基于单片机的家用智能浇灌系统

1、开发环境

keil5，STM32CubeMX、Altium Designer

2、硬件清单

单片机：STM32F051K8Ux

土壤湿度传感器：TL - 69

温度传感器：DS18B20（数字传感器直接输出数字信号）

OLED屏幕：OLED12864、

水泵：L9110等；

3、功能设计

传感器采集空气和土壤的温度以及湿度，将数据传输给单片机，经单片机处理后输出在OLED显示屏上。

4、硬件连接

• 将温度传感器DS18B20、土壤湿度传感器YL - 69、水泵L9110、连接到STM32的GPIO引脚上。
• 将OLED屏幕OLED12862连接到STM32的I2C引脚上。

5、功能分析

5.1总体功能

• 使用STM32的GPIO库和I2C库来配置和读取传感器数据。
• 编写代码来读取温度传感器DS18B20、湿度传感器YL - 69的数据。
• 根据传感器数据，编写代码判断植物是否需要灌溉，如果需要浇灌，使用GPIO库来控制水泵L9110的开关。
• 使用STM32的I2C库来驱动oled显示屏。
• 编写代码来实现空气温度和土壤湿度数据到OLED屏幕上。

5.2传感器采集数据

1. DS18B20温度传感器数据采集：

   - DS18B20是一种数字温度传感器，采用单总线接口进行通信。单片机通过GPIO口与DS18B20进行通信。

   - 通信过程中，单片机发送指令给DS18B20，例如读取温度的指令。

   - DS18B20将温度数据以序列的形式通过单总线返回给单片机。单片机通过接收和解析这个序列，得到DS18B20传感器的原始温度数据。

   - 单片机可以通过读取DS18B20的原始温度数据，并进行相应的计算，得到实际的温度值。

2. YL69湿度传感器数据采集：

   - YL69湿度传感器是一种模拟湿度传感器，输出模拟电压信号。它通常需要一个模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理。

   - 单片机通过GPIO口与YL69湿度传感器进行通信，读取YL69湿度传感器的模拟电压信号。

   - 单片机将YL69湿度传感器的模拟电压信号输入到内部的ADC模块中进行转换。

   - ADC模块将模拟电压信号转换为数字信号，并将转换后的数字数据传递给单片机。

   - 单片机可以通过读取ADC转换后的数字数据，并进行相应的处理，得到YL69湿度传感器的湿度值。

需要注意的是，具体的数据采集方式和通信协议可能因单片机、传感器和硬件平台的不同而有所差异。因此，在实际应用中，需要根据所使用的硬件和软件平台的要求，以及传感器的规格和接口，进行相应的配置和编程。以上是一种可能的实现方式，具体的实现细节可能会有所不同。

6、代码编写

1、GPIO管脚配置

可以在STM32CubeMX中选择相应的引脚，并将其配置为推挽输出模式，然后生成相应的代码。

void GPIO_Configuration(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 使能GPIOA和GPIOB的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);// 配置PA0引脚为推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PUMP_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

2、配置 I2C

在STM32CubeMX中，可以通过图形化界面选择I2C外设并进行相应的配置，然后生成对应的代码。

步骤如下：

1. 打开STM32CubeMX软件，并创建一个新的工程。

2. 选择目标STM32F051K8Ux微控制器型号。

3. 在"Pinout & Configuration"选项卡中，找到I2C1外设，并配置相关的引脚。

4. 在"Configuration"选项卡中，找到I2C1外设，并设置相关的参数，如时钟速度、地址等。

5. 确认配置无误后，点击"Project"菜单，选择"Generate Code"生成代码。

6. 在生成的代码中，可以找到类似于你提供的`I2C_Configuration`函数的代码。

void I2C_Configuration(void)
{I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;// 使能I2C1的时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);// 配置I2C1的引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);// 配置I2C1的参数I2C_DeInit(I2C1);I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);// 使能I2C1I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}

3、温度采集函数

void DS18B20_ReadTemperature(float *temperature)
{uint8_t buffer[2];// 发送读取温度命令I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));I2C_Send7bitAddress(I2C1, DS18B20_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));I2C_SendData(I2C1, 0x00);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);// 读取温度数据I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));I2C_Send7bitAddress(I2C1, DS18B20_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));buffer[0] = I2C_ReceiveData(I2C1);I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));buffer[1] = I2C_ReceiveData(I2C1);// 计算温度值*temperature = (float)((buffer[1] << 8) | buffer[0]) / 16.0;
}

DS18B20_ReadTemperature函数从连接到I2C总线的DS18B20温度传感器中读取温度数据。以下是它的工作原理的逐步解释：

1. 声明一个数组 buffer 来存储2个字节的温度数据。

2. 通过在I2C总线上生成起始条件并将传感器选择为发送器，发送读取温度的命令。

3. 等待主发送器模式被选中，然后将温度寄存器的地址（0x00）发送给传感器。

4. 等待字节传输完成，然后生成停止条件来结束传输。

5. 通过在I2C总线上生成起始条件并将传感器选择为接收器，发送读取温度数据的命令。

6. 等待主接收器模式被选中，然后等待字节接收完成。

7. 将接收到的字节存储在 buffer[0] 中。

8. 禁用应答位，表示不再接收更多的字节。

9. 生成停止条件来结束传输。

10. 等待字节接收完成，并将其存储在 buffer[1] 中。

11. 通过将 buffer 中的两个字节组合起来并除以16.0来计算温度值。

12. 将温度值存储在由 temperature 指针指向的内存位置中。

总体而言，该函数从DS18B20传感器中读取温度数据，并计算出摄氏度的温度值。温度值然后存储在由 temperature 指针指向的内存位置中，以供进一步使用。

4、湿度采集函数

void YL69_ReadHumidity(float *humidity)
{uint8_t buffer[2];// 发送读取湿度命令I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));I2C_Send7bitAddress(I2C1, YL69_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));I2C_SendData(I2C1, 0x00);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);// 读取湿度数据I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));I2C_Send7bitAddress(I2C1, YL69_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));buffer[0] = I2C_ReceiveData(I2C1);I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));buffer[1] = I2C_ReceiveData(I2C1);// 计算湿度值*humidity = (float)((buffer[1] << 8) | buffer[0]) / 1024.0 * 100.0;
}

读取YL69湿度传感器的湿度值，并将结果存储在 humidity 指针指向的内存位置中。

1. 定义一个 buffer 数组，用于存储从传感器读取的数据。

2. 发送读取湿度命令：

   - 生成起始条件，启动I2C总线。

   - 等待主模式选择事件。

   - 发送传感器的I2C地址和传输方向（发送器）。

   - 等待主传输器模式选择事件。

   - 发送读取湿度数据的命令（0x00）。

   - 等待主字节传输完成事件。

   - 生成停止条件，结束传输。

3. 读取湿度数据：

   - 生成起始条件，启动I2C总线。

   - 等待主模式选择事件。

   - 发送传感器的I2C地址和传输方向（接收器）。

   - 等待主接收器模式选择事件。

   - 等待主字节接收完成事件。

   - 将接收到的字节存储在 buffer[0] 中。

   - 禁用应答位，表示不再接收更多的字节。

   - 生成停止条件，结束传输。

   - 等待主字节接收完成事件。

   - 将接收到的字节存储在 buffer[1] 中。

4. 计算湿度值：

   - 将 buffer[1] 左移8位后与 buffer[0] 进行按位或操作，得到16位的湿度数据。

   - 将湿度数据转换为浮点型，除以1024.0后乘以100.0，得到湿度百分比值。

   - 将湿度百分比值存储在由 humidity 指针指向的内存位置中。

总体而言，这段代码通过I2C总线与YL69湿度传感器进行通信，发送读取湿度命令并读取湿度数据。然后，它将读取到的湿度数据转换为百分比值，并将结果存储在由`humidity`指针指向的内存位置中。

7、完整代码

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_i2c.h"
#include "stdio.h"#define DS18B20_ADDRESS 0x48
#define YL69_ADDRESS 0x5C
#define PUMP_PIN GPIO_Pin_0void GPIO_Configuration(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 使能GPIOA和GPIOB的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);// 配置PA0引脚为推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PUMP_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}void I2C_Configuration(void)
{I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;// 使能I2C1的时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);// 配置I2C1的引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);// 配置I2C1的参数I2C_DeInit(I2C1);I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);// 使能I2C1I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}void DS18B20_ReadTemperature(float *temperature)
{uint8_t buffer[2];// 发送读取温度命令I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));I2C_Send7bitAddress(I2C1, DS18B20_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));I2C_SendData(I2C1, 0x00);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);// 读取温度数据I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));I2C_Send7bitAddress(I2C1, DS18B20_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));buffer[0] = I2C_ReceiveData(I2C1);I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));buffer[1] = I2C_ReceiveData(I2C1);// 计算温度值*temperature = (float)((buffer[1] << 8) | buffer[0]) / 16.0;
}void YL69_ReadHumidity(float *humidity)
{uint8_t buffer[2];// 发送读取湿度命令I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));I2C_Send7bitAddress(I2C1, YL69_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));I2C_SendData(I2C1, 0x00);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);// 读取湿度数据I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));I2C_Send7bitAddress(I2C1, YL69_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));buffer[0] = I2C_ReceiveData(I2C1);I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));buffer[1] = I2C_ReceiveData(I2C1);// 计算湿度值*humidity = (float)((buffer[1] << 8) | buffer[0]) / 1024.0 * 100.0;
}void ControlPump(float temperature, float humidity)
{if (temperature > 25.0 && humidity < 50.0) {// 打开水泵GPIO_SetBits(GPIOA, PUMP_PIN);} else {// 关闭水泵GPIO_ResetBits(GPIOA, PUMP_PIN);}
}void OLED_WriteString(uint8_t row, uint8_t col, char *str)
{// 在OLED屏幕上写入字符串// ...
}void OLED_Clear(void)
{// 清空OLED屏幕// ...
}void DisplayData(float temperature, float humidity)
{char str[16];// 清空OLED屏幕OLED_Clear();// 显示温度数据sprintf(str, "Temp: %.2f C", temperature);OLED_WriteString(0, 0, str);// 显示湿度数据sprintf(str, "Humidity: %.2f%%", humidity);OLED_WriteString(1, 0, str);
}int main(void)
{float temperature, humidity;// 初始化GPIO和I2CGPIO_Configuration();I2C_Configuration();while (1) {// 读取温度数据DS18B20_ReadTemperature(&temperature);// 读取湿度数据YL69_ReadHumidity(&humidity);// 控制水泵ControlPump(temperature, humidity);// 在OLED屏幕上显示数据DisplayData(temperature, humidity);// 延时一段时间// ...}
}