、传感器以及STM32单片机等部分。系统中的主控芯片是STM32单片机，借助光敏以及湿度传感装置，对内外土壤和光照因素实施准确检测，把最终检测结果顺利反馈至STM32单片机内，单片机可以联系最终检测结果对比内部参数设置，对水泵、电机运行实施合理控制，发挥出立体种植系统的每日自动化灌溉。联系光敏电阻信号波动对装置进行自动控制，把设备放置到阳光直射范围下，扩大植物光照率。自动化补水则联系土壤湿度监测结果，对水泵操作实施协调控制，确保种植土壤能够始终维持良好种植湿度，为植物茁壮成长提供有效水分。系统内部通过增设限位保护电路，避免电机过度运行产生损毁。通过设计信息显示功能和不同功能键，在自动跟踪管理功能出现问题后，借助人工操控，调整设备位置。如果整个种植环境内存在较高湿度，则可以通过人工措施调节湿度数值，利用平台查看变化信息。
二、智能立体种植系统相关硬件电路设计
（一）单片机设计
因为传感装置主要采集各种模拟信号，想要顺利接收信息，需要率先转化基础模数，为了完善硬件功能，缩减系统空间面积，可以选择STM32单片机充当主控芯片。智能化家用种植系统主要将STM32单片机当成核心控制元件，可以有效处理各种运行信号，发挥出协调处理功能。STM32单片机属于一种强化型芯片，在实际应用中，其具有高性能、低成本以及高集成度等性能。最小系统可以分为供电模块、晶振系统以及芯片等部分组成。
（二）电机驱动电路
智能化家用种植系统选择间歇运行模式进行逐日操作流程设计，具有较高的跟踪精度，整体跟踪速度相对较慢，所以选择步进电机作为基础跟踪模块。其属于双电机运行模式，通过四相电机和二相电机对应驱动芯片充当专门驱动装置。L298N驱动装置是一种内涵两种H桥大电流、高电压驱动装置，可以和单片机进行直接连接，借助I/O口实施全面控制，系统应用简便、电路简单。ENB和ENA是控制端。IN1到IN4属于控制输入端，单片机接收控制电平会影响电机运转。内部设置八个二极管可以发挥出箝位功能，目标是保护L298N在电机进行线圈运行中不会受到两侧反电势冲击。
（三）数据采集电路
信息采集机构中设置了湿度以及光敏信号采集传感装置，结合光敏传感装置应用和系统结构特征，可以选择具有较高性价比以及操作简便的光敏电阻，其操作原理联系不同光敏阻值波动，可以操控设备追逐阳光，确保阳光可以一直垂直照射于光敏电阻内。在阳光直接映射到对应采集设备中，四种光敏电阻感受相同光强，对应阻值不变，传感装置也不会产生移动。在阳光射偏后，东西、南北两组光敏装置对光强感受程度不同，对应阻值信息产生明显变化。电路可以对电压波动信息进行实时采集，传输至STM32单片机内置信息转化系统中，经过算法转化处理后，同步操控电机运行，使电机可以保持直射，实现精准逐日目标。联系实际运行状态，设置湿度传感器可以对种植土壤湿度进行准确检测。
三、智能立体种植系统软件设计
系统软件设计分为显示、功能键、信息转化、电机控制、智能充水以及固定流程、核心程序等部分组成。系统流程方面，在通电启动后，会率先实施自主检查和初始化操作，结束后，扫描I/O口和传感器连接部位，如果发现通信接口出现信号波动，则实施判断程序，通过单片机对系统水泵电机实施协调控制。固定运行流程方面，参考上侧光敏传感装置，在光强超出限值后，开始启动光敏传感装置，准确判断各个层面光照强度，因为光敏电阻波动所形成电压变化会直接输送到单片机内，从而对驱动电路实施合理操控，启动电机运行，光敏传感装置主要按照上下左右这一顺序进行检测。在输送电机控制信息中，脉冲宽度调节即合理操控脉冲宽度，借助微处理器传输控制信号，模拟电路实施控制，该种技术也是电机运行的有效控制技术。而STM32单片机该种装置可以自动输送PWM，内部设置的高级定时器TIM8以及TIM1能够同步形成7路PWM输出，一般定时器装置能够形成四路输出PWM。对应PWM传输可以借助内部芯片实现。
四、结语
综上所述，在城市人数持续增加背景下，人们对于食用果蔬以及相关物价重视程度持续提升，而智能化家用农具拥有较为广泛的发展前景，通过合理设计智能化种植系统，可以发挥出自动灌溉功能，占据空间面积较小，适用于城市家庭。
参考文献
[1] 殷振新，辜松，范开钧，刘小耿，谢忠坚. MINI温室智能种植系统构建[J]. 农机化研究. 2021（07）.
[2] 李欣雪，陈贵镔，江炼强，彭楚翰. 智能农业光伏发电追踪系统应用研究[J]. 信息技术与信息化. 2020（08）.
[3] 杨勤，刘大帅，王卫星，石勐，王建伟. 基于SET/TRIZ的家庭智能蔬菜种植箱创新设计[J].包装工程. 2020（16）.
[4] 孙浩文. 基于单片机的温室温湿度采集系统设计[J].自动化与仪器仪表. 2017（03）.
[5] 张怀波，张伟娟，周保龙，杨宝祝. 我国阳台农业发展现状评析[J]. 安徽农业科学. 2014（18）.
[6] 蓝厚荣. 单片机的PWM控制技术[J].工业控制计算机. 2010（03）.
作者简介：杨兴旺（1996.4—），男，汉族，籍贯：河北省邢台人，北华航天工业学院，20级在读研究生，硕士学位，专业：电子信息，研究方向：电子与通信工程.
关键词：单片机;家用智能;立体种植系统
引言：
在城市人们生活质量持续提升背景下，人们的家居环境也得到了明显改善，对于日常果蔬品质重视程度不断提升，而随着弄农药问题以及生态问题恶化，人们逐渐对市场销售菜品丧失信心。而城市居住环境主要是以高楼建筑，缺少耕地，为此诞生了智能化种植系统，可以借助有限空间范围实现立体化种植。
一、基于STM32单片机的家用智能立体种植系统设计方案
在系统方案设计中，可以分为通信模块、执行框架、电机水泵控制模块、传感器以及STM32单片机等部分。系统中的主控芯片是STM32单片机，借助光敏以及湿度传感装置，对内外土壤和光照因素实施准确检测，把最终检测结果顺利反馈至STM32单片机内，单片机可以联系最终检测结果对比内部参数设置，对水泵、电机运行实施合理控制，发挥出立体种植系统的每日自动化灌溉。联系光敏电阻信号波动对装置进行自动控制，把设备放置到阳光直射范围下，扩大植物光照率。自动化补水则联系土壤湿度监测结果，对水泵操作实施协调控制，确保种植土壤能够始终维持良好种植湿度，为植物茁壮成长提供有效水分。系统内部通过增设限位保护电路，避免电机过度运行产生损毁。通过设计信息显示功能和不同功能键，在自动跟踪管理功能出现问题后，借助人工操控，调整设备位置。如果整个种植环境内存在较高湿度，则可以通过人工措施调节湿度数值，利用平台查看变化信息。
二、智能立体种植系统相关硬件电路设计
（一）单片机设计
因为传感装置主要采集各种模拟信号，想要顺利接收信息，需要率先转化基础模数，为了完善硬件功能，缩减系统空间面积，可以选择STM32单片机充当主控芯片。智能化家用种植系统主要将STM32单片机当成核心控制元件，可以有效处理各种运行信号，发挥出协调处理功能。STM32单片机属于一种强化型芯片，在实际应用中，其具有高性能、低成本以及高集成度等性能。最小系统可以分为供电模块、晶振系统以及芯片等部分组成。
（二）电机驱动电路
智能化家用种植系统选择间歇运行模式进行逐日操作流程设计，具有较高的跟踪精度，整体跟踪速度相对较慢，所以选择步进电机作为基础跟踪模块。其属于双电机运行模式，通过四相电机和二相电机对应驱动芯片充当专门驱动装置。L298N驱动装置是一种内涵两种H桥大电流、高电压驱动装置，可以和单片机进行直接连接，借助I/O口实施全面控制，系统应用简便、电路简单。ENB和ENA是控制端。IN1到IN4属于控制输入端，单片机接收控制电平会影响电机运转。内部设置八个二极管可以发挥出箝位功能，目标是保护L298N在电机进行线圈运行中不会受到两侧反电势冲击。
（三）数据采集电路
信息采集机构中设置了湿度以及光敏信号采集传感装置，结合光敏传感装置应用和系统结构特征，可以选择具有较高性价比以及操作简便的光敏电阻，其操作原理联系不同光敏阻值波动，可以操控设备追逐阳光，确保阳光可以一直垂直照射于光敏电阻内。在阳光直接映射到对应采集设备中，四种光敏电阻感受相同光强，对应阻值不变，传感装置也不会产生移动。在阳光射偏后，东西、南北两组光敏装置对光强感受程度不同，对应阻值信息产生明显变化。电路可以对电压波动信息进行实时采集，传输至STM32单片机内置信息转化系统中，经过算法转化处理后，同步操控电机运行，使电机可以保持直射，实现精准逐日目标。联系实际运行状态，设置湿度传感器可以对种植土壤湿度进行准确检测。
三、智能立体种植系统软件设计
系统软件设计分为显示、功能键、信息转化、电机控制、智能充水以及固定流程、核心程序等部分组成。系统流程方面，在通电启动后，会率先实施自主检查和初始化操作，结束后，扫描I/O口和传感器连接部位，如果发现通信接口出现信号波动，则实施判断程序，通过单片机对系统水泵电机实施协调控制。固定运行流程方面，参考上侧光敏传感装置，在光强超出限值后，开始启动光敏传感装置，准确判断各个层面光照强度，因为光敏电阻波动所形成电压变化会直接输送到单片机内，从而对驱动电路实施合理操控，启动电机运行，光敏传感装置主要按照上下左右这一顺序进行检测。在输送电机控制信息中，脉冲宽度调节即合理操控脉冲宽度，借助微处理器传输控制信号，模拟电路实施控制，该种技术也是电机运行的有效控制技术。而STM32单片机该种装置可以自动输送PWM，内部设置的高级定时器TIM8以及TIM1能够同步形成7路PWM输出，一般定时器装置能够形成四路输出PWM。对应PWM传输可以借助内部芯片实现。
四、结语
综上所述，在城市人数持续增加背景下，人们对于食用果蔬以及相关物价重视程度持续提升，而智能化家用农具拥有较为广泛的发展前景，通过合理设计智能化种植系统，可以发挥出自动灌溉功能，占据空间面积较小，适用于城市家庭。
参考文献
[1] 殷振新，辜松，范开钧，刘小耿，谢忠坚. MINI温室智能种植系统构建[J]. 农机化研究. 2021（07）.
[2] 李欣雪，陈贵镔，江炼强，彭楚翰. 智能农业光伏发电追踪系统应用研究[J]. 信息技术与信息化. 2020（08）.
[3] 杨勤，刘大帅，王卫星，石勐，王建伟. 基于SET/TRIZ的家庭智能蔬菜种植箱创新设计[J].包装工程. 2020（16）.
[4] 孙浩文. 基于单片机的温室温湿度采集系统设计[J].自动化与仪器仪表. 2017（03）.
[5] 张怀波，张伟娟，周保龙，杨宝祝. 我国阳台农业发展现状评析[J]. 安徽农业科学. 2014（18）.
[6] 蓝厚荣. 单片机的PWM控制技术[J].工业控制计算机. 2010（03）.
作者简介：杨兴旺（1996.4—），男，汉族，籍贯：河北省邢台人，北华航天工业学院，20级在读研究生，硕士学位，专业：电子信息，研究方向：电子与通信工程.