基于单片机的温室大棚环境监测系统设计

温室大棚对北方反季节蔬菜的种植具有重要意义。据了解全国各地温室大棚使用集中，但是大棚环境调控方式落后、管理落后、生产效率比较低。针对此问题本文提出了一种基于STM32单片机智能温室大棚控制系统方案，实现环境参数的自动检测，以达到智能化、自动化、科学化的目的。

一、引言

本文针对温室大棚环境因素的检测问题，利用无线传输技术，嵌入式技术，以STM32 F103ZE为控制核心，完成了一种智能温控大棚监测系统的设计和测试，该系统的主要功能是:可以实现室内植被环境参数的检测，包括温度、光照度、湿度、二氧化碳浓度检测，并通过无线传输在上位机显示变化曲线

二、温室内部环境参数

1、温度

维持农作物生长的生物学的下限温度、最适温度和上限温度合称为“三基点温度”，“三基点温度”是维持农作物生长最基本的温度指标。多数园艺作物的下限温度为5-15、最适温度为20-28、 上限温度为30-35。一般地，作物在下限温度和上限温度时，农作物虽然停止生长,但仍能够维持生命。在最适温度时，作物的生命活动最为活跃。当作物生长环境低于下限温度或者高于上限温度，作物就会受到不同程度危害，甚至死亡。

2、湿度

湿度是指温室内的空气的相对湿度，表示空气中含水分多少的物理量。湿度在温室种植中是一项比较重要的参数，也是影响植物生长最敏感的因素之一。温室湿度对农作物的蒸腾作用、光合作用以及虫害都有直接或间接的影响。

3、光照强度

在一定的范围内 ,光合作用的速率与光照强度成正比。植物对光照强度的要求用光补偿点和光饱和点表示。光补偿点是光合作用是对光强度要的下限 ,光饱和点是 光合作用是对光强度要求的上限。 农作物生长所需光量曲线模式图如图3-1所示。

3.4二氧化碳浓度

温室大棚内二氧化碳的浓度变化一般分为白天和夜间两种情况。夜间，由于植物光合作用停止，呼吸作用仍在进行，再加上土壤中的微生物等活动产生二氧化碳，使得夜间温室内的二氧化碳浓度比白天高很多。进入白天，温室内的二氧化碳浓度随着植物光合作用的进行而渐渐降低。实验研究表明,温室内在不通风换气的情况下，日出一个小时后，温室内的二氧化碳浓度大约降至300PPM。而室外的二氧化碳浓度约为360 PPM ；日出2到3个小时后，二氧化碳的浓度大约降到80 PPM至150 PPM此时已接近温室农作物的二氧化碳补偿点。此时由于空气中二氧化碳的浓度太低，农作物基本停止光合作用。

三、硬件的选择

1、温度传感器DS18B20

输出的信号为数字信号，具有仅需一个端口引脚进行通讯；

引脚说明：

VDD：可选电源电压

DQ：数据I/O

GND：地

无需外部器件；可通过数据线供电；测温范围-55~125，温度以递增；体积小，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20 数字温度计提供 9-12 位摄氏温度测量而且有一个由高低电平触发的可编程的不因电源消失而改变的报警功能，DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和 DS18B20 之间仅需一条连接线（加上地线）。它在精度为±5℃。除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。

 2、湿度传感器

测量湿度时我们采用的是DHT11温湿度传感器。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感式元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

 

引脚说明：

VDD：供电3-5.5V

DATA：串行数据，单总线

GND：接地

NC：空脚，悬空

3、光照传感器

测量光照参数我们采用的是GY-30光照传感器。内置16bitAD转换器，直接数字输出，省略复杂的计算，省略标定。接线采用IIC通讯方式。

 

引脚说明：

VCC：供电电源

SCL：IIC总线时钟引脚

SDA：IIC总线数据引脚

ADO：IIC设置地址引脚

GND：接地

4、烟雾传感器

测量浓度我们采用的是MQ-2烟雾传感器。MQ-2烟雾传感器具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息。具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定，响应时间短，长时间工作性能好。

 

引脚说明：

VCC：供电电源

AO：模拟电压输出端

DO：TTL高低电平输出端

5、显示器模块OLED

 

GND：电源地

VCC：电源正3.3V

DO：SPI时钟线（IIC接口是也为时钟线）

D1：SPI数据线（IIC接口时也为数据线）

RES：显示屏复位管脚

DC：SPI数据/命令选择脚

CS：SPI数据片选，低电平有效，不用时需要接地不能悬空

6、无线设备

选用Lora无线串口模块进行数据的传送，该模块使用SX1278芯片，采用Lora扩频技术，具有功耗低、传输距离远、抗干扰性强的特点。其待机功耗为2.3 uA，传输距离大于3000m，多频通信，只需4个IO即可完成所有功能。通信方式为串口（TTL）。

 

引脚说明：

M0:输入，和M1配合，决定模块的四种工作模式；

M1：输入，和M0配合，决定模块的四种工作模式；

RX：TTL串口输入，连接到外部TX输出引脚，可配置为漏极开路或上拉输入；

TX：TTL串口输出，连接到外部RX输出引脚，可配置为漏极开路或推挽输出；

AUC：输出，用于指示模块工作状态；

VCC：接电源；

GND：接地

四、系统结构

 

 原理图：

 五、实验结果

各个传感器灵敏地测量周围环境数据，同时将测得的数据显示在OLED显示屏上，此外，还通过无线串口将数据发送到电脑端，并用上位机将各个参数的变化曲线实时显示出来。

 

 

工程源码分享： 

链接：https://pan.baidu.com/s/1cX5mFSNclFMifGTC1d9FtA 
提取码：xc8i