基于 STM32 单片机的土壤湿度监测装置设计 ◆ 吴兴刚 余 鹏 李天鹰 摘要：此设计是基于STM32F407单片机为核心的土壤湿度监测装置设计。土壤湿度传感器对土壤 进行实时检测，将获得的模拟电压信号送给单片机，单片机通过内部自带的模/数转换模块把模拟信号 转换成数字信号并进行数据处理。最终将处理后的数据由LCD1602液晶屏显示出来，单片机内部设置了 两个临界值，当土壤湿度高出或低出临界值时都会通过外设的LED灯和蜂鸣器发出警报提示。 关键词：监测装置；模数转换；报警提示 一、前言 三、软件设计 土壤含水量是农作物水分的直接来源 , 土壤湿度直接影 响营养物质的吸收和农作物的生长发育，同时还能影响土壤 中各种养分的有效性。农作物的成长过程中，土壤的湿度起 着一个很重要的作用。甚至不同的农作物在不同的生长周期 对土壤的湿度的需求是不同的。故土壤湿度的检测对农业生 产具有巨大意义 [1]。 此设计的是基于单片机的温湿度测量装置，此装置是以 STM2F407 单片机为核心构成的温湿度精确检测，并能实现 超限报警及实时显示功能。 软件设计采用 C 语言进行编程，程序包含有：主程序模 块设计、土壤湿度传感器模块设计、液晶显示模块设计、报 警模块设计等。程序设计首先要初始化延时函数以便调用微 秒、毫秒级的延时函数，然后配置并初始化 LCD1602 液晶模 块的引脚及引脚时钟；初始化 ADC 就是选择 STM32F407 内 部模数转换 ADC1 的通道 5 并且选择单次转化模式；模拟电 压输出 0~3.3V，ADC 参考电压为 3.3V。将 0~3.3V 模拟信号 转化成数字 0~4096，通过运算与处理，使之成为土壤湿度， 并由 LCD1602 显示出来 [3]。 二、硬件电路设计 四、结语 土壤湿度监测装置的主要硬件结构包括：主电路设计、 电源模块设计、报警模块设计、湿度传感器模块设计、显示 模块等。 电源模块采用 LM7805 和 LM1117M 芯片，可同时输出 5V 和 3.3V 直流电。显示模块采用 LCD1602 液晶显示模块， 信号采集模块是通过两根探针间的电阻大小判断土壤湿度， 土壤湿度小，则两根探针间的阻值大，电压也大，反之则阻 值小电压随之变小。一方面直接输出了电压模拟信号，另一 方面返回的模拟信号经过 LM393 比较器的变换后通过电位器 设置一个安全值，超出安全值以后外设蜂鸣器报警 [2]。 模拟信号通过 STM32F407 单片机内部高精度的 ADC 转 换为单片机可识别的数字信号，将转换后的数据进行运算处 理，通过液晶显示模块 LCD1602 将数据显示出来，可以实时 查看土壤湿度。 电源模块可以同时给土壤湿度传感器电路，报警单元电 路、液晶显示电路 LCD1602 以及 STM32F407 芯片供电，由 于各个供电单元的电源需求不同，因此电源模块必须具有同 时输出 5V 和 3.3V 电压，这也对电源模块有更高的要求。另 外 STM32F407 单片机的内部模数转换器的输入电压也不能打 于 5V，因此模数转换器的输入参考电压必须采用 3.3V，从 而保证模数转换器的输入通道的输入电压小于 5V。 此装置结构简单，操作方便，成本低，适用范围广，是 以土壤湿度和导电性关系的工作原理为参考，运用比较电路、 单片机、报警电路及显示电路构成监控、显示、报警于一体 的土壤湿度监控装置。整个装置包括湿度采集、湿度显示、 报警设置等部分 [4]。单片机用于实现且信号采集和显示功能， 传感器用于监测土壤湿度情况并将监测到的数据通过单片机 内部 ADC 转换成数字信号，经过运算以后通过 8 位 I/O 口传 输到 LCD1602 液晶屏中显示出来。报警装置不仅可通过旋转 电位器设置报警临界值，也可以通过软件设置报警临界值 ， 操作简单且精准度高。H 参考文献 [1] 谷 立 新， 齐 俊 平． 电 工 电 子 技 术 [M]． 航 空 工 业 出 版 社， 2005:336 [2] 郭天祥．51 单片机 C 语言教程 [M]．北京：电子工业出版社， 2008:147-156 [3] 薛定宇 . 反馈控制系统设计与分析 [M]. 北京：清华大学 出版社， 2000. [4] 陈哲 , 吉熙章 . 机器人技术基础 [M]. 机械工业出版社，1997. （基金项目：江苏省大学生创新创业训练计划项目，项 目编号：201712056015X） （作者单位：南通理工学院） 33 信息系统工程 │ 2018.6.20SYS PRACTICE 系统实践