基于 STM32 神舟 IV 号开发板的自动浇水系统课程设计报告 - 代码详细分析

嵌入式基于 STM32 神舟 IV 号开发板的自动浇水系统课程设计报告

一、引言

本课程设计旨在设计一个基于 STM32 神舟 IV 号开发板的自动浇水系统。通过检测土壤湿度，当土壤湿度低于一定阈值时，系统自动浇水，保证植物的正常生长。

二、系统设计

1. 系统硬件设计

   本系统使用 STM32 神舟 IV 号开发板作为硬件平台，开发板上包括 LED 指示灯、蜂鸣器和电位器。其中，LED 指示灯用于指示系统状态，蜂鸣器用于报警，电位器用于模拟土壤湿度。

2. 系统软件设计

   本系统使用 C 语言进行编程，并使用 SZ_STM32F107VC_LIB 库进行硬件驱动。主要实现以下功能：

   • 初始化 LED 指示灯、蜂鸣器和串口 2；
   • 初始化 ADC 配置，用于读取电位器模拟信号；
   • 循环读取电位器模拟信号，计算湿度百分比和等效电压；
   • 当湿度低于一定阈值时，触发浇水操作，同时报警；
   • 浇水过程中，周期性打印电压值；
   • 系统每隔一定时间切换 LED 指示灯状态。

三、系统代码详细设计分析

1. 主函数 main()

   主函数主要进行系统初始化，并进入主循环。在主循环中，首先切换 LED1 指示灯状态，然后读取电位器模拟信号，计算湿度百分比和等效电压。如果湿度低于阈值，触发浇水操作，并进行报警。报警结束后，根据电压值打印提示信息。最后，延迟一定时间后进入下一次循环。

   #include "SZ_STM32F107VC_LIB.h"
   
   /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
   /* Private define ------------------------------------------------------------*/
   /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
   /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
   /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
   void SysTick_Handler_User(void);
   
   /**-------------------------------------------------------
     * @函数名 main
     * @功能   主函数
     * @参数   无
     * @返回值 无
   ***------------------------------------------------------*/
   int main(void)
   {
       /*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured, 
            this is done through SystemInit() function which is called from startup
            file (startup_stm32f10x_xx.s) before to branch to application main.
            To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refer to
            system_stm32f10x.c file
          */ 
       /*!< 在系统启动文件(startup_stm32f10x_xx.s)中已经调用SystemInit()初始化了时钟, 
            所以main函数不需要再次重复初始化时钟。默认初始化系统主时钟为72MHz。
            SystemInit()函数的实现位于system_stm32f10x.c文件中。
          */ 
   
       uint16_t ADCConvertedValueLocal, Precent = 0, Voltage = 0; 
       int count;
   
       /* 初始化板载LED指示灯 */
       SZ_STM32_LEDInit(LED1);
       SZ_STM32_LEDInit(LED2);
       SZ_STM32_LEDInit(LED3);
       SZ_STM32_LEDInit(LED4);
   
        /*初始化蜂鸣器 */
        SZ_STM32_BEEPInit();
   
       /* 注意串口2使用Printf时'SZ_STM32F107VC_LIB.c'文件中fputc定义中设备改为SZ_STM32_COM2 */
       /* 串口2初始化 */
       SZ_STM32_COMInit(COM2, 115200);
   
       printf("\n\r\n");
       printf("\n\r www.armjishu.com论坛后续还会有更多精彩的示例，欢迎访问论坛交流与学习."); 
       printf("\n\r 本示例为AD转换示例，串口输出转换结果，模拟信号来自板上的电位器！ \n\r");
       printf("\n\r 开发板上的电位器VR1连接到了STM32的PC0，调节电位器观察串口输出的AD转换结果\n\r");
       printf("\n\r==============================================================================");
       printf("\n\r");
   
       SZ_STM32_ADC_Configuration();
   
       /* Infinite loop 主循环 */
       while (1)
       {
           /* LED1指示灯状态取反 */
           SZ_STM32_LEDToggle(LED1);
   
           ADCConvertedValueLocal = GetADCConvertedValue();
           Precent = (ADCConvertedValueLocal*100/0x1000);	//算出百分比
           Voltage = Precent*33;						  // 3.3V的电平，计算等效电平
   
           /* 电压低于2V，表示土壤湿度低，需要浇水 */
           if( Voltage <= 2000 )
            {
                printf("\r\n电平小于2000，蜂鸣器报警响起，开始浇水\r\n");
       	     delay(16000000);
   
       	     /* 警报信号开启 */
       	     SZ_STM32_BEEPOn();
   
   		     /* 浇水次数的阈值 */
       	     count = 15; 
           	 while (1)
       	     {
                   printf("\r\n 正在浇水，电压值为：%d.%d%dV.\n\r ", Voltage/1000, (Voltage%1000)/100, (Voltage%100)/10);
       	     	ADCConvertedValueLocal = GetADCConvertedValue();
           		Precent = (ADCConvertedValueLocal*100/0x1000);	//算出百分比
           		Voltage = Precent*33;                           //3.3V的电平，计算等效电平，更新
   
       	        count--;                                       //浇水次数减一
   
       	        if( Voltage >2000 ) break;                    //此时电压大于2V
       	        if( count == 0 ) break;	                      //此时到达浇水次数上限
   
       	        delay(16000000);	
       	      }
   
       	   SZ_STM32_BEEPOff();
   
       	  if( Voltage >2000 )
       	      printf("电压高于2V，土壤湿度变高，浇水结束 \n");
       	  if( count== 0 )
       	      printf("浇水次数达到十五次，超时，浇水结束 \n");
       	   }
   
          printf("\r\n 当前AD转换结果为：0x%X, 百分比为：%d%%，电压值：%d.%d%dV.\n\r", 
          ADCConvertedValueLocal, Precent, Voltage/1000, (Voltage%1000)/100, (Voltage%100)/10);
   
           /* 延迟, 打印间隔 */
           delay(16000000); 
   
           /* 此处可以添加用户的程序 */
     	}
   }
   
   /**-------------------------------------------------------
     * @函数名 SysTick_Handler_User
     * @功能   系统节拍定时器服务请求用户处理函数
     * @参数   无
     * @返回值 无
   ***------------------------------------------------------*/
   void SysTick_Handler_User(void)
   {
       static uint32_t TimeIncrease = 0;
   
       if((TimeIncrease%100) == 0)
       {
           if((TimeIncrease%2000) == 0) //每2秒亮100毫秒
           {
               LED4OBB = 0;
           }
           else
           {
               LED4OBB = 1;
           }
       }
       TimeIncrease++;
   
   }
   

2. SysTick_Handler_User() 函数

   该函数是系统节拍定时器服务请求的用户处理函数。在该函数中，通过判断时间的增加次数，控制 LED4 指示灯的亮灭，实现系统状态的显示。

四、总结

本课程设计基于 STM32 神舟 IV 号开发板，实现了一个简单的自动浇水系统。通过检测土壤湿度，并根据阈值判断是否需要浇水，实现了自动浇水的功能。通过 LED 指示灯和蜂鸣器的使用，可以实时显示系统状态和报警。本系统具有简单、可靠的特点，适用于小型植物的自动浇水。