功能梳理

  • PCB线路板采用核心板+底板实现

核心板：排针引脚间距为2.54mm，2排，双排间距为2.54mm的倍数（方便与面包板联用），未使用引脚全部引出，核心板上的主芯片为STM32F103RET6。

目的：

  • 方便与面包板配合使用；

  • 核心板上预留两个2.54mm间距，4脚座和5脚座，部分传感器模块只需要这两个底座既可以实现模块功能。

  • 核心板上的主芯片相对较贵，做成核心板之后，可以重复利用，方便大家一起跟着做，以后我们只需要修改底板的设计即可。（本月的核心板没有变化，还是使用上个月的核心板）

上图中各个模块简要说明：

  • 标号1为最小核心板，上面包括一个Micro USB接口的Debug串口（串口1）、RTC实时时钟电路；

  • 标号2为ESP8266 WiFi模块，用于实现与阿里云物联网平台连接，实现水泵的远程控制功能；

  • 标号3为RGB 全彩LED；

  • 标号4为LCD12864；

  • 标号5为土壤湿度传感器；

  • 标号6为使用光耦+三极管的方式实现继电器控制电路，用于控制水泵的开关；

  • 标号7为底板上的3个按键，从左到右，按键功能分别为：模式选择、关水泵（下限-）及开水泵（上限+）；

  • 标号8为供电接口；

  • 标号9为蜂鸣器。

后台回复关键词“每月一练”可以获得PCB工程文件，将下图框选的文件发给线路板加工厂家，可以直接打样。两个板子在某立创十元钱就可以搞定。（202006每月一练活动中的核心板如果你已经打样了，那么本次的核心板就不用打样了，两个是一样的。）

参考阅读：
STM32单片机最小系统详解

  • 蜂鸣器

系统状态提示音，比如，土壤干燥的时候，可以每隔5秒滴答响一声。

蜂鸣器的使用，参考阅读：
蜂鸣器演奏音乐“你笑起来真好看”

  • LED指示灯

土壤干燥程度指示；比如可以绿色代表正常，红色代表缺水状态；本设计选用了RGB 全彩LED。

RGB全彩LED的驱动使用PWM的方式进行驱动的，参考阅读：
利用PWM原理，实现呼吸灯功能
STM32驱动RGB全彩LED

  • 继电器模块

控制水泵开关

继电器的使用方法，参考阅读：
继电器(Relay)

  • 土壤湿度传感器

通过AD转换模块，获得到土壤湿度传感器模块的AD值，此值间接等价于土壤的相对湿度。也可以通过STM32的GPIO读取土壤湿度传感器DO的返回值，通过模块上的电位器，可以调整模块的阈值，进而调整模块的灵敏度。

本次活动选用AD值的方式进行判断是否应该启动水泵。

土壤湿度传感器模块的使用方法，参考阅读：
土壤湿度传感器，出远门再也不怕花没人浇水了

  • LCD显示模块

显示当前测量土壤湿度值和土壤湿度的上限和下限阈值。

为了与六月份的设计选用的0.96寸OLED屏有所不同，我们这次选用LCD12864液晶屏。

其实本设计理论上可以不需要液晶屏，增加液晶屏的意义不大，只要有云智能APP即可，而且把设计弄复杂了，我们此处增加液晶屏主要为了学习而添加。

LCD12864屏的使用方法，参考阅读：
STM32串行通信模式驱动LCD12864，结合手册从原理让你理解显示过程

  • 按键模块

手动控制水泵的开启和关闭。

可以设置土壤湿度的上下限，自动模式下低于下限启动水泵浇水，高于上限停止浇水。

按键翻页查看历史温度值，共计可以存24组（理论上24小时每小时一组，但是为了方便演示，默认1分钟存一组）底板上有一个24C02模块的原理图，用于存储历史数据，此部分内容8月份介绍。

  • WiFi模块

在手机APP上可以远程控制水泵的开启和关闭；APP上还可以查看当前土壤湿度。

ESP8266 WiFi模块的使用及连接阿里云物联网平台，参考阅读：
mini D1 WiFi模块Arduino开发简介
七步快速开启产品智能化
ESP8266连接阿里云物联网平台（Arduino方式）
Windows下AliOS Things环境搭建及ESP8266 固件下载
快速接入阿里云物联网平台技术方案分享

  • 串口通信

STM32的串口1作为Debug串口；串口5与ESP8266进行数据通信。

STM32串口通信的使用方法，参考阅读：
STM32F103 串口的使用方法

物联网模块ESP8266返回的数据格式为JSON字符串，对此字符串进行解析，参考阅读：
Keil环境下STM32工程加入cJSON
用cJSON解析心知天气返回的数据包

  • 实时时钟模块

用于记录整秒时间的计时，当土壤处于缺水状态时，每隔五秒滴答一次；使用STM32单片机自带的RTC功能即可。

STM32自带RTC功能的使用方法，参考阅读：
STM32 RTC及定时闹钟功能实现

  • 温度传感器DS18B20

设置上下限，超过蜂鸣器报警，提示防寒或降温；温度模块底板上有预留设计，各位可以自由发挥。

STM32驱动DS18B20温度传感器，参考阅读：
DS18B20温度传感器时序图解析（STM32）

成果展示

，时长03:20

最终实现的功能包括：

  • LCD12864液晶屏上显示土壤湿度的AD值、上下限值、水泵状态、当前运行模式，并将AD值上传至阿里云物联网平台上；

  • 手动和自动两种模式，利用云智能APP可以实现定时功能；

  • 手动模式通过底板上的按键1进行手动开启，湿度达到湿度设定值上限时自动停止；按键2可以手动提前关闭；按键状态与阿里云物联网平台上的状态实时同步；

  • 自动模式时，当土壤湿度低于设定值下限时，自动开启水泵，当湿度达到上限时，停止水泵；自动模式下，按键1和按键2可以手动调整上下限值。

  • 定时模式时，当网络时间达到设定时间时，云智能APP会自动下发开启水泵浇水指令；

  • 当土壤湿度低于设定值下限时，RGB LED呈红色；当土壤湿度介于上下限之间时，LED呈黄色；当土壤湿度高于设定值上限时，LED呈绿色；

  • 任何时候都可以用过手机上的“云智能”APP随时开启或关闭水泵；

  • 当土壤湿度过低时，每隔5秒，蜂鸣器滴答响一声，用于提示主人应该浇水了。