原標題：基于 土壤濕度傳感器 的自動澆水系統（示意圖+代碼）

基于土壤濕度傳感器的自動澆水系統

一、引言

在現代農業中，精準灌溉是提高水資源利用效率和農作物產量的重要手段。基于土壤濕度傳感器的自動澆水系統能夠實時監測土壤濕度，并根據預設的閾值自動進行灌溉，從而優化灌溉管理，減少水資源浪費。本文將詳細介紹基于土壤濕度傳感器的自動澆水系統的設計、實現及其主控芯片的選型與作用。

二、系統示意圖

自動澆水系統主要由以下幾個部分組成：

1. 土壤濕度傳感器：用于實時監測土壤濕度。

2. 主控芯片：負責數據處理和決策。

3. 電磁閥或水泵：用于控制水的流動。

4. 電源模塊：為系統提供穩定的電源。

5. 指示燈：用于指示系統的工作狀態。

6. 手動開關：用于手動控制系統的啟動和關閉。

系統示意圖如下：

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|  土壤濕度傳感器 |

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|

v

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|     主控芯片     |

|  (STM32F103RCT6)|

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|

v

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|    電磁閥/水泵   |

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|

v

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|     指示燈      |

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|

v

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|    手動開關     |

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三、主控芯片型號及其作用

1. 主控芯片型號

本系統采用的主控芯片為STM32F103RCT6。STM32F103系列是基于ARM Cortex-M3內核的32位微控制器，具有高性能、低功耗、豐富的外設接口等特點，非常適合用于嵌入式系統設計。

2. 主控芯片的作用

1. 數據采集與處理：

• 通過ADC（模數轉換器）接口讀取土壤濕度傳感器的模擬電壓值，并將其轉換為數字信號進行處理。

• 根據預設的濕度閾值，判斷是否需要澆水。

2. 控制輸出：

• 控制電磁閥或水泵的開關，實現自動澆水功能。

• 控制指示燈的亮滅，指示系統的工作狀態。

3. 通信接口：

• 提供UART、SPI、I2C等多種通信接口，方便與其他模塊進行數據傳輸和通信。

• 可通過WiFi模塊實現遠程監控和控制功能。

4. 系統管理與優化：

• 管理系統資源，包括電源管理、時鐘管理、中斷管理等。

• 通過算法優化灌溉策略，提高水資源利用效率。

四、硬件設計

1. 土壤濕度傳感器

土壤濕度傳感器采用電容式或電阻式原理，通過測量土壤的介電常數或電阻值來反映土壤的水分含量。常見的土壤濕度傳感器型號有SM100、EC-5、FSH-03A等。

2. 電磁閥或水泵

電磁閥或水泵用于控制水的流動。電磁閥通過電磁力控制閥門的開關，而水泵則通過電機驅動實現水的抽取和輸送。根據實際需求選擇合適的電磁閥或水泵型號。

3. 電源模塊

電源模塊為系統提供穩定的電源。本系統采用5V直流電源供電，可通過適配器或電池組實現。

4. 指示燈與手動開關

指示燈用于指示系統的工作狀態，如系統啟動、澆水進行中、系統關閉等。手動開關用于手動控制系統的啟動和關閉，方便用戶進行手動操作。

五、軟件設計

1. 程序流程

1. 初始化系統：包括初始化ADC、GPIO、UART等外設接口。

2. 讀取土壤濕度傳感器的值。

3. 判斷土壤濕度是否低于指定閾值。

4. 如果低于閾值，則控制電磁閥或水泵開啟澆水。

5. 等待一段時間后關閉電磁閥或水泵。

6. 重復上述步驟，實現自動澆水功能。

2. 示例代碼

以下是一個基于STM32F103RCT6和Python的示例代碼：

import time

from machine import Pin, ADC



# 初始化傳感器引腳、電磁閥引腳等參數  

sensor_pin = 34  

valve_pin = 25  

threshold = 500  # 設置土壤濕度閾值  



# 初始化ADC、電磁閥等組件  

adc = ADC(Pin(sensor_pin))

valve = Pin(valve_pin, Pin.OUT)



# 開始循環檢測土壤濕度并控制水的流動  

while True:

value = adc.read()  # 讀取傳感器值  

if value < threshold:  # 判斷是否需要澆水  

valve.value(1)  # 打開電磁閥  

time.sleep(5)  # 持續五秒  

valve.value(0)  # 關閉電磁閥  

time.sleep(60)  # 等待一分鐘后再次讀取傳感器值

對于Arduino平臺，可以使用C++語言編寫類似的代碼：

int sensorPin = A0;

int valvePin = 8;

int threshold = 500;  // 設置土壤濕度閾值  



void setup() {

pinMode(valvePin, OUTPUT);

}



void loop() {

int value = analogRead(sensorPin);  // 讀取傳感器值  

if (value < threshold) {  // 判斷是否需要澆水  

digitalWrite(valvePin, HIGH);  // 打開電磁閥  

delay(5000);  // 持續五秒  

digitalWrite(valvePin, LOW);  // 關閉電磁閥  

}

delay(60000);  // 等待一分鐘后再次讀取傳感器值  

}

3. WiFi模塊通信

為了實現遠程監控和控制功能，可以加入WiFi模塊（如HLK M35）。通過UART接口與主控芯片進行通信，將土壤濕度數據和系統狀態上傳到云端服務器或本地服務器，同時接收來自服務器的控制指令。

六、系統測試與優化

1. 系統測試

在系統搭建完成后，需要進行系統測試以確保其正常工作。測試內容包括：

• 土壤濕度傳感器的準確性測試。

• 電磁閥或水泵的開關測試。

• 指示燈的亮滅測試。

• 手動開關的功能測試。

• 系統整體的穩定性和可靠性測試。

2. 系統優化

根據測試結果，可以對系統進行優化和改進。例如：

• 優化算法以提高灌溉策略的準確性和效率。

• 增加故障檢測和報警功能，提高系統的可靠性和安全性。

• 改進硬件設計，提高系統的抗干擾能力和穩定性。

七、結論

基于土壤濕度傳感器的自動澆水系統能夠實時監測土壤濕度，并根據預設的閾值自動進行灌溉，從而優化灌溉管理，減少水資源浪費。本文詳細介紹了系統的示意圖、主控芯片的選型與作用、硬件設計、軟件設計以及系統測試與優化等方面的內容。通過該系統，可以實現精準灌溉，提高農業生產效率和水資源利用效率。