基于單片機(jī)畢業(yè)論文一.摘要

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，基于單片機(jī)的智能控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化、智能家居、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本案例以某高校實(shí)驗(yàn)室的智能灌溉系統(tǒng)為研究對(duì)象，旨在通過單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)植物生長環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測與精準(zhǔn)控制。研究背景為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化、智能化管理的迫切需求，以及傳統(tǒng)灌溉方式存在的資源浪費(fèi)和效率低下問題。

本研究采用STM32單片機(jī)作為核心控制器，結(jié)合溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光照傳感器等環(huán)境感知模塊，構(gòu)建了一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、處理與控制于一體的智能灌溉系統(tǒng)。研究方法主要包括硬件電路設(shè)計(jì)、嵌入式軟件開發(fā)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與性能測試。在硬件層面，通過模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的高效采集與傳輸，并利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與邏輯控制；在軟件層面，基于C語言開發(fā)嵌入式程序，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取、閾值判斷與灌溉決策。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，該智能灌溉系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際環(huán)境變化動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉策略，有效降低了水資源消耗，提高了植物生長效率。

主要發(fā)現(xiàn)包括：1）單片機(jī)控制下的多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠顯著提升環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確性；2）基于閾值的智能決策算法能夠優(yōu)化灌溉行為，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約；3）系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間控制在5秒以內(nèi)，滿足實(shí)時(shí)控制需求。結(jié)論表明，基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)具有實(shí)用性和推廣價(jià)值，能夠?yàn)楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有效的技術(shù)支持。本研究不僅驗(yàn)證了單片機(jī)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測與控制領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，也為后續(xù)相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考。

二.關(guān)鍵詞

單片機(jī)；智能灌溉；環(huán)境監(jiān)測；STM32；嵌入式系統(tǒng)；傳感器融合

三.引言

隨著全球人口的持續(xù)增長和城市化進(jìn)程的加速，水資源短缺和土地資源退化問題日益嚴(yán)峻，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了更高的要求。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉方式主要依賴人工經(jīng)驗(yàn)，存在灌溉周期不規(guī)律、水資源利用效率低下、作物生長不均勻等問題，不僅增加了勞動(dòng)成本，也導(dǎo)致了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)灌溉方式的水資源利用率普遍低于50%，而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟需通過技術(shù)革新實(shí)現(xiàn)節(jié)水、高效、智能化的管理。在此背景下，智能灌溉系統(tǒng)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的重要組成部分，逐漸成為研究熱點(diǎn)。智能灌溉系統(tǒng)通過自動(dòng)化監(jiān)測和精準(zhǔn)控制，能夠根據(jù)作物實(shí)際需求和環(huán)境變化動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉策略，從而顯著提高水資源利用效率，保障作物健康生長，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

單片機(jī)技術(shù)作為現(xiàn)代電子技術(shù)的核心，以其高集成度、低功耗、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在智能控制系統(tǒng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)通過集成傳感器、執(zhí)行器和控制單元，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土壤濕度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并依據(jù)預(yù)設(shè)算法自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉設(shè)備，如水泵、電磁閥等，從而實(shí)現(xiàn)智能化管理。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)在智能灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用不斷深化，系統(tǒng)性能和功能得到顯著提升。例如，基于STM32單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)通過無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了更加便捷的管理手段。然而，現(xiàn)有研究在傳感器數(shù)據(jù)融合、控制算法優(yōu)化、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面仍存在改進(jìn)空間，需要進(jìn)一步探索和優(yōu)化。

本研究以STM32單片機(jī)為核心控制器，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)智能灌溉系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)灌溉方式存在的問題，提高水資源利用效率。研究的主要問題包括：1）如何通過多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)提高環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的準(zhǔn)確性；2）如何設(shè)計(jì)智能決策算法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉控制；3）如何優(yōu)化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)以提高可靠性和實(shí)用性。本研究的假設(shè)是：通過集成先進(jìn)的傳感器技術(shù)、優(yōu)化控制算法以及采用模塊化設(shè)計(jì)，可以構(gòu)建一個(gè)高效、穩(wěn)定、實(shí)用的智能灌溉系統(tǒng)，顯著提高灌溉效率和作物生長質(zhì)量。

本研究的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，理論意義上，本研究通過探索單片機(jī)技術(shù)在智能灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用，豐富了嵌入式系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)自動(dòng)化交叉領(lǐng)域的理論研究，為相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了參考。其次，實(shí)踐意義上，該系統(tǒng)可直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，幫助農(nóng)民實(shí)現(xiàn)節(jié)水、高效的灌溉管理，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。此外，本研究還可為其他領(lǐng)域的智能控制系統(tǒng)開發(fā)提供借鑒，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的普及和應(yīng)用。最后，社會(huì)意義上，通過提高水資源利用效率，有助于緩解水資源短缺問題，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

研究內(nèi)容主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、嵌入式軟件開發(fā)、系統(tǒng)測試與分析。在硬件層面，設(shè)計(jì)基于STM32單片機(jī)的控制器電路，集成溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光照傳感器等環(huán)境感知模塊，并連接水泵、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在軟件層面，開發(fā)嵌入式程序?qū)崿F(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、閾值判斷與灌溉控制邏輯。在系統(tǒng)測試階段，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間、控制精度等性能指標(biāo)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。本研究將采用模塊化設(shè)計(jì)思路，確保系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，為后續(xù)功能擴(kuò)展提供基礎(chǔ)。通過系統(tǒng)實(shí)施與測試，驗(yàn)證單片機(jī)技術(shù)在智能灌溉系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用效果，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有效的技術(shù)解決方案。

四.文獻(xiàn)綜述

在智能灌溉系統(tǒng)領(lǐng)域，基于單片機(jī)的控制技術(shù)已積累了豐富的研究成果。早期研究主要集中在利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)簡單灌溉行為的控制，如基于固定時(shí)間或簡單閾值的灌溉決策。文獻(xiàn)[1]探討了使用8051單片機(jī)控制電磁閥實(shí)現(xiàn)基本的定時(shí)灌溉功能，該研究為后續(xù)智能灌溉系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，研究者開始關(guān)注多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測對(duì)灌溉決策的影響。文獻(xiàn)[2]提出了一種結(jié)合溫濕度傳感器和土壤濕度傳感器的智能灌溉系統(tǒng)，通過單片機(jī)分析傳感器數(shù)據(jù)并調(diào)整灌溉量，初步實(shí)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境變化進(jìn)行灌溉。這些早期研究主要關(guān)注硬件實(shí)現(xiàn)和基本控制邏輯，對(duì)于環(huán)境數(shù)據(jù)的深度利用和灌溉算法的優(yōu)化尚未深入探討。

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步，基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)在功能和完善性上取得了顯著進(jìn)展。文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于STM32單片機(jī)和無線通信技術(shù)的智能灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸功能，使農(nóng)民能夠隨時(shí)隨地掌握田間環(huán)境狀況并進(jìn)行管理。文獻(xiàn)[4]則重點(diǎn)研究了傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，通過卡爾曼濾波算法融合溫濕度、土壤濕度和光照傳感器數(shù)據(jù)，提高了環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的準(zhǔn)確性，進(jìn)而優(yōu)化了灌溉決策。該研究為提高系統(tǒng)智能化水平提供了重要思路。此外，文獻(xiàn)[5]探討了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的灌溉控制策略，利用單片機(jī)執(zhí)行預(yù)先訓(xùn)練好的決策模型，實(shí)現(xiàn)了更精準(zhǔn)的灌溉管理。這些研究展示了單片機(jī)技術(shù)在智能灌溉系統(tǒng)中的強(qiáng)大潛力，特別是在數(shù)據(jù)分析和智能決策方面的應(yīng)用。

在硬件設(shè)計(jì)方面，研究者們不斷優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)以提高性能和可靠性。文獻(xiàn)[6]提出了一種低功耗單片機(jī)設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化電源管理和傳感器工作模式，延長了系統(tǒng)的續(xù)航時(shí)間，適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用。文獻(xiàn)[7]則關(guān)注系統(tǒng)的魯棒性設(shè)計(jì)，通過冗余傳感器和故障檢測機(jī)制，提高了系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。這些硬件層面的改進(jìn)為智能灌溉系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供了有力支持。然而，現(xiàn)有研究在系統(tǒng)集成度和用戶交互方面仍存在不足。許多系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了基本的灌溉控制功能，但在用戶體驗(yàn)和系統(tǒng)易用性方面缺乏關(guān)注，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用效果受限。

在控制算法方面，研究者們嘗試了多種方法以提高灌溉效率。文獻(xiàn)[8]提出了一種基于模糊邏輯的灌溉控制算法，通過設(shè)定模糊規(guī)則實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)灌溉決策，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性。文獻(xiàn)[9]則研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制策略，利用單片機(jī)執(zhí)行復(fù)雜的非線性映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了更精準(zhǔn)的灌溉管理。這些算法研究為智能灌溉系統(tǒng)的智能化升級(jí)提供了理論支持。然而，這些高級(jí)算法在資源受限的單片機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)時(shí)面臨計(jì)算復(fù)雜度和內(nèi)存占用等挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步優(yōu)化以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用需求。

盡管已有大量研究探討了基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)，但仍存在一些研究空白和爭議點(diǎn)。首先，多傳感器數(shù)據(jù)融合算法的優(yōu)化仍是研究重點(diǎn)。雖然現(xiàn)有研究已經(jīng)采用卡爾曼濾波、模糊邏輯等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，但在復(fù)雜環(huán)境下的融合精度和實(shí)時(shí)性仍有提升空間。其次，智能灌溉系統(tǒng)的能源效率問題亟待解決。許多系統(tǒng)依賴電池供電，但電池續(xù)航時(shí)間有限，尤其是在大規(guī)模應(yīng)用中。如何通過低功耗設(shè)計(jì)和能量收集技術(shù)提高系統(tǒng)自持能力是一個(gè)重要研究方向。此外，現(xiàn)有研究在系統(tǒng)集成度和智能化程度上存在差異，部分系統(tǒng)功能單一，難以滿足多樣化的農(nóng)業(yè)需求。如何構(gòu)建更加全面、智能的灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多作物、多場景的精準(zhǔn)管理，是未來研究的重要方向。

在實(shí)際應(yīng)用方面，智能灌溉系統(tǒng)的推廣還面臨一些挑戰(zhàn)。首先，成本問題限制了其在小型農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。目前基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)硬件和開發(fā)成本相對(duì)較高，對(duì)于資源有限的農(nóng)民來說難以承受。如何降低系統(tǒng)成本，提高性價(jià)比，是推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。其次，農(nóng)民的接受程度和操作技能也是制約因素。許多農(nóng)民對(duì)新技術(shù)缺乏了解，操作復(fù)雜系統(tǒng)存在困難。如何設(shè)計(jì)用戶友好的界面和提供有效的培訓(xùn)，是提高系統(tǒng)應(yīng)用效果的重要保障。最后，數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)問題也逐漸凸顯。隨著智能灌溉系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的連接日益緊密，如何保障數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)的安全性，防止信息泄露，是未來研究需要關(guān)注的問題。

綜上所述，基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)研究已取得顯著進(jìn)展，但在傳感器融合、能源效率、系統(tǒng)集成、成本控制等方面仍存在改進(jìn)空間。未來研究需要進(jìn)一步優(yōu)化算法，提高系統(tǒng)智能化水平，同時(shí)關(guān)注成本降低和用戶接受度，以推動(dòng)智能灌溉技術(shù)的廣泛應(yīng)用。本研究將在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化傳感器數(shù)據(jù)處理、設(shè)計(jì)高效控制算法、改進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)等方法，構(gòu)建一個(gè)更加高效、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的智能灌溉系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

五.正文

5.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的智能灌溉系統(tǒng)以STM32F103C8T6單片機(jī)為核心控制器，采用模塊化設(shè)計(jì)思路，主要包括環(huán)境感知模塊、數(shù)據(jù)處理與控制模塊、執(zhí)行模塊以及人機(jī)交互模塊。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，各模塊之間通過串行通信或并行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和指令傳輸。環(huán)境感知模塊負(fù)責(zé)采集土壤濕度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)；數(shù)據(jù)處理與控制模塊基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、閾值判斷和灌溉決策；執(zhí)行模塊根據(jù)控制指令驅(qū)動(dòng)水泵、電磁閥等設(shè)備；人機(jī)交互模塊提供本地操作界面和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)遵循高集成度、高可靠性和可擴(kuò)展性原則。核心控制器選用STM32F103C8T6單片機(jī)，該芯片具有豐富的GPIO口、ADC通道和通信接口，能夠滿足系統(tǒng)需求。傳感器模塊包括DHT11溫濕度傳感器、MQ-5土壤濕度傳感器和BH1750光照傳感器，分別用于監(jiān)測環(huán)境溫濕度、土壤含水量和光照強(qiáng)度。數(shù)據(jù)處理與控制模塊除STM32單片機(jī)外，還包括濾波電路、穩(wěn)壓電路和存儲(chǔ)單元，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。執(zhí)行模塊包括水泵、電磁閥和繼電器，通過單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)灌溉操作。人機(jī)交互模塊采用LCD1602液晶顯示屏和獨(dú)立按鍵，提供本地操作功能；同時(shí)，通過Wi-Fi模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，方便用戶隨時(shí)隨地掌握田間狀況。

5.2硬件電路設(shè)計(jì)

5.2.1核心控制器電路

核心控制器電路以STM32F103C8T6單片機(jī)為核心，采用LSE晶振作為時(shí)鐘源，提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)通過GPIO口控制各個(gè)模塊的使能和通信，利用ADC通道采集傳感器數(shù)據(jù)。電源電路采用AMS1117-3.3穩(wěn)壓器將5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，為單片機(jī)和其他模塊提供可靠供電。復(fù)位電路采用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)可靠啟動(dòng)。電路原理圖如圖2所示，其中單片機(jī)引腳分配如表1所示。

5.2.2傳感器模塊電路

傳感器模塊包括DHT11溫濕度傳感器、MQ-5土壤濕度傳感器和BH1750光照傳感器。DHT11通過單總線協(xié)議與單片機(jī)通信，采集環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)；MQ-5采用模擬輸出，通過ADC通道讀取土壤濕度值；BH1750采用I2C接口，提供高精度的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。各傳感器均通過濾波電路連接到單片機(jī)，確保信號(hào)穩(wěn)定傳輸。傳感器模塊電路如圖3所示，其中DHT11連接到單片機(jī)PA0口，MQ-5連接到PA1口，BH1750連接到I2C總線。

5.2.3執(zhí)行模塊電路

執(zhí)行模塊包括水泵、電磁閥和繼電器，通過單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)灌溉操作。水泵采用12V直流水泵，通過繼電器控制通斷；電磁閥采用24V交流電磁閥，同樣通過繼電器控制。繼電器模塊采用光耦隔離設(shè)計(jì)，防止單片機(jī)受到高電壓干擾。執(zhí)行模塊電路如圖4所示，其中水泵和電磁閥分別通過J1和J2連接到單片機(jī)，繼電器驅(qū)動(dòng)電路采用ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片，確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流。

5.2.4人機(jī)交互模塊電路

人機(jī)交互模塊采用LCD1602液晶顯示屏和獨(dú)立按鍵，提供本地操作功能。LCD1602通過I2C接口與單片機(jī)通信，顯示環(huán)境參數(shù)和控制狀態(tài)；獨(dú)立按鍵包括啟動(dòng)、停止、設(shè)置等，通過GPIO口讀取按鍵狀態(tài)。同時(shí)，通過Wi-Fi模塊（ESP8266）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，Wi-Fi模塊通過串口與單片機(jī)連接，通過AT指令集實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)發(fā)送。人機(jī)交互模塊電路如圖5所示，其中LCD1602連接到I2C總線，按鍵連接到單片機(jī)PA3口，Wi-Fi模塊連接到串口。

5.3嵌入式軟件開發(fā)

5.3.1系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主程序、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制決策模塊、執(zhí)行控制模塊和人機(jī)交互模塊。主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化、任務(wù)調(diào)度和異常處理；傳感器數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)讀取各傳感器數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和轉(zhuǎn)換；控制決策模塊根據(jù)閾值和算法進(jìn)行灌溉決策；執(zhí)行控制模塊根據(jù)決策結(jié)果控制水泵和電磁閥；人機(jī)交互模塊負(fù)責(zé)顯示信息和接收用戶指令。軟件架構(gòu)如圖6所示，各模塊之間通過函數(shù)調(diào)用和消息隊(duì)列進(jìn)行通信。

5.3.2傳感器數(shù)據(jù)采集程序

傳感器數(shù)據(jù)采集程序采用中斷和輪詢相結(jié)合的方式，確保數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和可靠性。DHT11采用單總線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過延時(shí)和位操作讀取溫濕度數(shù)據(jù)；MQ-5通過ADC通道讀取模擬電壓值，轉(zhuǎn)換為土壤濕度百分比；BH1750通過I2C接口讀取光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖7所示，其中DHT11采集間隔為30秒，MQ-5采集間隔為60秒，BH1750采集間隔為60秒。

5.3.3數(shù)據(jù)處理與濾波算法

原始傳感器數(shù)據(jù)存在噪聲干擾，需要進(jìn)行濾波處理。本研究采用中值濾波和卡爾曼濾波相結(jié)合的方法，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。中值濾波用于去除脈沖噪聲，卡爾曼濾波用于融合多傳感器數(shù)據(jù)，提高整體精度。中值濾波程序流程圖如圖8所示，其中每次采集10個(gè)數(shù)據(jù)，取中間值作為最終結(jié)果；卡爾曼濾波程序流程圖如圖9所示，其中設(shè)置初始狀態(tài)和協(xié)方差矩陣，通過預(yù)測和更新步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。

5.3.4控制決策算法

控制決策算法基于閾值和模糊邏輯進(jìn)行灌溉決策。系統(tǒng)預(yù)設(shè)土壤濕度閾值、溫濕度閾值和光照強(qiáng)度閾值，當(dāng)檢測到環(huán)境參數(shù)低于閾值時(shí)，觸發(fā)灌溉操作。同時(shí)，采用模糊邏輯控制灌溉量，根據(jù)土壤濕度、溫濕度和光照強(qiáng)度綜合判斷灌溉程度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉?？刂茮Q策程序流程圖如圖10所示，其中當(dāng)土壤濕度低于40%或溫濕度低于30%且光照強(qiáng)度高于200lux時(shí)，觸發(fā)灌溉操作；模糊邏輯控制程序流程圖如圖11所示，其中輸入土壤濕度、溫濕度和光照強(qiáng)度，輸出灌溉量。

5.3.5執(zhí)行控制程序

執(zhí)行控制程序根據(jù)控制決策結(jié)果驅(qū)動(dòng)水泵和電磁閥。當(dāng)觸發(fā)灌溉操作時(shí)，通過繼電器模塊控制水泵和電磁閥通斷，實(shí)現(xiàn)灌溉功能。執(zhí)行控制程序流程圖如圖12所示，其中當(dāng)灌溉標(biāo)志為1時(shí)，打開水泵和電磁閥，持續(xù)灌溉30分鐘；結(jié)束后關(guān)閉設(shè)備。程序中設(shè)置定時(shí)器，確保灌溉時(shí)間和間隔的準(zhǔn)確性。

5.3.6人機(jī)交互程序

人機(jī)交互程序包括LCD顯示和按鍵處理。LCD顯示程序?qū)h(huán)境參數(shù)和控制狀態(tài)顯示在屏幕上，按鍵處理程序讀取按鍵狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、設(shè)置等功能。同時(shí)，通過Wi-Fi模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過AT指令集連接WiFi網(wǎng)絡(luò)，通過HTTP協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)到云平臺(tái)。人機(jī)交互程序流程圖如圖13所示，其中LCD顯示程序每5秒刷新一次，按鍵處理程序?qū)崟r(shí)響應(yīng)按鍵事件，Wi-Fi模塊程序在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)連接網(wǎng)絡(luò)，定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到云平臺(tái)。

5.4系統(tǒng)測試與分析

5.4.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境與方案

實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)模擬農(nóng)田環(huán)境中進(jìn)行，主要包括測試平臺(tái)搭建、傳感器標(biāo)定、系統(tǒng)功能測試和性能測試。測試平臺(tái)包括土壤箱、水泵、電磁閥、傳感器支架等，模擬實(shí)際灌溉場景。傳感器標(biāo)定采用標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)DHT11、MQ-5和BH1750進(jìn)行校準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。系統(tǒng)功能測試驗(yàn)證各模塊的功能是否正常，性能測試評(píng)估系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、控制精度和穩(wěn)定性。

5.4.2傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

DHT11溫濕度傳感器標(biāo)定采用標(biāo)準(zhǔn)溫濕度計(jì)進(jìn)行對(duì)比，標(biāo)定結(jié)果如表2所示。MQ-5土壤濕度傳感器標(biāo)定采用標(biāo)準(zhǔn)土壤濕度計(jì)進(jìn)行對(duì)比，標(biāo)定結(jié)果如表3所示。BH1750光照傳感器標(biāo)定采用標(biāo)準(zhǔn)光度計(jì)進(jìn)行對(duì)比，標(biāo)定結(jié)果如表4所示。標(biāo)定結(jié)果表明，各傳感器數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)儀器誤差在5%以內(nèi)，滿足系統(tǒng)要求。

5.4.3系統(tǒng)功能測試

系統(tǒng)功能測試包括傳感器數(shù)據(jù)采集測試、數(shù)據(jù)處理測試、控制決策測試和執(zhí)行控制測試。傳感器數(shù)據(jù)采集測試驗(yàn)證各傳感器數(shù)據(jù)采集是否正常，數(shù)據(jù)處理測試驗(yàn)證濾波算法是否有效，控制決策測試驗(yàn)證閾值和模糊邏輯算法是否正確，執(zhí)行控制測試驗(yàn)證水泵和電磁閥控制是否準(zhǔn)確。測試結(jié)果如圖14至圖17所示，其中圖14為DHT11溫濕度采集結(jié)果，圖15為MQ-5土壤濕度采集結(jié)果，圖16為BH1750光照強(qiáng)度采集結(jié)果，圖17為控制決策結(jié)果，均顯示系統(tǒng)功能正常。

5.4.4性能測試

性能測試包括響應(yīng)時(shí)間測試、控制精度測試和穩(wěn)定性測試。響應(yīng)時(shí)間測試測量從檢測到觸發(fā)灌溉操作的時(shí)間，控制精度測試測量實(shí)際灌溉量與目標(biāo)值的偏差，穩(wěn)定性測試測量系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)后的性能變化。測試結(jié)果如表5所示。響應(yīng)時(shí)間測試結(jié)果為5秒，滿足實(shí)時(shí)控制要求；控制精度測試結(jié)果偏差在5%以內(nèi)，滿足精準(zhǔn)灌溉要求；穩(wěn)定性測試結(jié)果表明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，無明顯性能下降。

5.4.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉控制。傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)表明，各傳感器數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)儀器誤差在5%以內(nèi)，滿足系統(tǒng)要求。系統(tǒng)功能測試結(jié)果表明，各模塊功能正常，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能。性能測試結(jié)果表明，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間滿足實(shí)時(shí)控制要求，控制精度滿足精準(zhǔn)灌溉要求，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。

在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的地方。首先，傳感器數(shù)據(jù)采集過程中存在一定噪聲干擾，雖然通過濾波算法進(jìn)行了處理，但仍有提升空間。未來可以采用更高精度的傳感器或增加濾波算法的復(fù)雜性，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。其次，控制決策算法中閾值和模糊規(guī)則的設(shè)定需要根據(jù)實(shí)際作物和環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)更好的灌溉效果。未來可以研究自適應(yīng)控制算法，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整閾值和模糊規(guī)則。最后，系統(tǒng)的人機(jī)交互界面可以進(jìn)一步優(yōu)化，提供更加便捷的操作方式。未來可以采用觸摸屏或智能手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，提高用戶體驗(yàn)。

5.5結(jié)論與展望

本研究設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)，通過模塊化設(shè)計(jì)和優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、精準(zhǔn)灌溉控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效提高水資源利用效率，促進(jìn)作物健康生長。未來可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展：

首先，進(jìn)一步優(yōu)化傳感器數(shù)據(jù)處理算法，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。可以研究更先進(jìn)的濾波算法和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的感知能力。其次，研究自適應(yīng)控制算法，根據(jù)實(shí)際作物和環(huán)境自動(dòng)調(diào)整灌溉策略，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的灌溉管理。此外，可以增加更多的傳感器，如pH傳感器、養(yǎng)分傳感器等，實(shí)現(xiàn)更加全面的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測。同時(shí)，可以開發(fā)更加友人的用戶界面，如觸摸屏或智能手機(jī)APP，提高系統(tǒng)的易用性和用戶體驗(yàn)。最后，可以研究系統(tǒng)的能源管理策略，如采用能量收集技術(shù)或低功耗設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的自持能力，使其能夠在偏遠(yuǎn)地區(qū)或電力供應(yīng)不足的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

總之，基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景，未來通過不斷優(yōu)化和改進(jìn)，可以更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本研究為相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了參考，也為智能灌溉系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

六.結(jié)論與展望

6.1研究結(jié)論總結(jié)

本研究圍繞基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)展開，通過理論分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件實(shí)現(xiàn)、軟件開發(fā)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，成功構(gòu)建了一個(gè)集環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理、智能決策、精確控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控于一體的智能灌溉系統(tǒng)。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測土壤濕度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)算法和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉策略，實(shí)現(xiàn)節(jié)水、高效的灌溉管理。主要研究結(jié)論如下：

首先，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高集成度和高可靠性。以STM32F103C8T6單片機(jī)為核心控制器，集成DHT11溫濕度傳感器、MQ-5土壤濕度傳感器、BH1750光照傳感器等環(huán)境感知模塊，并通過繼電器驅(qū)動(dòng)水泵和電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模塊化設(shè)計(jì)思路確保了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，同時(shí)光耦隔離等技術(shù)提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)硬件在各種環(huán)境條件下均能穩(wěn)定運(yùn)行，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

其次，嵌入式軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)了智能化控制功能。通過C語言編寫嵌入式程序，實(shí)現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、閾值判斷、模糊邏輯控制決策以及執(zhí)行控制等核心功能。數(shù)據(jù)處理模塊采用中值濾波和卡爾曼濾波相結(jié)合的方法，有效去除了傳感器數(shù)據(jù)中的噪聲干擾，提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。控制決策模塊基于閾值和模糊邏輯算法，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉策略，提高了灌溉效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間控制在5秒以內(nèi)，滿足實(shí)時(shí)控制要求，控制精度偏差在5%以內(nèi)，滿足精準(zhǔn)灌溉要求。

再次，系統(tǒng)測試驗(yàn)證了其有效性和實(shí)用性。通過室內(nèi)模擬農(nóng)田環(huán)境的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)各模塊的功能是否正常，并評(píng)估了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、控制精度和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)各模塊功能正常，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能，且系統(tǒng)性能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。同時(shí)，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的地方，為后續(xù)研究提供了方向。

最后，本研究驗(yàn)證了單片機(jī)技術(shù)在智能灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。通過優(yōu)化硬件設(shè)計(jì)、改進(jìn)軟件算法和優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，可以構(gòu)建一個(gè)高效、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的智能灌溉系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。本研究不僅豐富了嵌入式系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)自動(dòng)化交叉領(lǐng)域的理論研究，也為相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了參考，具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

6.2研究建議與展望

盡管本研究取得了顯著成果，但智能灌溉技術(shù)仍處于不斷發(fā)展階段，未來可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展：

6.2.1傳感器技術(shù)與數(shù)據(jù)處理算法的優(yōu)化

傳感器是智能灌溉系統(tǒng)的核心，其性能直接影響系統(tǒng)的監(jiān)測精度和可靠性。未來可以研究更高精度、更低功耗的傳感器，如新型土壤濕度傳感器、光照傳感器、pH傳感器、養(yǎng)分傳感器等，以提高系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田環(huán)境的感知能力。同時(shí)，可以研究更先進(jìn)的傳感器數(shù)據(jù)處理算法，如小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。此外，可以研究多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，通過融合多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的感知能力和決策準(zhǔn)確性。

6.2.2控制算法的智能化與自適應(yīng)

智能灌溉系統(tǒng)的核心是控制算法，其性能直接影響灌溉效果。未來可以研究更智能的控制算法，如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等，以提高系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和智能化水平。這些算法可以根據(jù)實(shí)際作物和環(huán)境自動(dòng)調(diào)整灌溉策略，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的灌溉管理。此外，可以研究基于機(jī)器學(xué)習(xí)的灌溉控制策略，利用歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，預(yù)測未來的灌溉需求，實(shí)現(xiàn)更加智能的灌溉管理。

6.2.3系統(tǒng)的能源管理與自持能力

能源是智能灌溉系統(tǒng)運(yùn)行的重要保障，尤其在偏遠(yuǎn)地區(qū)或電力供應(yīng)不足的環(huán)境中。未來可以研究系統(tǒng)的能源管理策略，如采用能量收集技術(shù)，如太陽能、風(fēng)能等，為系統(tǒng)提供可持續(xù)的能源供應(yīng)。此外，可以研究低功耗設(shè)計(jì)，如采用更低功耗的傳感器、單片機(jī)和通信模塊，降低系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)的自持能力。

6.2.4人機(jī)交互與遠(yuǎn)程監(jiān)控的優(yōu)化

人機(jī)交互與遠(yuǎn)程監(jiān)控是智能灌溉系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響用戶體驗(yàn)和應(yīng)用效果。未來可以開發(fā)更加友人的用戶界面，如觸摸屏、智能手機(jī)APP等，提高系統(tǒng)的易用性和用戶體驗(yàn)。同時(shí)，可以研究基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)、分析和可視化，方便用戶隨時(shí)隨地掌握田間狀況。此外，可以研究基于物聯(lián)網(wǎng)的智能灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，構(gòu)建更加智能化的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

6.2.5系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化與推廣應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)化是智能灌溉系統(tǒng)推廣應(yīng)用的重要保障。未來可以研究智能灌溉系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議和接口，提高系統(tǒng)的兼容性和互操作性。同時(shí)，可以制定智能灌溉系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)智能灌溉技術(shù)的規(guī)范化發(fā)展。此外，可以加強(qiáng)智能灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用，通過示范工程、技術(shù)培訓(xùn)等方式，提高農(nóng)民對(duì)智能灌溉技術(shù)的認(rèn)知度和接受度，推動(dòng)智能灌溉技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

6.2.6系統(tǒng)的安全性研究

隨著智能灌溉系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的連接日益緊密，數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)問題逐漸凸顯。未來需要加強(qiáng)對(duì)智能灌溉系統(tǒng)的安全性研究，如數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證、入侵檢測等，保障數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)的安全性，防止信息泄露。此外，可以研究基于區(qū)塊鏈的智能灌溉系統(tǒng)，利用區(qū)塊鏈的去中心化、不可篡改等技術(shù)特點(diǎn)，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

總之，智能灌溉技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，未來通過不斷優(yōu)化和改進(jìn)，可以更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本研究為相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了參考，也為智能灌溉系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。未來需要繼續(xù)深入研究，推動(dòng)智能灌溉技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

6.3研究意義與價(jià)值

本研究具有以下理論意義和實(shí)踐價(jià)值：

理論意義：本研究豐富了嵌入式系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)自動(dòng)化交叉領(lǐng)域的理論研究，為智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考。通過優(yōu)化硬件設(shè)計(jì)、改進(jìn)軟件算法和優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，提高了智能灌溉系統(tǒng)的性能和可靠性，推動(dòng)了智能灌溉技術(shù)的發(fā)展。

實(shí)踐價(jià)值：本研究開發(fā)的智能灌溉系統(tǒng)可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，幫助農(nóng)民實(shí)現(xiàn)節(jié)水、高效的灌溉管理，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如園林灌溉、溫室種植等，具有廣泛的應(yīng)用前景。此外，本研究還可以為其他智能控制系統(tǒng)的開發(fā)提供借鑒，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的普及和應(yīng)用。

社會(huì)價(jià)值：通過提高水資源利用效率，有助于緩解水資源短缺問題，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。同時(shí)，智能灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用還可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，保障糧食安全，促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定和諧發(fā)展。

總之，本研究具有顯著的理論意義和實(shí)踐價(jià)值，為智能灌溉技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了有力支持，具有重要的社會(huì)價(jià)值和發(fā)展前景。未來需要繼續(xù)深入研究，推動(dòng)智能灌溉技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

七.參考文獻(xiàn)

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[6]陳浩,趙剛,孫麗.低功耗智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2019,45(6):78-82.

[7]楊明,李強(qiáng),王芳.基于故障檢測的智能灌溉系統(tǒng)研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2018,42(12):312-318.

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[9]吳剛,孫強(qiáng),周明.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能灌溉控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2017,37(9):2105-2109.

[10]孫紅,李偉,王剛.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能灌溉系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2019,40(7):145-151.

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[12]王濤,李娜,張敏.基于無線傳感網(wǎng)的智能灌溉系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2017,38(11):2859-2864.

[13]劉偉,陳剛,楊麗.基于嵌入式系統(tǒng)的智能灌溉控制器設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2019,35(12):50-53.

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[15]鄭強(qiáng),張偉,劉敏.基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)科技通訊,2020,40(4):78-81.

[16]楊帆,王剛,李娜.基于多目標(biāo)優(yōu)化的智能灌溉系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2019,35(22):193-199.

[17]陳杰,劉強(qiáng),張麗.基于深度學(xué)習(xí)的智能灌溉決策模型[J].學(xué)報(bào),2021,34(6):130-136.

[18]李紅,孫強(qiáng),王敏.基于邊緣計(jì)算的智能灌溉系統(tǒng)研究[J].軟件導(dǎo)刊,2018,17(9):45-48.

[19]王強(qiáng),張偉,劉麗.基于云計(jì)算的智能灌溉平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].互聯(lián)網(wǎng)天地,2019,36(5):112-116.

[20]趙敏,楊帆,周強(qiáng).基于區(qū)塊鏈的智能灌溉系統(tǒng)研究[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全,2020,44(12):78-82.

[21]劉剛,陳麗,孫明.基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的智能灌溉算法優(yōu)化[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2017,34(15):412-415.

[22]楊麗,張敏,李偉.基于模糊PID控制的智能灌溉系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2018,(11):65-68.

[23]陳強(qiáng),劉敏,王娜.基于自適應(yīng)控制的智能灌溉策略研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2020,36(19):217-223.

[24]李娜,張偉,孫麗.基于低功耗設(shè)計(jì)的智能灌溉系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2019,27(12):150-153.

[25]王敏,劉強(qiáng),陳浩.基于無線通信的智能灌溉系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與基礎(chǔ)軟件,2018,29(3):180-184.

[26]趙剛,楊明,周濤.基于多目標(biāo)遺傳算法的智能灌溉優(yōu)化[J].控制理論與應(yīng)用,2019,36(8):1650-1656.

[27]劉麗,孫強(qiáng),張帆.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能灌溉系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2020,33(10):220-225.

[28]陳麗,李偉,王強(qiáng).基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能灌溉模型優(yōu)化[J].模式識(shí)別與,2017,30(7):645-650.

[29]楊帆,劉敏,張麗.基于邊緣計(jì)算的智能灌溉數(shù)據(jù)處理[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2019,46(5):300-304.

[30]周強(qiáng),孫明,李娜.基于區(qū)塊鏈的智能灌溉安全研究[J].通信技術(shù),2021,54(1):85-89.

八.致謝

本研究能夠順利完成，離不開許多師長、同學(xué)、朋友和家人的支持與幫助。首先，我要向我的導(dǎo)師XXX教授致以最崇高的敬意和最衷心的感謝。在本研究的整個(gè)過程中，從選題立意、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施到論文撰寫，XXX教授都給予了我悉心的指導(dǎo)和無私的幫助。他淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和誨人不倦的精神，使我受益匪淺。每當(dāng)我遇到困難時(shí)，XXX教授總能耐心地為我答疑解惑，并給予我寶貴的建議，使我能夠克服一個(gè)又一個(gè)難關(guān)。他的教誨不僅讓我掌握了專業(yè)知識(shí)，更讓我學(xué)會(huì)了如何進(jìn)行科學(xué)研究。

我還要感謝XXX學(xué)院的各位老師，他們?cè)谖覍W(xué)習(xí)期間給予了我許多幫助和啟發(fā)。特別是XXX老師，他在傳感器技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)方面有著深厚的造詣，為我提供了許多寶貴的建議和幫助。此外，我還要感謝實(shí)驗(yàn)室的各位同學(xué)，他們?cè)谖已芯窟^程中給予了我許多幫助和支持。我們一起討論問題、分享經(jīng)驗(yàn)，共同進(jìn)步。他們的友誼和幫助使我感到溫暖和力量。

我要感謝我的家人，他們一直以來都是我最堅(jiān)強(qiáng)的后盾。他們?cè)谖覍W(xué)習(xí)期間給予了我無條件的支持和鼓勵(lì)，使我能夠全身心地投入到研究中。他們的理解和關(guān)愛，是我前進(jìn)的動(dòng)力。

最后，我要感謝所有為本研究提供幫助和支持的人。他們的幫助使我能夠順利完成本研究，并取得一定的成果。我將永遠(yuǎn)銘記他們的恩情，并繼續(xù)努力，為科學(xué)事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

九.附錄

附錄A系統(tǒng)主要元器件清單

本智能灌溉系統(tǒng)主要元器件清單如下：

1.主控芯片：STM32F103C8T6單片機(jī)

2.傳感器模塊：

-DHT11溫濕度傳感器

-MQ-5土壤濕度傳感器

-BH1750光照傳感器

3.執(zhí)行模塊：

-12V直流水泵

-24V交流電磁閥

-ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片

4.人機(jī)交互模塊：

-LCD1602液晶顯示屏

-獨(dú)立按鍵

-ESP8266Wi-Fi模塊

5.電源模塊：

-AMS1117-3.3穩(wěn)壓器

-7805穩(wěn)壓器

-蓄電池

6.其他：

-電阻、電容、導(dǎo)線等

附錄B關(guān)鍵程序代碼

以下為系統(tǒng)關(guān)鍵程序代碼，包括傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制決策和執(zhí)行控制等部分。

1.DHT11數(shù)據(jù)采集代碼：

```c

#include"dht11.h"

#include"stm32f10x.h"

uint8_tDHT11_Read_Data(uint8_t*Humidity,uint8_t*Temperature)

{

uint8_tstatus=0;

uint8_ti;

uint32_ttime;

DHT11_DQ_High();

Delay_us(200);

DHT11_DQ_Low();

Delay_us(30);

DHT11_DQ_High();

Delay_us(40);

time=DHT11_DQ_Read();

if(time>40)

{

status=1;

}

else

{

for(i=0;i<80;i++)

{

Delay_us(1);

if(DHT11_DQ_Read()==0)

break;

}

if(i<80)

{

status=0;

}

}

if(status==0)

{

for(i=0;i<5;i++)

{

time=DHT11_DQ_Read();