基于STM32的智能温室自动控制系统设计

目录

1. 引言
2. 硬件与软件设计
   • 硬件设计
   • 软件设计
3. 系统架构
   • 功能模块
   • 系统流程
4. 代码实现
   • 4.1 温湿度监测模块
   • 4.2 土壤湿度监测模块
   • 4.3 自动灌溉控制模块
   • 4.4 显示与报警模块
5. 系统调试与优化
6. 结论与未来工作

---

1. 引言

随着农业自动化和精准农业的发展，温室环境控制系统在现代农业中扮演着越来越重要的角色。温室自动控制系统通过监控温度、湿度、土壤湿度等关键参数，实现自动化控制，调节环境以最优化作物生长条件。本文设计了一个基于STM32微控制器的智能温室自动控制系统，通过传感器实时监测环境参数，并通过自动控制系统（如自动灌溉和空调控制）来调整温室的环境条件。

---

2. 硬件与软件设计

硬件设计

• 主控芯片：STM32F103C8T6微控制器，作为系统的核心控制单元。
• 传感器：
  • DHT11温湿度传感器：用于监测空气温度和湿度。
  • 土壤湿度传感器：用于监测土壤中的湿度。
  • 光照传感器（BH1750）：用于监测光照强度。
• 执行器：
  • 水泵：用于自动灌溉。
  • 风扇：用于调节温度，降低湿度。
  • LED灯：用于补充光照。
• 显示模块：OLED显示屏，用于显示当前温湿度、土壤湿度等数据。
• 无线模块：ESP8266模块，用于远程控制和数据上传。

软件设计

• 开发环境：STM32CubeIDE
• 编程语言：C语言
• 库：STM32 HAL库、FreeRTOS（可选）

---

3. 系统架构

功能模块

1. 环境监测模块：
   • 该模块包括温湿度、土壤湿度和光照强度传感器，实时监测温室环境的变化。
2. 自动控制模块：
   • 根据传感器数据，控制水泵（灌溉系统）、风扇（调节温度）、LED灯（补充光照）。
3. 显示与报警模块：
   • OLED显示屏显示实时环境数据，超出设定范围时触发报警系统。
4. 无线通信模块：
   • 通过Wi-Fi模块将数据上传至云平台，方便远程监控与操作。

系统流程

1. 初始化：系统初始化并检测各个模块的状态。
2. 数据采集：定时读取温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照传感器的数据。
3. 数据处理与判断：根据采集的数据判断是否需要启动水泵、风扇或LED灯。
4. 执行控制：通过继电器控制执行器，如水泵、风扇和LED灯。
5. 数据显示与报警：实时显示环境数据，超出设定范围时触发报警。
6. 远程数据上传：通过Wi-Fi模块将数据上传至云端平台进行远程查看和控制。

---

4. 代码实现

4.1 温湿度监测模块

首先，读取温湿度传感器（DHT11）的数据，并进行显示。

代码实现

#include "dht11.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"

#define DHT11_PIN GPIO_PIN_5
#define DHT11_PORT GPIOB

void DHT11_Init(void) {
    // 初始化DHT11传感器
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(DHT11_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void DHT11_Read(void) {
    uint8_t temperature, humidity;
    if (DHT11_Get_Data(&temperature, &humidity) == DHT11_OK) {
        printf("Temperature: %d C, Humidity: %d %%\n", temperature, humidity);
    }
}

4.2 土壤湿度监测模块

通过模拟引脚读取土壤湿度传感器的电压值，并转换为湿度值。

代码实现

#include "stm32f1xx_hal.h"

#define SOIL_MOISTURE_PIN GPIO_PIN_0
#define SOIL_MOISTURE_PORT GPIOA

void Soil_Moisture_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = SOIL_MOISTURE_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(SOIL_MOISTURE_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

uint32_t Soil_Moisture_Read(void) {
    uint32_t raw_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);  // 读取ADC值
    return raw_value;
}

4.3 自动灌溉控制模块

根据土壤湿度值来判断是否需要启动灌溉系统。

代码实现

#include "stm32f1xx_hal.h"

#define WATER_PUMP_PIN GPIO_PIN_9
#define WATER_PUMP_PORT GPIOB

void Water_Pump_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = WATER_PUMP_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(WATER_PUMP_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void Water_Pump_Control(uint8_t state) {
    if (state) {
        HAL_GPIO_WritePin(WATER_PUMP_PORT, WATER_PUMP_PIN, GPIO_PIN_SET);
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(WATER_PUMP_PORT, WATER_PUMP_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    }
}

void Irrigate(void) {
    uint32_t soil_moisture = Soil_Moisture_Read();
    if (soil_moisture < 1000) {  // 如果土壤湿度低于设定值
        Water_Pump_Control(1);  // 启动灌溉
    } else {
        Water_Pump_Control(0);  // 停止灌溉
    }
}

4.4 显示与报警模块

OLED显示屏实时显示数据，并在温湿度或土壤湿度异常时触发报警。

代码实现

#include "oled.h"

void Display_Environment(void) {
    char buffer[64];
    uint8_t temperature, humidity;
    DHT11_Read(&temperature, &humidity);
    sprintf(buffer, "Temp: %d C", temperature);
    OLED_ShowString(0, 0, buffer);
    
    sprintf(buffer, "Hum: %d %%", humidity);
    OLED_ShowString(0, 16, buffer);
    
    uint32_t soil_moisture = Soil_Moisture_Read();
    sprintf(buffer, "Soil: %d", soil_moisture);
    OLED_ShowString(0, 32, buffer);
}

void Alarm_Trigger(uint8_t condition) {
    if (condition) {
        OLED_ShowString(0, 48, "ALARM: Abnormal");
        // 此处可加入外部报警设备，如蜂鸣器等
    }
}

⬇帮大家整理了单片机的资料

包括stm32的项目合集【源码+开发文档】

点击下方蓝字即可领取，感谢支持！⬇

点击领取更多嵌入式详细资料

问题讨论，stm32的资料领取可以私信！

 

5. 系统调试与优化

1. 实时性与响应性：优化传感器读取频率与执行器控制，避免系统过载，确保实时性。
2. 精度与稳定性：提升温湿度传感器、土壤湿度传感器的精度，通过校准和滤波算法提高测量的稳定性。

---

6. 结论与未来工作

本文设计并实现了基于STM32的智能温室自动控制系统，系统能够通过传感器实时监控环境数据，并根据数据自动调整温室内的环境。未来的工作可以进一步优化系统算法，加入更多智能决策功能，如智能预测灌溉需求、温室大棚内气候的自动调整等，提升系统的智能化和自动化程度。同时，可以通过无线通信模块将数据上传至云平台，支持远程监控和控制。