基于stm32单片机的智能灌溉系统

系统概述

基于STM32单片机的智能灌溉系统是一种利用嵌入式技术、传感器和自动控制算法实现的精准农业解决方案。该系统通过实时监测土壤湿度、环境温湿度等参数，自动调节灌溉水量，达到节水增效的目的。STM32作为主控芯片，凭借其低功耗、高性能和丰富的外设接口，成为此类系统的理想选择。

核心硬件组成

STM32微控制器：通常选用STM32F1或STM32F4系列，负责数据处理、逻辑控制和通信。其内置ADC模块可直接连接模拟传感器，GPIO接口用于驱动继电器或电机。

土壤湿度传感器：采用电阻式或电容式传感器（如FC-28），测量土壤含水量。传感器输出模拟信号经STM32的ADC转换为数字值，阈值可编程设定。

环境传感器：DHT11/DHT22温湿度传感器监测空气状态，光照传感器（如BH1750）辅助判断蒸发量。部分系统集成雨滴传感器以应对突发降雨。

执行机构：电磁阀或微型水泵通过继电器模块控制，部分设计采用PWM调速驱动直流电机，实现流量调节。大功率设备需隔离电路保护MCU。

软件设计要点

传感器数据采集：通过定时中断触发ADC采样，软件滤波（如滑动平均）消除噪声。I²C/SPI接口传感器需配置对应协议栈。

湿度阈值 = V ADC 4095 × 100 % ( 12位ADC参考 ) \text{湿度阈值} = \frac{V_{\text{ADC}}}{4095} \times 100\% \quad (\text{12位ADC参考})湿度阈值=4095VADC​​×100%(12位ADC参考)

控制算法：基础模式采用阈值比较，进阶方案引入PID控制或模糊逻辑，动态调整灌溉时长。历史数据可存储于EEPROM或外部Flash。

通信模块：可选4G/NB-IoT远程监控，或LoRa无线组网。AT指令驱动模组，JSON格式封装传输数据。本地显示常用OLED或LCD屏。

典型工作流程

传感器周期性采集土壤数据，STM32对比预设阈值。当湿度低于下限时，触发继电器开启水泵，同时记录持续时间；达到上限后关闭，并上传状态到云平台。

用户可通过手机APP修改参数，如灌溉时段、灵敏度等。部分系统集成天气预报接口，智能规避降雨时段，进一步优化用水效率。

应用优势

• 节能环保：较传统灌溉节水30%-50%，避免过度灌溉引发的土壤板结。
• 扩展性强：支持添加PH值、EC值传感器升级为多功能监测站。
• 低成本：STM32生态链成熟，外围电路简化，BOM成本可控。

开发时需注意防潮封装、电源稳定性及EMC设计，野外部署建议采用太阳能供电方案。开源社区提供RTOS（如FreeRTOS）移植案例，可加速项目落地。

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