基于STM32F407ZGT6实现微生态花园控制系统设计

1. 引言

以STM32F407ZGT6单片机为核心控制器设计了一种微型生态花园控制系统，将传感器技术、WiFi技术、摄像头技术、自动追光技术、μC/OS-Ⅲ实时操作系统结合起来，实现对花园环境以及动植物情况的实时监控和及时控制，并具有环境温度、环境湿度、土壤湿度、光照强度监控，鱼缸自动换水、增氧以及宠物自动喂养等功能。

2.系统总体框架设计

微型生态花园控制系统基于现实背景[4]设计，STM32F407ZGT6单片机为核心控制器，通过μC/OS-Ⅲ实时操作系统和TFT-LCD主控显示屏设计出便捷友好的用户界面，实时显示环境参数信息。系统采用成熟的物联网技术进行通信连接，用户可以通过机智云和手机App连接，实现云端传输数据功能。

硬件是控制系统的基础和核心，因为其不仅直接影响到系统的稳定性、准确性、快速性及能耗等，还在一定程度上决定了系统的上限。总之，系统硬件的设计是非常关键的部分。

微生态花园控制系统的硬件主要以STM32F407ZGT6单片机为控制核心板，搭载TFT-LCD触摸显示屏、OV5640-720P高清摄像头、WiFi模组等。其中DHT11温湿度传感器、土壤湿度传感器组成检测功能模块，用来检测微生态花园的温湿度和土壤湿度等环境参数。

3.自动灌溉系统

自动化灌溉系统首先为自动化灌溉区域规划做准备。由于自动灌溉系统的工作原理，一组路径在同一时间只能以一个频率自动灌溉，因此采取以下措施区分灌区的草种习性。

例如，多年生铁线莲、月季之类，不耐涝、不耐高温的可以划分成一组，灌水的持续时间可以设置得短一些，频率可以低一些；而蓝雪花、绣球花等水生植物再分一组，灌水的持续时间设置得更长更频繁；对于耐旱、耐高温的沙漠玫瑰、仙人掌等植物来说，它们对水分的需求并不是很大，分为另一组，灌水的持续时间可以设置得更短一些。

系统工作中，当土壤含水量低于一定阈值时(该阈值可通过可变电阻进行调节)指示灯就会亮起，从而检测到该区域内土壤湿度低于当前植物所适宜的湿度，单片机即可控制继电器操作小水泵进行灌溉。

4. 太阳能自动追光系统

太阳能是一种清洁的绿色能源，也是最丰富的可再生能源，是未来理想的绿色新能源，因此采用光伏发电技术将太阳能转化为电能，用于实现系统运行的续航并节约能源。太阳能自动追光系统主要由2个步进电机以及驱动器、4个光敏电阻、1个主控芯片、1块太阳能板构成，具体系统框架如图2所示。

系统总体设计框架 01

02 系统框架

太阳能板的方向控制能够实现360°追光，它的4个方向分别放置4个光敏电阻，然后通过判断对向的两个电阻的大小控制步进电机应该往哪个方向进行转动。为了实现通过读取光敏电阻的阻值控制太阳能板方向，这里采用串联分压的方式，如图3所示。

串联分压电路 03

ADC接单片机引脚，原理就是串联分压，当外界光发生变化的时候，光敏电阻的阻值发生变化，ADC读取的就是光敏电阻分压的数值。因为两个光敏电阻的阻值是一样的，那么R1和R2在光照一样的环境下，ADC引脚所读取到的电压值应该是3.3/2=1.65 V，也就是说，当ADC所读取到的电压值在1.55～1.75 V (误差±0.1 V)时，两个光敏电阻所接收的光强是一样的。

5. 鱼缸自动定时换水系统

鱼缸主要由自动定时换水系统、自动定时供氧系统、自动定时喂食系统三部分构成，该设计可以帮助出差在外的用户照顾鱼缸里的鱼类，减少用户的担忧。

鱼缸智能化系统

自动定时换水

自动定时供氧

自动定时喂食

6. 小结

本文所述控制系统通过智能控制及物联网嵌入式技术，实现了对阳台微生态花园的智能化控制。在设计过程中，除了常规的温湿度调节、追光系统、宠物屋和鱼缸控制等智能操作外，还能通过改变终端传感器应用节点，分层分级管理获取空间参数，实现更多的智能控制功能。