基于STM32的水肥反馈调控装置

本技术属于农业设施，涉及水肥调控，特别涉及一种基于stm32的水肥反馈调控装置。

背景技术：

1、水肥调控是施肥作业的常规控制手段，现有农业生产系统中，营养液的动态调控大多是a、b、c液和水的配比或通过调整水肥比例来控制ec范围，最多只需要四条补液管道即可，采用基本的液位、体积等监测措施，便能实现补液量的精准控制。

2、但采用ec、ph、水肥比例调控均不能反映营养液中单一元素浓度及各组分比例等变化的问题，学者们通过研究水培过程中离子浓度与ec之间的关系及离子ec贡献率的动态变化规律，从理论上实现将自动灌溉系统中营养液的ec控制升级为离子浓度控制，能够满足不同生育阶段水培作物对离子浓度动态需求。在工程问题中，若采用离子浓度调控，便需调整每个化合物的含量，设计更多条的补液管道同时补充，升级控制反馈逻辑，实现各化合物的精确补充，当前还缺乏完整设计实物。

技术实现思路

1、为了将理论上能够实现的离子浓度控制工程化，并克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于stm32的水肥反馈调控装置，以期增加监测的精准性，并藉此提高反馈控制效果，能够用于离子浓度的实际控制；进一步地，还希望其能够实现多路控制。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

3、一种基于stm32的水肥反馈调控装置，包括基于stm32的控制板、直流有刷电机蠕动泵、电机驱动模块以及水流量传感器模块；所述直流有刷电机蠕动泵和所述水流量传感器模块设置在补液管路上；所述水流量传感器模块实时采集补液管路中的水肥总量，并发送至所述控制板；所述控制板向所述直流有刷电机蠕动泵输出控制信号，调整直流有刷电机蠕动泵的电机pwm开度，完成液量补充。

4、在一个实施例中，所述控制板为stm32f103cet6最小系统板，包括主控芯片stm32f103cet6及其外围电路；所述外围电路包括：晶体振荡器、电源管理电路和调试接口；所述电源管理电路包括稳压器和滤波电容，用于将输入电压调整为工作电压；所述调试接口用于通过调试器与主控芯片stm32f103cet6进行连接和调试。

5、在一个实施例中，所述主控芯片stm32f103cet6的gpio引脚配置如下：

6、gpio引脚m1-m9、w1-w9连接电机驱动模块的控制输入引脚，通过控制引脚的电平状态，控制电机的启停和转向操作；或者，将主控芯片stm32f103cet6的gpio引脚m1-m9连接到电机驱动模块的pwm输入引脚，以调节电机的速度；

7、gpio输入引脚s1-s9连接水流量传感器模块的信号引脚，使用外部中断检测水流量传感器模块的脉冲信号，并计算实时的水流量；

8、gpio输入引脚a9-a10为串口通信，能够选择与上位机连接。

9、在一个实施例中，所述直流有刷电机蠕动泵为bph-dls20b型直流有刷电机蠕动泵。

10、在一个实施例中，所述电机驱动模块为ta6586电机驱动芯片，具有八个引脚，其中两个输入和两个输出配置如下：

11、in1，输入1或脉冲宽度调制；输入1时，控制电机的转向，当in1为高电平时，电机将以一个方向旋转；当in1为低电平时，电机将以相反的方向旋转；作为脉冲宽度调制时，通过pwm信号控制电机的速度；

12、in2，控制电机的转向；当in2为高电平时，电机将以一个方向旋转；当in2为低电平时，电机将以相反的方向旋转；in1和in2均与stm32相连；

13、out1，连接到电机的一个端口，通过驱动电机控制它的运行状态；

14、out2，连接到电机的另一个端口，通过驱动电机控制它的运行状态。

15、在一个实施例中，所述水流量传感器模块为yf-s401水流量传感器，包括塑料阀体、水流转子组件和霍尔传感器，其转子的涡轮叶片装有根据n、s磁场不同排列的磁钢，霍尔安装在涡轮叶片的相应位置，当水流过转子时，会带动带有磁场的转子旋转；霍尔传感器根据磁场的n、s极交替或电压变化输出相应的脉冲信号反馈给控制板。

16、在一个实施例中，所述控制板存储调控补液程序指令；所述补液管路有多条，每条补液管路的入口端分别连接一个补液瓶，出口端均连接至营养液槽，所述程序指令对应多条补液管路，每条补液管路均布置有所述直流有刷电机蠕动泵和所述水流量传感器模块，所述控制板通过向所述直流有刷电机蠕动泵输出控制信号，完成各补液管路的不同液量补充。

17、在一个实施例中，所述补液管路有多条，每条补液管路的入口端分别连接一个补液瓶，出口端均连接至营养液槽，每条补液管路均布置有所述直流有刷电机蠕动泵和所述水流量传感器模块，所述控制板通过向所述直流有刷电机蠕动泵输出控制信号，完成各补液管路的不同液量补充。

18、在一个实施例中，所述控制板的控制信号输出至每个直流有刷电机蠕动泵的电机控制端，所述控制信号为控制板存储的调控补液程序指令信号或手动指令信号。

19、在一个实施例中，所述控制板连接键盘输入设备和数据显示设备，所述数据显示设备实时显示所述水肥总量，所述键盘输入设备用于手动控制开启并调整直流有刷电机蠕动泵，以及用于输入补液量。

20、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

21、本实用新型能够用于基于离子浓度调控的实际工程控制，通过水流量传感器的检测，并将其与目标水肥量进行比较，控制电机pwm开度，实现精准补液。

22、进一步地，本实用新型还可通过多路水流量传感器的检测，实现同时精准补充各补液瓶中化合物的不同含量。

技术特征：

1.一种基于stm32的水肥反馈调控装置，其特征在于，包括基于stm32的控制板、直流有刷电机蠕动泵、电机驱动模块以及水流量传感器模块；所述直流有刷电机蠕动泵和所述水流量传感器模块设置在补液管路上；所述水流量传感器模块实时采集补液管路中的水肥总量，并发送至所述控制板；所述控制板向所述直流有刷电机蠕动泵输出控制信号，调整直流有刷电机蠕动泵的电机pwm开度，完成液量补充。

2.根据权利要求1所述基于stm32的水肥反馈调控装置，其特征在于，所述控制板为stm32f103cet6最小系统板，包括主控芯片stm32f103cet6及其外围电路；所述外围电路包括：晶体振荡器、电源管理电路和调试接口；所述电源管理电路包括稳压器和滤波电容，用于将输入电压调整为工作电压；所述调试接口用于通过调试器与主控芯片stm32f103cet6进行连接和调试。

3.根据权利要求2所述基于stm32的水肥反馈调控装置，其特征在于，所述主控芯片stm32f103cet6的gpio引脚配置如下：

4.根据权利要求1所述基于stm32的水肥反馈调控装置，其特征在于，所述直流有刷电机蠕动泵为bph-dls20b型直流有刷电机蠕动泵。

5.根据权利要求1所述基于stm32的水肥反馈调控装置，其特征在于，所述电机驱动模块为ta6586电机驱动芯片，具有八个引脚，其中两个输入和两个输出配置如下：

6.根据权利要求1所述基于stm32的水肥反馈调控装置，其特征在于，所述水流量传感器模块为yf-s401水流量传感器，包括塑料阀体、水流转子组件和霍尔传感器，其转子的涡轮叶片装有根据n、s磁场不同排列的磁钢，霍尔安装在涡轮叶片的相应位置，当水流过转子时，会带动带有磁场的转子旋转；霍尔传感器根据磁场的n、s极交替或电压变化输出相应的脉冲信号反馈给控制板。

7.根据权利要求1所述基于stm32的水肥反馈调控装置，其特征在于，所述补液管路有多条，每条补液管路的入口端分别连接一个补液瓶，出口端均连接至营养液槽，每条补液管路均布置有所述直流有刷电机蠕动泵和所述水流量传感器模块，所述控制板通过向所述直流有刷电机蠕动泵输出控制信号，完成各补液管路的不同液量补充。

8.根据权利要求7所述基于stm32的水肥反馈调控装置，其特征在于，所述控制板的控制信号输出至每个直流有刷电机蠕动泵的电机控制端，所述控制信号为控制板存储的调控补液程序指令信号或手动指令信号。

9.根据权利要求7所述基于stm32的水肥反馈调控装置，其特征在于，所述控制板连接键盘输入设备和数据显示设备，所述数据显示设备实时显示所述水肥总量，所述键盘输入设备用于手动控制开启并调整直流有刷电机蠕动泵，以及用于输入补液量。

技术总结
一种基于STM32的水肥反馈调控装置，包括基于STM32的控制板、直流有刷电机蠕动泵、电机驱动模块以及水流量传感器模块；所述直流有刷电机蠕动泵和所述水流量传感器模块设置在补液管路上；所述水流量传感器模块实时采集补液管路中的水肥总量，并发送至所述控制板；所述控制板向所述直流有刷电机蠕动泵输出控制信号，调整直流有刷电机蠕动泵的电机PWM开度，完成液量补充。本技术可增加监测的精准性，提高反馈控制效果，能够用于离子浓度的实际控制；进一步地，还能够实现多路控制。

技术研发人员：胡瑾,李培哲,孙章彤,胡旭东,魏子渊,李慧敏
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：20231008
技术公布日：2024/4/24