STM32F103实现的自动浇水电路

需求

  我在家中种植了几盆观赏植物，基本2-3天浇一次水。最近有长时间出差的情况，时长会超过一个周。在这种情况下植物可能因为缺水而干枯死亡。为了保证植物的茁壮成长，考虑用自动化装置进行浇水。

早期方案

  由于家里正好有一个闲置的LS产电PLC，所以第一版方案采用了以PLC进行自动浇水控制。整体结构为：一个6V电源电源适配器，用于给310水泵供电；一个310水泵，用于将盆里的水吸出并通过管路输送到各个花盆；一个PLC，负责按周期和时间长度导通电源适配器和310水泵。

  通过这个方案度过了第一次出差，植物们都还活着。不需要记住哪天浇水哪天没浇水的感觉真好！决定将自动浇水长期化！
  但使用PLC进行控制有两个问题：1、我的花平时都是放在楼梯间拐角，室外电箱很小，根本无法装下PLC；2、PLC的待机功耗有十几瓦，一年下来要100多度电。由此想到了使用网上能买到的时控开关作为控制器的方案👇。

  改造完成后又发现了时控开关方案的局限性：1、时控开关是按照星期几进行制定周期的，而在当前的季节我需要每两天浇一次水，这就造成我要么设置周一、三、五、七浇水（周日和下周一连续浇水），要么设置周一、三、五浇水（周五到下周一变为了三天一浇）；2、时控开关需要使用电池，而我追求的是免维护的效果；3、时控开关的开关最小间隔以分钟为单位，而我的植物们只需要水泵工作半分钟就可以了。

STM32方案

方案确定

  为了避免上述方案的局限性，最终决定使用手上的一块STM32F103C8T6最小系统板进行控制，最终实现浇水天数可调、浇水时长可调、不需要使用电池、体积足够小。
  由于给电机供电的电源适配器电压为6V，所以打算使用7805芯片产生5V的电压为STM32F103C8T6最小系统板供电。但查询了7805的手册后发现7805需要至少7V的输入电压才能正常工作，经过试验发现为7805供6V电的情况下只能输出3V多的电压。于是又改为增加一个5V电源适配器（手机充电器）为最小系统板进行供电。
  然而在确定洞洞板的布局时又悲催的发现STM32F103C8T6最小系统板上居然没有5V引脚。最终在某宝上看了又看之后，选择了STM32F103C6T6最小系统板（比C8T6便宜几块钱，板上有5V引脚）。
  最终的方案为：使用STM32F103C6T6最小系统板作为控制器，使用ULN2003A驱动继电器，使用继电器开关310水泵的电源。而浇水天数和浇水时长通过一个6位的拨码开关来进行，其中0、1、2位用于确定间隔天数，天数=1+(n0x4+n1x2+n2)；3、4位用于确定浇水时长，时长=15+(n3x2+n1)秒；第5位则用于手动触发浇水。

程序编写

  使用STM32Cube进行配置和KEIL5代码的初始生成

  在STM32Cube里配置了PA1到PA6共6个输入引脚用于读取6位拨码开关的值。然后PB4、PB5配置为输出，用于驱动ULN2003A的两个输出脚（实际上只配置一个就可以实现功能，之所以配置两个是为了在ULN2003A的一个输出脚失效后存在一个冗余）。👇


  时钟是单片机的心跳，在配置完IO后紧接着对时钟进行配置，虽然STM32F103C6T6最高频率可以达到72MHz，但是对于我的这个项目完全没有必要。考虑到频率低一点理论上运行更稳定，最终时钟频率被配置为32MHz。👇

  为了实现定时（浇水间隔、浇水时长本质都是定时），使用了单片机的TIM1定时器。在配置时将TIM1进行了32（在STM32Cube里配置的时候需要输入31）倍的分频，使定时器计数周期为1MHz，再通过设置1000（在STM32Cube里配置的时候需要输入999）的计数使TIM1的实际触发周期为1ms。👇

  计时实现

  上面已经说了，TIM1每1ms触发一次，所以我们每次在TIM1被触发的时候对ms数+1，当ms数=1000时即过了一秒0。👇

  同理，我们对秒、分、小时进行类似的处理，最终即可获得对天数的计时。当实际的天数等于我们设定的天数时，即可启动PB4、PB5实现浇水。👇

  电路板结构

最终效果

程序代码优快云下载