應(yīng)用筆記|基于STM32F407ZGT6實(shí)現(xiàn)微生態(tài)花園控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：STM32F407ZGT6，控制系統(tǒng)，微生態(tài)

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1引言 2系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì) 3自動(dòng)灌溉系統(tǒng) 4 太陽(yáng)能自動(dòng)追光系統(tǒng)

5 魚(yú)缸自動(dòng)定時(shí)換水系統(tǒng)

6 結(jié)語(yǔ)

1. 引言

以STM32F407ZGT6單片機(jī)為核心控制器設(shè)計(jì)了一種微型生態(tài)花園控制系統(tǒng)，將傳感器技術(shù)、WiFi技術(shù)、攝像頭技術(shù)、自動(dòng)追光技術(shù)、μC/OS-Ⅲ實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)花園環(huán)境以及動(dòng)植物情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)控制，并具有環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度監(jiān)控，魚(yú)缸自動(dòng)換水、增氧以及寵物自動(dòng)喂養(yǎng)等功能。

2.系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

微型生態(tài)花園控制系統(tǒng)基于現(xiàn)實(shí)背景[4]設(shè)計(jì)，STM32F407ZGT6單片機(jī)為核心控制器，通過(guò)μC/OS-Ⅲ實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和TFT-LCD主控顯示屏設(shè)計(jì)出便捷友好的用戶(hù)界面，實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參數(shù)信息。系統(tǒng)采用成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行通信連接，用戶(hù)可以通過(guò)機(jī)智云和手機(jī)App連接，實(shí)現(xiàn)云端傳輸數(shù)據(jù)功能。

硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，因?yàn)槠洳粌H直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性及能耗等，還在一定程度上決定了系統(tǒng)的上限。總之，系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的部分。

微生態(tài)花園控制系統(tǒng)的硬件主要以STM32F407ZGT6單片機(jī)為控制核心板，搭載TFT-LCD觸摸顯示屏、OV5640-720P高清攝像頭、WiFi模組等。其中DHT11溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器組成檢測(cè)功能模塊，用來(lái)檢測(cè)微生態(tài)花園的溫濕度和土壤濕度等環(huán)境參數(shù)。

3.自動(dòng)灌溉系統(tǒng)

自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)首先為自動(dòng)化灌溉區(qū)域規(guī)劃做準(zhǔn)備。由于自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的工作原理，一組路徑在同一時(shí)間只能以一個(gè)頻率自動(dòng)灌溉，因此采取以下措施區(qū)分灌區(qū)的草種習(xí)性。

例如，多年生鐵線蓮、月季之類(lèi)，不耐澇、不耐高溫的可以劃分成一組，灌水的持續(xù)時(shí)間可以設(shè)置得短一些，頻率可以低一些；而藍(lán)雪花、繡球花等水生植物再分一組，灌水的持續(xù)時(shí)間設(shè)置得更長(zhǎng)更頻繁；對(duì)于耐旱、耐高溫的沙漠玫瑰、仙人掌等植物來(lái)說(shuō)，它們對(duì)水分的需求并不是很大，分為另一組，灌水的持續(xù)時(shí)間可以設(shè)置得更短一些。

系統(tǒng)工作中，當(dāng)土壤含水量低于一定閾值時(shí)(該閾值可通過(guò)可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié))指示燈就會(huì)亮起，從而檢測(cè)到該區(qū)域內(nèi)土壤濕度低于當(dāng)前植物所適宜的濕度，單片機(jī)即可控制繼電器操作小水泵進(jìn)行灌溉。

4. 太陽(yáng)能自動(dòng)追光系統(tǒng)

太陽(yáng)能是一種清潔的綠色能源，也是最豐富的可再生能源，是未來(lái)理想的綠色新能源，因此采用光伏發(fā)電技術(shù)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的續(xù)航并節(jié)約能源。太陽(yáng)能自動(dòng)追光系統(tǒng)主要由2個(gè)步進(jìn)電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)器、4個(gè)光敏電阻、1個(gè)主控芯片、1塊太陽(yáng)能板構(gòu)成，具體系統(tǒng)框架如圖2所示。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架 01

02 系統(tǒng)框架

太陽(yáng)能板的方向控制能夠?qū)崿F(xiàn)360°追光，它的4個(gè)方向分別放置4個(gè)光敏電阻，然后通過(guò)判斷對(duì)向的兩個(gè)電阻的大小控制步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該往哪個(gè)方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)通過(guò)讀取光敏電阻的阻值控制太陽(yáng)能板方向，這里采用串聯(lián)分壓的方式，如圖3所示。

串聯(lián)分壓電路 03

ADC接單片機(jī)引腳，原理就是串聯(lián)分壓，當(dāng)外界光發(fā)生變化的時(shí)候，光敏電阻的阻值發(fā)生變化，ADC讀取的就是光敏電阻分壓的數(shù)值。因?yàn)閮蓚€(gè)光敏電阻的阻值是一樣的，那么R1和R2在光照一樣的環(huán)境下，ADC引腳所讀取到的電壓值應(yīng)該是3.3/2=1.65 V，也就是說(shuō)，當(dāng)ADC所讀取到的電壓值在1.55～1.75 V (誤差±0.1 V)時(shí)，兩個(gè)光敏電阻所接收的光強(qiáng)是一樣的。

5. 魚(yú)缸自動(dòng)定時(shí)換水系統(tǒng)

魚(yú)缸主要由自動(dòng)定時(shí)換水系統(tǒng)、自動(dòng)定時(shí)供氧系統(tǒng)、自動(dòng)定時(shí)喂食系統(tǒng)三部分構(gòu)成，該設(shè)計(jì)可以幫助出差在外的用戶(hù)照顧魚(yú)缸里的魚(yú)類(lèi)，減少用戶(hù)的擔(dān)憂(yōu)。

魚(yú)缸智能化系統(tǒng)

自動(dòng)定時(shí)換水

自動(dòng)定時(shí)供氧

自動(dòng)定時(shí)喂食

6. 小結(jié)

本文所述控制系統(tǒng)通過(guò)智能控制及物聯(lián)網(wǎng)嵌入式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)陽(yáng)臺(tái)微生態(tài)花園的智能化控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了常規(guī)的溫濕度調(diào)節(jié)、追光系統(tǒng)、寵物屋和魚(yú)缸控制等智能操作外，還能通過(guò)改變終端傳感器應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，分層分級(jí)管理獲取空間參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更多的智能控制功能。

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