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编号：
HJJ-32-2021-003
设计简介：
本设计是基于单片机的稻田环境监测系统，主要实现以下功能：
主机
1、显示从机测量数据，并对从机进行阈值设置
2、实现多从机监测
3、具有报警功能（土壤湿度过低、温度过低）
从机
1、测量温湿度、土壤湿度以及光照度，并发送给主机显示
2、继电器1：土壤湿度过低打开水泵
继电器2：温度过低加热
继电器3：光照度过低开灯
标签：STM32单片机、土壤监测、zigbee、远程监测
题目扩展：土壤浇灌系统、农田监测系统、环境监测系统、温室大棚
1. 中控部分
- 核心控制器：采用STM32F103单片机，负责获取输入数据、进行数据处理，并控制输出部分的操作。
- 功能：实现稻田环境的实时监测与控制，包括温湿度检测、土壤湿度检测、光照强度检测、阈值调整、加热、补水、补光、报警等功能。
2. 输入部分
- 温湿度检测模块：DHT11模块用于检测当前的温度和湿度。
- 土壤湿度检测模块：用于检测当前的土壤湿度。
- 光照检测模块：光敏电阻和ADC0832组成的光照检测模块，用于检测当前的光照强度。
- 独立按键：三个独立按键用于切换界面和调整温度、湿度、光照强度的阈值。
- 供电电路：为整个系统提供稳定电源。
- Zigbee模块：用于发送和接收数据，实现远程数据传输。
3. 输出部分
- 显示模块：LCD1602显示屏用于显示当前温湿度、土壤湿度等环境参数。
- 加热控制：继电器控制加热片，当温度低于设定最小值时，加热片工作。
- 补水控制：继电器控制补水电机，当土壤湿度低于设定阈值时，补水电机工作。
- 补光控制：继电器控制LED灯，当光照强度过低时，LED灯亮。
- 报警模块：蜂鸣器用于在温度或土壤湿度超出设定阈值时进行报警。
- Zigbee模块：用于发送和接收数据，实现远程数据传输。
5 系统实现与测试
5.1 系统实物实现
首先要做的是电路焊接，分为十一个模块，分别是电源模块、显示模块、两个单片机模块、复位电路模块、晶振电路模块、下载模块、独立按键模块、温湿度检测模块、土壤湿度检测模块、光照检测模块、继电器带动负载模块、ZigBee模块和蜂鸣器。下图5-1为焊接完整实物图：
图5-1 完整焊接实物图
5.2 温湿度实物测试
温湿度实物检测，如图5-2所示，接入电源，测试一切正常后，此时LCD12864显示初始的温度、湿度、光照、土壤湿度。将温湿度传感器放置在模拟稻田生长环境中，显示屏上的温度和湿度发生改变，如图5-3所示。此外，当温湿度不在设置的阈值内时，蜂鸣器报警。
图5-2 温湿度传感器实物图
图5-3 温湿度传感器实物测试图
5.3 土壤湿度实物测试
接入电源，测试一切正常。将土壤湿度传感器插入模拟稻田环境中，土壤湿度发生改变，若土壤湿度小于12，则继电器闭合，模拟水泵加水。如图5-4所示，若超过土壤湿度大于12，则继电器断开，如图5-5所示。此外，还可以通过“S2”“S3”来手动控制继电器的开关。
图5-4 土壤湿度传感器实物图
图5-5 土壤湿度传感器实物测试图
5.4 光照实物测试
如图5-6所示为初始的光照强度，如图5-7所示将光照传感器置于模拟稻田环境中的光照强度。
图5-6 光照传感器实物图
图5-7光照传感器实物测试图
5.5 系统调试的结果及分析
通过一定时间的测试，可以看出此次设计的实物可以保证正常运行。单片机STM32F103C8T6、传感器正常运行，持久稳定。蜂鸣器正常发生，继电器正常吸合和断开，及时接受数据，保存数据。软件系统稳定，操作方式简单明了、通俗易懂，简单直接、方便快捷，操作界面直观，故障率低。本设计的系统，符合设计要求，实现了本设计所要实现的功能，对稻田环境温湿度的测量，对土壤湿度的测量，和对光照强度的测量，实现了本设计所需要实现的功能，可以得出此次设计是成功的，是可以检测稻田信息的，具体测试数据表如表5-1。
表5-1 测试数据表
功能 | 阈值 | 结论 |
环境温度 | 20-25℃ | 蜂鸣器不报警 |
小于20℃ | 蜂鸣器报警 | |
大于25℃ | 蜂鸣器报警 | |
环境湿度 | 40-60mg / m3 | 蜂鸣器不报警 |
小于40 mg / m3 | 蜂鸣器报警 | |
大于60 mg / m3 | 蜂鸣器报警 | |
土壤湿度 | 12％-15％ | 蜂鸣器不报警 |
小于12% | 蜂鸣器报警，水泵工作 | |
大于15% | 蜂鸣器报警 | |
光照强度 | 20-30LX | 蜂鸣器不报警 |
小于20LX | 蜂鸣器报警 | |
大于30LX | 蜂鸣器报警 |
设计摘要：
目前我国是世界上拥有人口最多的国家，每年的稻米消费也是最多的，但是因为我国种植水稻的稻田有限，所以每年还要从国外进口大量的稻米。稻田的产量与稻田的生长环境息息相关，为了增加稻田的产量，解放生产力，我们设计了稻田环境信息检测系统，以满足农户的需求。
本设计以稻田环境为研究对象，以单片机STM32F103C8T6为主要核心微处理器，通过ZigBee实现无线数据传输，主机可以采集从机的传感器数据实现远程操控的设计。本次设计中我们采用DHT11传感器检测温湿度，并且远程设置阈值。如果稻田环境温湿度超出我们设置的最大值和最小值的时候能及时进行报警，并打开对应的继电器对稻田的环境进行调节，最后使稻田处于一个适合水稻生长的环境，提高水稻的产量。
关键词：单片机STM32F103C8T6；ZigBee；信息检测系统
字数：10000+
内容预览：
1 绪论 1
1.1 系统研究的目的与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 系统设计方案 3
2.1 系统整体方案 3
2.2 微控制芯片的选择 3
2.3 通讯方案的选择 4
3 系统硬件电路设计 6
3.1 系统设计 6
3.2 控制电路设计 6
3.2.1 单片机STM32F103C8T6 6
3.2.2 温湿度传感器 7
3.2.3 土壤湿度传感器 8
3.2.4 LCD1602液晶显示 9
3.2.5 继电器电路控制 10
3.3 通讯电路设计 11
3.4 电源电路设计 11
4 系统软件设计 13
4.1 主程序流程设计 13
4.2 按键函数流程设计 14
5 系统实现与测试 16
5.1 系统实物实现 16
5.2 温湿度实物测试 16
5.3 土壤湿度实物测试 17
5.4 光照实物测试 18
5.5 系统调试的结果及分析 19
6 结 论 21
参考文献 22
致 谢 24
附录 25
附录1：原理图 25
附录2：元器件清单 26
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