智能浇水采光可移动花盆设计
摘要
本文介绍了一款在MDK5.25软件开发平台下开发设计的由意法半导体公司生产的STM32为核心控制器的智能花盆机器人。文中介绍了整个设计的需求分析、方案选择、硬件部分、软件部分、传感器的选择与布局、电路板的安装、以及整车的测试与评估。
本次设计最终使用STM32为主控制器，此芯片功能强大，足以满足整个设计的需求，采用MG995舵机和HC-SR04超声波模块组合的云台来完成道路行进方向的选择功能，利用DHT11温湿度传感器模块的特性来完成温湿度检测采集功能，采用0.96寸OLED显示屏模块完成土壤湿度及所处环境的温湿度，采用L289N驱动模块和减速电机完成智能花盆的行走功能，采用迷你水泵模块配合土壤湿度传感器模块完成自动浇水功能，采用蜂鸣器进行浇水提示提醒，采用超声波传感器和舵机的配合完成智能花盆行走过程中的避障功能；采用红外避障传感器完成防止跌落功能；利用光敏传感器来完成寻光、采集功能；程序经过多次测试和改进，能够较健壮的运行。最终，能够很好地实现上述功能。
关键词：STM32；智能花盆机器人；自动寻光；自动浇水；土壤湿度检测；数据显示；
Intelligent Flower Pot Robot Based on STM32
Abstract: This paper introduces an intelligent flowerpot robot with STM32 as the core controller developed and designed in MDK5.25 software development platform. This paper introduces the requirement analysis, scheme selection, hardware part, software part, sensor selection and layout, circuit board installation, and vehicle testing and evaluation.
This design eventually use STM32 as the main controller, the chip, powerful enough to satisfy the demand of the whole design, use the MG995 steering gear and HC - SR04 ultrasonic module to cooperate to complete the way choice function, complete the function of temperature and humidity detection using DHT11 temperature and humidity sensor module, with the help of soil moisture and 0.96 inch OLED display module, the temperature and humidity of the environment, adopt L289N gear motor driver module and complete intelligent flowerpot walking function, using mini pump module with soil humidity sensor module to complete the function of automatic watering, A buzzer is used to give a reminder of watering, and the ultrasonic sensor and steering gear are used to complete the obstacle avoidance function in the walking process of the intelligent flowerpot. Infrared obstacle avoidance sensor is used to prevent falling. Using photosensitive sensor to complete the function of searching and collecting light; After many tests and improvements, the program can run more robustly. In the end, the above functionality is well implemented.
Key words: STM32; Intelligent flowerpot robot; Automatic light seeking; Automatic watering; Soil moisture detection; Data display;
目录
前言 6
第一部分 绪论 8
1.1智能花盆控制系统研究背景及意义 8
1.2国内外智能花盆机器人的状况 8
1.2.1国内智能花盆机器人的发展状况 8
1.2.2国外智能花盆机器人的发展状况 10
1.3本课题的主要研究内容 11
第二部分 基于STM32智能花盆控制系统总体设计 13
2.1 智能花盆系统整体设计方案设计思路 13
2.1.1技术特点 13
2.1.2 系统组成 14
2.1.3技术指标 15
2.2方案的选取 15
2.3 总体设计方案 16
2.3.1整体构架 16
2.4花盆换盆路径规划 17
2.5花盆移动平台方案设计 17
2.5.1横向移动平台方案设计 17
2.5.2纵向移动平台方案设计 20
2.5.3花盆移动平台整机方案 21
2.6花盆移动平台结构设计 22
2.6.1横向移动平台结构设计 22
5.1.1 纵向移动平台结构设计 23
2.7样机制作与调试 24
第三部分 智能花盆控制系统硬件设计 27
3.1 微控制器及电子元件的选型 27
3.1.1微控制器选择 27
3.1.2电机驱动选择 28
3.1.3红外避障模块选择 30
3.1.4舵机的选择 33
3.1.5超声波模块的选择 34
3.1.6 温湿度传感器的选择 34
3.1.7土壤湿度传感器 35
3.1.8 光敏传感器 35
3.1.9蜂鸣器模块 36
3.1.10 太阳能板 37
3.2 STM32最小系统电路的设计 37
3.3 各模块电路设计 40
3.3.1 0.96寸OLED显示屏 40
3.3.2 L298N电机驱动模块 42
3.3.3 蜂鸣器模块 43
3.3.4 土壤湿度传感器模块 44
3.3.5 YL-47 DHT11 温湿度传感器模块 45
3.3.6 HC-SRF05 超声波传感器 48
3.3.7 YL-70红外避障传感器 50
3.3.8 光敏传感器模块 52
3.3.9迷你抽水电机 54
3.4 智能花盆控制系统硬件总结 54
第四部分 智能花盆控制系统软件设计 56
4.1 智能花盆控制系统软件设计思路 56
4.2 智能花盆控制系统主程序设计 56
4.3 智能花盆控制系统子程序设计 57
4.3.1电机驱动程序 57
4.3.2红外避障防跌落程序 59
4.3.3超声波避障程序 59
4.4 智能花盆控制系统程序调试 60
4.4.1程序编写 60
第五部分 智能花盆外壳的制作 64
5.1智能花盆机器人外观设计思路 64
5.3智能花盆机器人花盆设计及制作过程 64
5.2智能花盆机器人底盘设计及制作过程 64
5.4底盘盖的设计及其制作过程 65
5.5智能花盆外壳设计 66
5.6智能花盆整体设计成品 67
第六部分 电路板的安装与传感器布局 68
6.1智能花盆底盘 68
6.2电路板安装 68
6.3超声波模块安装 69
6.4红外避障传感器安装 70
6.5 OLED显示屏安装 70
6.6 迷你抽水泵安装 71
6.7 蜂鸣器的安装 72
6.8 温湿度传感器的安装 73
6.9 土壤湿度传感器安装 73
第七部分 产品测试与操作说明 75
7.1 智能花盆系统测试流程 75
7.2 测试报告 75
第八部分 总结 76
小结与致谢 76
致谢 77
参考文献 78
附录 79
前言
本设计是从环境的温度、湿度、土壤湿度、光照强度等指标入手，循序渐进的阐述了在所处环境下检测智能花盆机器人系统的设计过程和设计原理。
本文详细介绍了在本次设计中的全过程，在设计方案、硬件设计和软件设计三方面进行了详细的叙述。本次设计是对我大学四年所学知识的综合、灵活应用。经过本次设计的洗礼，将理论与实践真正进行了一次完美结合，在各方面的能力都得到快速有效的提升，比如：电路板的基本焊接、对问题的详细分析以及寻找解决问题的2能力等，总的来说，使自己综合应用能力迅速提升。
本文内容一共分为八部分，其主要内容如下：
第一部分为绪论，主要讲述了智能花盆机器人控制系统的设计背景、研究背景及意义、发展趋势和本系统的基本工作原理。
第二部分为基于STM32智能花盆控制系统总体设计，主要对智能花盆系统进行技术特点分析，设计系统的组成及要达到得技术指标，根据对需求的分析进行实现功能的模块初步拟定，并进行整体设计构架图的设计。
第三部分为智能花盆控制系统硬件件设计，主要讲述根据各种条件对各种微控制器、对比不同型号的同类的传感器进行合适的选择、STM32最小系统电路设计原理、各模块电路的设计、智能花盆控制系统硬件总结。
第四部分为智能花盆控制系统软件程序设计编写，主要讲述了智能花盆控制系统软件编程设计思路、对主程序进行有顺序的设计、针对实现不同功能的模块，进行程序化编写达到要求的功能，最后将各个子程序进行整合并进行初步调试。
第五部分为智能花盆外壳的制作，主要简述了智能花盆机器人的外观设计思路，及各部分的设计与制作过程。
第六部分为电路板的安装与传感器的布局，主要简述了智能花盆底盘、电路板、超声波模块、红外避障传感器、0.96寸显示屏、蜂鸣器、土壤湿度检测传感器模块等的合理安装。
第七部分为产品测试与操作说明，主要讲述了智能花盆机器人的系统测试流程及测试报告。
第八部分为本次设计的嵌入式环境检测智能花盆机器人系统的总结，并提出展望。
最后为附录，其中包括引用的文献、系统电路原理图及部分源程序代码。
参考文献
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