摘要本文將實際生產(chǎn)應用作為研究背景，與植物生長智能管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀和對監(jiān)控系統(tǒng)的需求相結合，利用嵌入式軟硬件。開發(fā)、網(wǎng)絡通訊、傳感技術、總線技術等，開發(fā)設計出一套板藍根生長管理控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對藥材生長過程中的智能管理，提高植物種植生長管理程序的運行效用。該系統(tǒng)以STM32F103C8T6單片機為核心，對設備各類信息及時處理、實時監(jiān)測，以實現(xiàn)智能化種植，智能監(jiān)測模塊著重分析了溫度、濕度、光照度這三個因子對板藍根的生長產(chǎn)生的影響，通過使用每個節(jié)點的采集模塊，對其進行信息采集，再由藍牙模塊進行發(fā)送和接收，來實現(xiàn)對其生長環(huán)境的在線監(jiān)測，可以對板藍根生長環(huán)境中的各個節(jié)點的環(huán)境參數(shù)信息進行實時的監(jiān)控，讓管理人員可以隨時看到，并對其生長環(huán)境進行監(jiān)控。關鍵詞：單片機；植物生長智能管理系統(tǒng)；溫度傳感器；自動灌溉

ABSTRACTThisarticletakespracticalproductionapplicationsastheresearchbackground,combinesthecurrentsituationofplantgrowthintelligentmanagementsystemsandtheirmonitoringsystemrequirements,andutilizesembeddedsoftwareandhardwaredevelopment,networkcommunication,sensingtechnology,bustechnology,etc.todevelopanddesignasetofBanlangengrowthmanagementandcontrolsystem,inordertoachieveintelligentmanagementofthegrowthprocessofmedicinalmaterialsandimprovetheoperationalefficiencyoftheplantplantingandgrowthmanagementsystem.ThesystemisbasedontheSTM32F103C8T6microcontrollerasthecore,whichtimelyprocessesandmonitorsvarioustypesofequipmentinformationtoachievethegoalofintelligentplanting.Theintelligentmonitoringmodulefocusesonanalyzingtheimpactoftemperature,humidity,andilluminationonthegrowthofBanlangen.Byutilizingthecollectionmodulesofeachnode,informationiscollected,andtheonlinemonitoringfunctioninthegrowthenvironmentiscompletedthroughsendingandreceivingthroughtheBluetoothmodule,ItcanmonitortheenvironmentalparametersofeachnodeinthegrowthenvironmentofBanlangeninreal-time,sothatmanagementpersonnelcanviewandmonitoritsgrowthenvironmentatanytime.

KeyWords：SeriesMCU；Intelligentmanagementsystemforplantgrowth；Temperaturesensor；Automaticirrigation

目錄TOC\o"1-3"\h\u9126第1章緒論 1141531.1課題研究目的及意義 1225741.2國內外研究現(xiàn)狀 1225741.3內容設計 230084第2章系統(tǒng)總體設計 389922.1系統(tǒng)的結構組成 3144332.2各模塊器件的選擇 3208852.2.1主控芯片選擇 385792.2.2檢測溫度方案選擇 4112082.2.3顯示方案選擇 4309102.3總體設計方案 51852.4本章小結 617828第3章系統(tǒng)硬件設計 792113.1單片機的選擇 7303643.1.1單片機的特點 758783.2溫度檢測模塊的選擇及電路設計 724673.2.1DS18B20簡介 784753.2.2DS18B20原理及其電路 831093.3液晶顯示器的選擇及電路設計 824673.3.1液晶顯示器概述 884753.3.2OLED原理及其電路 931093.4DHT11濕度檢測模塊原理及其電路 10198453.5灌溉電機電路 11271003.6本章小結 1221017第4章系統(tǒng)程序設計 13273314.1主程序流程設計 1347564.2編程軟件介紹 14214804.3數(shù)據(jù)庫設計 15314964.4上位機設計 16174104.5藍牙串口設計 17174104.6溫度監(jiān)測函數(shù)流程設計 18174104.7灌溉電機流程設計 18174104.8顯示軟件設計 1928402第5章系統(tǒng)安裝與調試 21229705.1系統(tǒng)硬件調試 2179495.2整體系統(tǒng)的功能驗證 2194145.3參數(shù)設置實物測試 237795第6章設計總結與展望 2411536參考文獻 257795致謝 26第1章緒論1.1課題研究目的及意義我國是目前最大的發(fā)展中國家，在可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，面臨著資源約束和環(huán)境惡化；目前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著一系列的不利條件，如極端天氣頻繁發(fā)生等，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著許多困難和挑戰(zhàn)。特別是最近幾年，中國西南許多地方出現(xiàn)了嚴重的干旱，給當?shù)氐闹矘湓炝衷斐闪撕艽蟮膿p失。而我國的沿海經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域，由于天氣和其他一些因素的作用，在某些時候還會出現(xiàn)旱澇災害。在我國，由于氣候和水資源的形勢很難預報，因此，開發(fā)了基于傳感資料的智慧栽培技術，并對栽培進行了科學的預警和精細栽培；為今后國家種植業(yè)的發(fā)展提供了一條可行的途徑，以應對氣候變化帶來的不利影響。智能化精準耕作是解決目前粗放式耕作方式和資源利用率低下問題的一條行之有效的方法，也是國家發(fā)展農(nóng)業(yè)的一個關鍵環(huán)節(jié)。智慧耕作系統(tǒng)可以讓耕作人員對耕作的各種因素進行實時、動態(tài)的把握。同時，智慧種植系統(tǒng)還可以將計算機學科和農(nóng)業(yè)各種專業(yè)學科的當前研究成果進行融合，讓農(nóng)業(yè)研究者可以得到更多的對農(nóng)業(yè)的種植各個階段進行監(jiān)測的手段，在將來，可以通過對傳感器數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，對整個種植行業(yè)的發(fā)展狀況和趨勢進行預測。1.2國內外研究現(xiàn)狀國內對農(nóng)業(yè)節(jié)水的研究大致分為初步的數(shù)據(jù)庫建設、作物用水地圖的編制、農(nóng)業(yè)節(jié)水系統(tǒng)的制訂等等。雖然各方面的研究均以降低人工成本和增加用水利用率為目的，但均基于傳統(tǒng)的充分灌區(qū)。目前，我國的節(jié)水型灌溉業(yè)正在國外蓬勃發(fā)展，且在我國的推廣和使用范圍較大。在美國，有百分之四十五的土地被用來澆灌，而在英國、德國、瑞典、日本，超過百分之九十的土地被用來澆灌。在國外，智能化的壓流管已得到了廣泛的應用。在微灌溉方面，以色列與美國是世界上應用最廣泛的國家。他們提出了把水分注入到植物根部的泥土下面，可以讓植物的各種指數(shù)協(xié)調一致，從而提高植物的生產(chǎn)效率的新觀念。以色列在缺水的情況下，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，建立了一個智力先進、出口導向的農(nóng)牧業(yè)。耐特費姆是一位著名的農(nóng)業(yè)專家，他發(fā)明了一種灌溉裝置和一種微型灌溉裝置，可以實現(xiàn)灌溉，施肥，以及作物生長信息的采集，都是通過電腦來實現(xiàn)的?？傊?，目前國內的智能農(nóng)業(yè)技術已經(jīng)取得了一定的進展，但是具體到藥材方面的研究仍然處于起步階段，仍然需要進一步深入的展開相關研究，而國外發(fā)達國家對于精細化種植和微灌溉方面的研究較為先進。所以結合物聯(lián)網(wǎng)技術，研究一套基于智能化種植系統(tǒng)，可以在實際種植環(huán)節(jié)中發(fā)揮作用，達到減少人力增加產(chǎn)量的效果。1.3內容設計本文將實際生產(chǎn)應用作為研究背景，與植物生長智能管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀和對監(jiān)控系統(tǒng)的需求相結合，通過嵌入式軟硬件開發(fā)、傳感技術、網(wǎng)絡通訊、總線技術等，然后開發(fā)出了一套關于板藍根生長的管理控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對藥材生長過程中的智能管理，提高植物種植生長管理系統(tǒng)的運行效率。本系統(tǒng)實時處理各種儀器的各種信息，并實時監(jiān)控，以實現(xiàn)智能栽培，可分為自動灌溉，智能栽培和多環(huán)栽培三大部分。自動澆灌系統(tǒng)采用了主從式的通信模式，采用無線串行接口實現(xiàn)了主機與移動終端的通信。系統(tǒng)自生根函數(shù)依返回數(shù)據(jù)而進行管理板藍根藥材的生長。智能監(jiān)測模塊著重分析了溫度、濕度、光照度這三種因素對板藍根生長產(chǎn)生的影響，并利用每個節(jié)點的采集模塊，對其進行信息采集，再由藍牙模塊進行發(fā)送和接收，最后將信息匯集在主控室中，再由微型計算機進行處理，最后將最后的結果顯示出來。實現(xiàn)了在生長環(huán)境中的在線監(jiān)測功能，可以對板藍根生長環(huán)境中的各個節(jié)點環(huán)境參數(shù)的信息進行實時的監(jiān)控，讓管理人員可以隨時看到這些信息，并對其生長環(huán)境進行了監(jiān)測。第2章系統(tǒng)總體設計2.1系統(tǒng)的結構組成該系統(tǒng)是基于STM32微控制器的板藍根藥材種植管理系統(tǒng)，在設計的過程中，可以利用土壤水分傳感器，對板藍根所處的土壤水分情況進行實時的收集，還可以進行自動澆水，如果土壤水分過低，可以用水泵給板藍根藥材體系澆水。在板藍根的種植過程中，需要對溫度進行嚴格的控制，通過大氣溫度探測傳感器來探測板藍根周圍的溫度情況，如果發(fā)現(xiàn)板藍根的溫度過低，就會發(fā)出警報；另外，它還可以自動開啟加熱器，讓板藍根周圍的環(huán)境，都變得非常適合板藍根的生長。通過光照傳感器獲取光線狀態(tài)，可以通過光敏電阻對光線信息進行探測，并將其轉化為數(shù)字控制量，可以通過燈給板藍根補充光線。為增強系統(tǒng)的交互能力，在進行設計的時候，必須要有外部的液晶顯示設備來進行本地化顯示，同時還可以使用按鍵的方法來對各種工作模式進行選擇，并設置各種數(shù)值信息。使用移動電話

APP軟件，使用開發(fā)軟件，可以設計出一套完善的控制系統(tǒng)，可以使用移動電話終端發(fā)出相應的控指令。能夠通過LCD對圖像進行實時顯示，獲取包括光照、溫度和土壤等在內的數(shù)據(jù)；這種數(shù)據(jù)消息可以和PC機中的APP終端進行同步顯示。2.2各模塊器件的選擇2.2.1主控芯片選擇選擇使用STM32F103C8T6作為該設計的主板芯片，因為STM32F103C8T6芯片是一款低功耗、高性能的ARMCortex-M系列單片機，具有強大的功能和性價比高的特性。這個芯片上集成了很多外部設備，比如雙12位ADC，18兆位/秒SPI，4兆位/秒UART等等，它是一種很好的嵌入式系統(tǒng)。在集成IC方面，該芯片的可靠性更高，能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。此外，該芯片的功耗和集成度方面表現(xiàn)不俗，能夠滿足各種應用場景的需求。針對STM32F103C8T6芯片的優(yōu)勢，首先是其強大的處理能力和豐富的外設，能夠支持各種復雜的嵌入式系統(tǒng)應用。其次，該芯片的性價比非常高，能夠為開發(fā)者提供更為經(jīng)濟的解決方案。此外，STM32F103C8T6芯片的集成度和功耗表現(xiàn)也非常出色，可以滿足各種應用場景的需求。針對適用范圍，STM32F103C8T6芯片非常適用于各種嵌入式系統(tǒng)的應用，如智能家居、工業(yè)自動化、醫(yī)療設備等等。此外，該芯片還可以應用于各種傳感器、數(shù)據(jù)采集和處理等方面，能夠為各種行業(yè)提供解決方案?？偟膩碚f，STM32F103C8T6芯片是一款非常優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)解決方案，具有強大的處理能力、豐富的外設、性價比高、功耗和集成度表現(xiàn)出色等優(yōu)勢，非常適用于各種嵌入式系統(tǒng)應用。2.2.2檢測溫度方案選擇溫度測量是工業(yè)和生活中必要的任務之一，因此開發(fā)不同的溫度傳感器已成為一門研究。本文將介紹兩種溫度測量方案。方案一采用光敏電阻作為通用電阻元件，電阻值隨溫度升高而減小。在這種情況下，感光電阻器的性能使得它能產(chǎn)生一個隨溫度而改變的電阻值。通常，這種傳感器與ADC集成IC一起使用。轉換脈沖信號為模擬信號，然后發(fā)送至微控制器進行分析處理。然而，這種方法需要較多的電路來完成轉換，且精度較低。第二種方法是將DS18B20芯片用作數(shù)字式測溫元件。該方法無需將脈沖信號轉化為模擬信號，只需一個簡單的主電路即可完成。這種傳感器會受到工作溫度的影響，通過造成一個固定頻率的單一脈沖來對其進行計數(shù)，之后再對這些數(shù)據(jù)進行分析，從而得到測量的溫度值。這種方案相對穩(wěn)定，參考資料較為完整，難度較低，價格也更加劃算。綜上所述，不同的溫度傳感器方案都有其優(yōu)點和缺點，選擇哪種方案主要取決于用戶的實際需求和預算。在選擇傳感器時，需要考慮其穩(wěn)定性、精度、難度和價格等因素。無論采用哪種方案，都應該根據(jù)實際情況進行合理的調整和修改，以適應不同的應用場景。2.2.3顯示方案選擇在現(xiàn)如今科技的快速發(fā)展中，各種智能產(chǎn)品都在不斷涌現(xiàn)，而其中的顯示屏也在不斷地升級。這篇文章將著重探討兩種不同的顯示器方案：方案一和方案二。方案一使用的是LED數(shù)字顯示管，其原理類似于照明，需要進行取模處理。這種方案有一定的局限性，因為它只能顯示一位數(shù)字，如果需要顯示更多的數(shù)字，就需要配合使用多個數(shù)字顯示管，這樣的成本是比較高的。使用周期也相對較短，而且色度會緩慢下降。因此，這種方案的顯示內容相對有限，不太適合需要顯示多行數(shù)據(jù)的情況。第二個方案是使用OLED顯示屏，將溫度顯示出來。有機發(fā)光二極管相對于LCD來說，它的厚度更薄，亮度更高，而且耗電更少；快速響應，高清晰度和良好的柔性；高熒光效率。這種方案的優(yōu)點在于，可以顯示多行數(shù)據(jù)信息，實際效果非常清晰。設計相對簡單，價格也不貴，可以減少室內空間的占用。這種方案的唯一缺點是如果被長期陽光暴曬，可能會對顯示屏造成一定的影響。在實際應用中，我們需要根據(jù)實際需要來選擇不同的方案。如果只需要顯示一個數(shù)字，那么方案一是非常實用的選擇。但如果需要顯示多行數(shù)據(jù)，那么方案二則更加適合?？傊?，不同的方案都有各自的優(yōu)缺點，我們需要根據(jù)實際情況來做出選擇。2.3總體設計方案本次設計以STM32F103C8T6單片機作為核心控制器，與其他的模塊一起組成了一套完整的基于STM32板藍根藥材種植管理系統(tǒng)，它由中控部分、輸入部分和輸出部分組成。該系統(tǒng)可以對中藥材的栽培過程進行監(jiān)控，采集并控制數(shù)據(jù)，為中藥材的栽培管理提供了一種行之有效的方法。本系統(tǒng)采用STM32F103C8T6作為控制芯片，實現(xiàn)對系統(tǒng)的采集，并通過對系統(tǒng)的內部運算后，對系統(tǒng)的輸出進行控制。系統(tǒng)的硬件電路分為六個部分，首先是DS18B20的測溫電路，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的測溫功能。第二個單元為DHT-11溫度和水分探測模塊，用于探測周圍的水分含量。第三部份為測定土壤水分而設的電阻式水分感應器模塊。第四個部件為鍵盤的鍵控輸入模塊，實現(xiàn)了對鍵盤的控制。第五個是照明模塊，模擬太陽光線照射到植株上。第六節(jié)為電源回路，為全套裝置提供電源動力。本系統(tǒng)之輸出分為三個部分，其中一部份為有機發(fā)光二極管螢幕，可透過螢幕來呈現(xiàn)目前的溫度與亮度等。第二個部件是一個用于模擬灌溉過程的澆灌電機。第三個是一個藍牙模塊，實現(xiàn)了對手機和單片機之間的無線通信。系統(tǒng)總框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)總框圖表2.1為各部件名稱及其可實現(xiàn)的功能：表2.1各部件模塊及其功能部件名稱實現(xiàn)功能溫度檢測模塊采集被測環(huán)境溫度并實時回傳MCU溫濕度檢測模塊采集被測環(huán)境溫濕度并實時回傳MCU液晶顯示模塊將溫度和設定溫度上限顯示藍牙模塊通過藍牙實現(xiàn)手機和單片機的數(shù)據(jù)傳輸電阻濕傳感器模塊采集土壤的濕度數(shù)據(jù)并實時回傳MCU灌溉電機模塊用來模仿種植工廠中的植株灌溉操作2.4本章小結這一章主要是對板藍根藥材種植管理系統(tǒng)的功能要求和各個模塊的要求進行了闡述。經(jīng)過對數(shù)據(jù)的篩選和比較，在保證費用的情況下，設計出了整個系統(tǒng)的整體方案，并對各個組件模塊對應的功能做了詳盡的說明。本系統(tǒng)可以對板藍根的栽培過程進行監(jiān)控，并進行數(shù)據(jù)采集和控制，為板藍根的栽培管理提供了一種行之有效的方法。第3章系統(tǒng)硬件設計3.1單片機的選擇3.1.1單片機的特點主要控制部分包括外圍和主機控制部分兩部分。以主控制線路為基礎，配合少數(shù)幾個電子器件，構成了MCU的最簡系統(tǒng)。該系統(tǒng)由主板芯片，復位電路和時鐘電路構成，在該系統(tǒng)中，由單片機設計的每個引腳都能夠作為一個控制模塊，用于與計算機或其他外部機器設備相連接。由單片機實物圖如圖3.1所示：圖3.1單片機實物圖3.2溫度檢測模塊的選擇及電路設計3.2.1DS18B20簡介溫度傳感器在板藍根藥材種植管理系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。這是因為草藥種植需要嚴格的溫度控制，以確保草藥能夠在最適宜的環(huán)境中生長。因此，使用數(shù)字溫度傳感器成為高效的藥材種植管理系統(tǒng)。DS18B20為圖3.2中所示的數(shù)字式溫度傳感器。其特點是體積小，密封性能好，抗干擾性強，精度高，價格低廉，工作電壓范圍廣等。這使得DS18B20成為最受歡迎的數(shù)字溫度傳感器之一。另外，DS18B20也能按要求進行數(shù)據(jù)傳送，并能將數(shù)據(jù)傳送到MCU，在LCD1602液晶屏幕上進行顯示。DS18B20擁有64位的地址序列碼，而且它可以被寫到ROM中，這樣就能讓多個溫度傳感器被掛在相同的總線上，從而構成一個傳感器陣列。這樣，溫度傳感器可以同時監(jiān)測多個位置的溫度，提高草藥種植的效率和準確性。溫度傳感器在板藍根藥材種植管理系統(tǒng)中有著重要的地位。DS18B20是一種非常優(yōu)秀的數(shù)字溫度傳感器，它具有許多優(yōu)點，并且可以通過多種方式輸出數(shù)字信號。此外，它還可以與其他溫度傳感器一起形成傳感器陣列，提高草藥種植的效率和準確性。圖3.2DS18B20溫度傳感器3.2.2DS18B20原理及其電路DS18B20是一種可提供精確測溫數(shù)據(jù)，且操作簡單，數(shù)據(jù)穩(wěn)定的數(shù)字式溫度傳感器。廣泛應用于各種溫度檢測系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)中，如空調、冰箱、汽車、電子設備等領域。它可以提供二進制的9位溫度讀數(shù)來指示器件的溫度。用戶只需連接HOST到傳感器的DATABUS來獲取溫度信息，非常方便。但在初始化中需要執(zhí)行讀取CID的操作，以實現(xiàn)多個傳感器的單線應用。這種傳感器具有兩個8比特的內存，可以存儲測量到的溫度數(shù)據(jù)。確定存儲中的每個比特是否為1，從而確定了正和負的溫度，該溫度值的補數(shù)存儲在第二存儲中。這種存儲方式使得讀取溫度值更為簡單，而且還可以避免由于傳感器與主控芯片通信時，由于傳輸錯誤導致的錯誤溫度值。DS18B20引腳可設置為兩種不同的供電方式：外部供電和共源供電。共源供電方式會導致完成溫度測量的時間延長，但在多路共用數(shù)據(jù)總線時更為明顯。3.3液晶顯示器的選擇及電路設計3.3.1液晶顯示器概述在電子產(chǎn)品中，顯示模組作為一種與人交流的接口，通過點陣的組合，可以表現(xiàn)出不同的圖形符號。相對于普通的輸出裝置，LCD有以下優(yōu)點：LCD是一種發(fā)光設備，能夠在電場的作用下使光線發(fā)生彎曲，使其與背景光源產(chǎn)生不同程度的折射，從而實現(xiàn)了無閃爍的LCD。圖像的品質有了很大的提高，但顯象管卻有一點閃光。由于使用了數(shù)字接口，將單片機系統(tǒng)之間的連接變得更為簡單、可靠，從而為用戶提供了更多的方便和選擇，為其后續(xù)的操作提供了便利。該LCD具有尺寸小、重量輕的特征，其工作機理是通過外加電場來調控LCD的扭轉狀態(tài)。在沒有供電的情況下，背光不能透過LCD，造成光的折射，在供電的情況下，對光的傳輸有利，因此可以實現(xiàn)顯示；LCD的功率消耗非常低，與一般的顯示相比，它的功率消耗很大程度上是由晶片與電極所組成。3.3.2OLED原理及其電路顯示屏中的發(fā)光單元為有機聚合物發(fā)光級管，也就是OLED。在黑白屏幕上，每個像素都是發(fā)光二極管。OLED是一種“自發(fā)光”，用的是像素點，對比度高，視覺效果好，可惜現(xiàn)在的技術還不成熟。無法進行規(guī)模放大，其價格比TFT-液晶顯示器高得多。有機發(fā)光二極管有兩種，一種是PMOLED，一種是AMOLED。這里描述的模塊顯示方法是PMOLED。模塊的接口是8根插針，采用串行SPI通訊方式，并在板面上進行了詳細的描述。由于板載電壓調節(jié)芯片U2的緣故，所述模塊的電源電壓可為3~5V。本模組內置中文字庫晶片。模塊的接口是8根插針，采用串行SPI通訊方式，并在板面上進行了詳細的描述。由于板載電壓調節(jié)芯片U2的緣故，所述模塊的電源電壓可為3~5V。本模組內置中文字庫。（1）OLED顯示屏：128*64點陣OLED單色屏。下文簡稱為顯示屏、屏、OLED屏（2）SSD1306驅動芯片：模塊上直接看不到，芯片封裝在顯示屏背面玻璃基板上。（3）GT20L16S1Y字庫芯片：內部固化了8套字符的點陣數(shù)據(jù)，90%的容量都用來存儲中文字庫。（4）接口及電源配置電路：8路插針，板載低壓差降壓穩(wěn)壓芯片662K。（5）PCB板及若千外圍電阻電容元件。模塊廠家已做好外圍電路不用再操心硬件電路。 液晶顯示屏如圖3.3所示：圖3.3OLED顯示屏連接3.4DHT11濕度檢測模塊原理及其電路DHT11是溫度和水分的感應器，具有經(jīng)校正的數(shù)碼訊號。測量的準確度為：相對濕度為-5~95%，溫度為-2℃，測量范圍為-20~+60℃。獨有的數(shù)碼模組化、溫濕感應技術，保證了設備的長時間穩(wěn)定、高可靠性。它是采用的一種新型的NTC溫敏元件，采用了一種新型的8位的高性能單片機。它具有高品質、高反應速率、高抗干擾性、高性價比等優(yōu)點。每個DHT11感測器都要經(jīng)過精確的水份檢測。標定因子以一種編程方式存儲在OTP存儲器中，用于對探測數(shù)據(jù)進行處理。采用了一種單線路的串口，使得整個系統(tǒng)的整合更加容易和快速。其體積極小，功率消耗極低，是這類系統(tǒng)在嚴酷環(huán)境下的理想選擇。該產(chǎn)品采用4管腳，單列，便于連接。DHT11溫度檢測模塊如圖3.4所示。圖3.4DHT11溫度檢測模塊3.5灌溉電機電路步進電機是一種將電脈沖信號變換為相應的角位移和線性位移的電機。每次加載，轉子旋轉一圈，或向前移動一圈，其輸出方向及角度直接與加載脈沖次數(shù)成比例，旋轉速度直接與加載脈沖頻率成比例。所以，步進電機也被稱為脈沖馬達。這是一個開環(huán)電路，能把一個電脈沖轉換成一個角形或一個直線形變。當電機空載時，其速度，駐車位置與該算法僅依賴于脈沖的頻率、數(shù)目，且與負載無關。沿著預定的方向以一定的角度旋轉。這被稱為“步距角”，也就是說，每一步都有一定的轉角。利用該方法，只需調節(jié)角度位移，就能實現(xiàn)對目標的精確定位。此外，通過調節(jié)馬達的轉速及加速器，也可調節(jié)馬達的轉速。所設計的步進電動機是一臺四相型的步進電動機，其動力來源為一臺單極性的直流電動機。當步進電動機每相繞組以適當?shù)臅r間順序加載電流時，步進電動機便可實現(xiàn)步進旋轉。灌溉電機實物如圖3.5所示。圖3.5灌溉電機實物3.6本章小結本章主要對所設計的板藍根藥材種植管理系統(tǒng)中單片機最小系統(tǒng)的電路組成和電路功能進行了詳細的描述。包括單片機最小系統(tǒng)電路組成、電路功能，溫度檢測模塊、灌溉電機模塊所使用到的器件、器件的功能、特點、工作參數(shù)以及各模塊的電路連接方式等。這一章主要是將所設計的板藍根藥材種植管理系統(tǒng)中單片機最小系統(tǒng)所有設備的電路圖，用電路框圖展示出來，主要是由溫度檢測模塊、灌溉電機模塊等各部分電路結合在一起構成。第4章系統(tǒng)程序設計4.1主程序流程設計在主要的編程部分，先對每個功能模塊進行初始化，然后就是while的主循環(huán)，在主循環(huán)中，就是第一次的鍵盤監(jiān)控功能；本功能主要是利用實時的鍵盤掃描功能，根據(jù)鍵盤的不同，對系統(tǒng)執(zhí)行不同的操作。隨后，便會出現(xiàn)第二個OLED的顯示功能，這個功能會以各種界面標記位來呈現(xiàn)各種界面，其中就有當前的溫度，濕度，光照強度等數(shù)據(jù)。立即執(zhí)行第3個功能水分探測功能，該函數(shù)主要實時檢測環(huán)境和土壤的濕度并傳回給單片機進行處理和顯示。其部分主程序源碼如下所示：intmain(void){ u8t;u16adcx0;u16adcx1;u16adcx2;u16adcx3; floattemp; floatR; floatfloag=0; u8temperature; u8humidity; delay_init(); SystemInit()； //配置系統(tǒng)時鐘為72M uart_init(9600); Adc_Init(); OLED_Init(); OLED_ColorTurn(1); OLED_DisplayTurn(0); OLED_Refresh(); OLED_Clear();DHT11_Init(); //DHT11初始化 Motor_Init(); LED_GPIO_Config(); KEY_Init();}通過數(shù)據(jù)采集、判斷和輸出控制，該程序實現(xiàn)了環(huán)境智能監(jiān)測和控制。該程序可以廣泛應用于溫室大棚、空調系統(tǒng)等領域，提高生產(chǎn)效率和生活舒適度。主程序流程如圖4.1所示。圖4.1主程序設計4.2編程軟件介紹該設計中使用了Keil5的編程軟件。其界面如圖4.2所示：圖4.2Keil5開發(fā)界面Keil5以其輕便快捷、操作簡單的編程環(huán)境，受到了廣大開發(fā)者的青睞。Keil5最為突出的特點是支持多種芯片，生成的HEX文件可以通過燒錄器直接燒錄到單片機中。Keil5編譯有三種模式，分別是Debug、Release和Customized。Debug模式下，Keil5會對程序進行調試，提供更多的開發(fā)工具，如監(jiān)視變量、調試窗口、堆棧窗口。Release模式下，Keil5會對程序進行優(yōu)化，使程序在運行時更加流暢。Customized模式下，Keil5會根據(jù)開發(fā)者的需求和硬件平臺的要求，定制化編譯模式。值得一提的是，Keil5在編譯的過程中，會在界面下方顯示編譯結果，方便開發(fā)者查找錯誤。在編寫程序時，Keil5也會提供代碼自動補全、錯誤提示、代碼高亮等功能，極大地提高了開發(fā)效率。Keil5是一個非常優(yōu)秀的嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境，其支持多種芯片、提供多種編譯模式、具備強大的調試功能以及快捷的操作方式，都使其成為了嵌入式軟件開發(fā)領域的不二之選。4.3數(shù)據(jù)庫設計物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展使得越來越多的嵌入式設備需要與互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互，再通過遠程控制來實現(xiàn)對設備的管理。MySQL是一種輕量級的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，用戶可以通過串口對單片機設備進行運行狀態(tài)控制，同時將采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。MySQL提供了方便的數(shù)據(jù)存儲和管理功能，能夠為用戶提供高效快捷的數(shù)據(jù)獲取和管理方式。本系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)庫是MySQL，MySQL是一種以關系為基礎的數(shù)據(jù)庫，它不需要將所有的數(shù)據(jù)集中在一個大型的數(shù)據(jù)庫中，而是以多個表的形式存儲數(shù)據(jù)，這樣就可以大大地提高數(shù)據(jù)的靈活性和處理速度。MySQL使用的是其中最常用的一個可用于存取資料庫的一種標準語言。MySQL采用雙重許可策略，把它分成兩類，一類是社會許可，另一類是商業(yè)許可。因為MySQL體積小，速度快，而且整體擁有成本低廉。尤其是它還具備開源的特性，因此，大部分中小、大型網(wǎng)站的許多的開發(fā)人員都將MySQL來做站點數(shù)據(jù)庫。MySQL是一款先進的開放源碼的資料庫。該系統(tǒng)具有多使用人群、泛用性強、多線程、多用戶等特點。MySQL尤其受歡迎。這是一個很受歡迎的LAMP平臺，包括Linux、Apache、MySQL以及PHP?，F(xiàn)在，MySQL的所有權屬于甲骨文。最主要的操作系統(tǒng)平臺上都有MySQL數(shù)據(jù)庫。它能在Unix、Linux、WINDOWS和Mac操作系統(tǒng)上運行。使用MySQL的理由有很多，第一，MySQL滿足了功能要求；其次，從易用性上來說，MySQL比起其他的數(shù)據(jù)庫要簡單得多，而且更重要的是，MySQL的學習非常方便，很容易上手。第三，MySQL數(shù)據(jù)庫對計算機的要求很低，任何一臺計算機都可以安裝，而且對計算機的性能也沒有太大的影響。在上位機中，使用SqlConnection對象連接數(shù)據(jù)庫，構造SQL對象，執(zhí)行SQL語句，處理SQL語句執(zhí)行后的結果，從而可以實現(xiàn)上位機對數(shù)據(jù)庫的操縱，最終實現(xiàn)單片機到上位機再到數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸。4.4上位機設計主控系統(tǒng)采用Android平臺，使用Android軟件Studio實現(xiàn)了移動端APP的編寫，PC端可以與移動端相連，并進行調試。所謂PC，就是能夠直接下達控制指令的電腦，PC/HostComputer/MasterComputer/UpperComputer是他的英文名，具體的應用程序可由上位計算機實現(xiàn)。在Android操作系統(tǒng)上，主要使用的是Java語言，通過WIFI或者藍牙，以TCP/IP協(xié)議為基礎，通過AndroidStudio開發(fā)，能連接單片機及PC的藍牙串口?？晒┯布褂玫拇贐luetooth模組（TTL）通信。其操作界面如圖4.3所示圖4.3AndroidStudio操作界面上位機軟件的主要功能：1、可以搜索藍牙設備2、接收顯示數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)3、可以設置ASCII與HEX的輸入輸出模式4、自定義接收對齊字節(jié)數(shù)。串口通信是指用一根線（串行接口）將一個字符（字節(jié)）從一端傳輸?shù)搅硪欢说耐ㄐ欧绞?。這就是串行通信，是在計算機體系中實現(xiàn)的最基本的通信方式，也是計算機體系結構中最常用的通信方式。串口通信比按字節(jié)（byte）并行通信慢，但是由于在一個方向上，串口可以同時使用一根線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，所以串口也被稱為異步通信。串口的通訊速度低于字節(jié)的平行通訊，但它又被稱作異步通訊，因為它能在一個方向上用同一條線路收發(fā)資料。在串口通訊中，最主要的參數(shù)除了波特率、數(shù)據(jù)比特、停止比特、奇偶校驗外，還需要對比特進行分析。在通信的兩個端口之間，這些參數(shù)必須匹配。4.5藍牙串口設計該代碼主要用來實現(xiàn)藍牙功能，通過手機操作藍牙軟件發(fā)送串口數(shù)據(jù)給單片機進行處理。軟件部分程序源碼如下所示： if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!=RESET) { Res=USART_ReceiveData(USART1); if((USART_RX_STA&0x8000)==0) { if(USART_RX_STA&0x4000) { if(Res!='s')USART_RX_STA=0; elseUSART_RX_STA|=0x8000; } else { if(Res=='j')USART_RX_STA|=0x4000; else{ USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res; //sz=USART_RX_BUF[0]; USART_RX_STA++; if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接數(shù)據(jù)錯誤,重新開始接收 } } } }4.6溫度監(jiān)測函數(shù)流程設計溫度檢測函數(shù)可以實時檢測環(huán)境溫度并傳輸給單片機進行處理和顯示。它的一些程序源代碼是這樣的：//從DHT11讀取一次數(shù)據(jù)//temp：溫度值(范圍：0~50°)//humi：濕度值(范圍：20%~90%)//返回值：0，正常：1，讀取失敗u8DHT11_Read_Data(u8*temp,u8*humi){ u8buf[5]; u8i; DHT11_Rst(); if(DHT11_Check()==0) { for(i=0；i<5；i++)//讀取40位數(shù)據(jù) { buf[i]=DHT11_Read_Byte(); } if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4]) { *humi=buf[0]; *temp=buf[2]; } }elsereturn1; return0; }4.7灌溉電機流程設計灌溉電機代碼主要用來執(zhí)行電機的轉動，用來模仿工廠的植株灌溉。其部分程序源碼如下所示：if(adcx0<=shidu){MOT=0;} if(adcx0>shidu){MOT=1;} if(temperature<=wendu) {JR=1;} if(temperature>wendu) {JR=0;}4.8顯示軟件設計在工作時，單片機需要將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至液晶顯示器，以實時反饋燈光狀態(tài)和溫濕度信息。要做到這一點，就必須對通過對MCU與OLED的編程，保證了數(shù)據(jù)的準確性。在顯示和發(fā)送數(shù)據(jù)時，也需要對內部的指示開始工作。所以，在編程時，要按照需要的顯示內容與流線來進行編程，并且要合理地選取OLED顯示器的地址與標識。如圖4.4單片機顯示流程圖。圖4.4OLED顯示流程圖由圖可見，單片機首先進行系統(tǒng)初始化和液晶顯示器初始化。接下來，單片機通過調用相關函數(shù)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至液晶顯示器，并在液晶屏幕上實時顯示。在整個過程中，單片機不斷更新并處理數(shù)據(jù)，以確保顯示的準確性。這種設計方案可以使人們更加直觀地了解環(huán)境狀況，從而更好地掌握環(huán)境變化。第5章系統(tǒng)安裝與調試5.1系統(tǒng)硬件調試為了實現(xiàn)板藍根藥材種植管理系統(tǒng)，必須經(jīng)過一系列的步驟。首先，在覆銅板上焊接器件完成實物搭建，這是整個系統(tǒng)構建的基礎。其次，要進行測試，確保線路的連接良好，并對有無虛焊，設計錯誤，器件損壞等情況進行檢測；如出現(xiàn)系統(tǒng)故障等情況，保證系統(tǒng)能夠正確運行。然后，運行該軟件，對各個模塊的功能進行測試，并對該軟件的結構進行優(yōu)化，修改錯誤。這是整個系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。通過測試和修改，可以確保各模塊的功能正常，系統(tǒng)整體功能得以實現(xiàn)。最終，對所設計的各個功能進行了設計。它們可以包括數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的分析等等。通過實現(xiàn)這些功能，可以讓種植管理系統(tǒng)更加智能化、數(shù)字化、自動化。經(jīng)過以上步驟，最終可以得到正常運行的板藍根藥材種植管理系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以對藥材進行追溯管理，提高種植效率，確保藥材的質量和安全。在進行硬體焊接時，會出現(xiàn)虛焊、短路等問題。然后，按照電路圖，用萬用表一根一根的檢查，看看有沒有短路，或者是斷路。及時斷電，更換損壞的器件，根據(jù)器件使用說明中的應用參數(shù)調整，通過PNP三極管的電壓不是VCC，而在本設計中，如果采用工作電壓超過2.7V的LED，比如貼片型LED，則有可能導致不亮或蜂鳴器不工作，這時需要配合萬用表，在多點同時測量，確定可用電壓，再選用合適的器件，也可以把發(fā)光二極管連到I/O端口上，但要加以調整，不然會影響到放大電流，進而影響到蜂鳴器。在執(zhí)行此項試驗的過程中，如果找到當IC產(chǎn)生熱量或溫度升高時，要關閉電源，以免造成器件的損傷，同時要檢查器件的短路情況。5.2整體系統(tǒng)的功能驗證將事先寫好的程序燒錄到單片機上，接著運行，從顯示器上可以看到此時所測得的溫度，狀況是正常的。實物測試如圖5.1所示。圖5.1實物上電測試圖結合上圖5.1所示，通過藍牙模塊連接到上位機，其中能顯示傳感器所采集到的數(shù)據(jù)并能夠根據(jù)之前所設定的閾值進行自動化的控制。上位機顯示界面如圖5.2所示。圖5.2APP實時接收信息實物測試圖5.3參數(shù)設置實物測試使用設定按鈕，可以對該溫度的最大值進行設定，按下設定按鈕1次，就可以進入到溫度最大值的設定中，進行設定，測試過程具體如下：圖5.3，可以用加法和減法來對設定的數(shù)值進行加操作，可以用減法來對設定的數(shù)值進行減操作。圖5.3實物設置實物測試

第6章設計總結與展望本文主要研究了STM32F103C8T6作為溫度檢測、濕度檢測、藍牙模塊；在對在灌注電機模塊等電路設計方面，與各種元件進行了融合，并進行了探索和實踐，最終達到了設計的目的，并將溫度傳感器、濕溫度傳感器、液晶顯示器；灌溉電機模塊和藍牙模塊相結合，構成了一個完整的整體，而且還具有遠程控制系統(tǒng)，可以利用智能系統(tǒng)來對植物進行澆水，這樣就可以簡化了生活生產(chǎn)中的繁瑣步驟，節(jié)約了大量的人力資源，還可以提升生產(chǎn)的安全性。在電子信息領域中，電路設計是非常重要的一環(huán)。無論是在科研還是工作中，都需要掌握這一技能。通過一次次的鍛煉，我的電路設計水平得到了不斷提高。我不僅掌握了各種電路設計的方法和技巧，還能夠將其靈活應用于實際項目中，達到最佳效果。這種技能的培養(yǎng)離不開付出大量的時間和精力，而我的付出得到了充分的回報。通過電路設計的實踐，我對電路設計有了更深層次的了解和把握。更清楚地了解了電路設計的基本原理和構成，進而可以靈活應用和創(chuàng)新。這種深層次的理解和掌握，為我在未來的科研和工作中提供了充足的支持?？梢哉f，本次設計為我未來的科研和工作打下了堅實的基礎。通過這次設計，我不僅展示了自己的技能，還提高了自身的學術素養(yǎng)和實踐能力。這種基礎，在日后的工作和學習中，將起到非常重要的作用?？偟膩碚f，我在不斷地學習和實踐中，對電路方便的知識有了更高的認識；為今后的研究與工作奠定了良好的基礎。同時也說明了在電子學和信息學中，電路設計是非常重要的。這個項目將我在學校里所學的大部分內容都融合在了一起，而且是在這個基礎上延伸拓展，讓我的能力得到了更多的提升，從數(shù)據(jù)的搜集到實物的建造，我的綜合能力都有了很大的提升。參考文獻[1]蔣會利.傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉變的思考[J].安徽農(nóng)學通報(下半月刊)，2020.[2]張增林，郁曉慶.基于無線傳感器網(wǎng)絡的土壤信息采集系統(tǒng)[J].節(jié)水灌溉.2021.[3]Hendrickson,Schmer,Sanderson.WaterUseEfficiencybySwitchgrassComparedtoaNativeGras