基于STM32单片机的智能蔬菜大棚温湿度监测系统设计

引言

在现代农业生产中，温湿度、光照强度和土壤湿度等环境因素对植物的生长起着至关重要的作用。智能蔬菜大棚正是基于这些因素，通过自动化控制和远程监控技术，实现对植物生长环境的精准管理，最终提升蔬菜的产量和质量。本文介绍了一种基于STM32单片机的智能蔬菜大棚温湿度监测系统，具备温湿度检测、光照强度检测、土壤湿度监测、自动控制风扇、水泵、LED等功能，且可通过手机APP与云平台实现远程管理。

一、系统方案介绍

本系统基于STM32F103单片机作为主控芯片，采用ESP8266-01S WiFi模块实现数据的无线传输。系统通过不同类型的传感器检测温湿度、光照强度和土壤湿度等环境数据，并通过OLED屏幕实时显示。用户可以通过手机APP查看大棚环境数据，还可以通过APP进行设备控制，系统支持自动模式与手动模式两种操作方式。此外，系统还能通过机智云云平台进行数据存储与分析，实现远程监控。

二、系统架构图

- STM32F103主控单片机：作为系统的核心处理单元，负责数据采集、处理与控制指令的下发。

- ESP8266-01S模块：用于WiFi通讯，将采集的数据上传至云平台，并接收APP的控制指令。

- OLED显示屏：实时显示温湿度、光照强度和土壤湿度等信息。

- 温湿度传感器（DHT11/DHT22）：用于测量环境的温度和湿度。

- 光照传感器（LDR）：用于检测大棚内部的光照强度。

- 土壤湿度传感器：用于检测土壤中的水分含量。

- 风扇、水泵、LED灯：根据传感器数据自动调节，确保环境条件符合蔬菜生长需求。

三、功能描述

1. 温湿度监测：通过温湿度传感器（如DHT11/DHT22）实时监测大棚内部温度和湿度，并通过OLED显示屏显示，同时将数据上传至云平台。

2. 光照监测：通过光照强度传感器（如LDR）监测大棚内部的光照强度，当光照不足时自动开启LED灯照明，反之关闭。

3. 土壤湿度监测：利用土壤湿度传感器实时监测土壤水分状况，若土壤湿度低于设定阈值，系统自动启动水泵进行灌溉。

4. 环境数据远程监控：通过ESP8266模块将环境数据传输到机智云云平台，用户可以通过手机APP随时查看大棚的温湿度、光照强度和土壤湿度等信息。

5. 自动控制模式：当温度过高时，系统自动启动风扇；当土壤湿度过低时，系统自动启动水泵；当光照不足时，自动开启LED灯。

6. 手动控制模式：用户通过手机APP手动开启或关闭风扇、水泵、LED灯。

7. 参数设置：用户可以通过物理按键设置温湿度、光照强度和土壤湿度的最大阈值，超过阈值时设备自动启用保护机制。

四、硬件架构

1. 主控芯片：STM32F103

- STM32F103系列单片机具有强大的处理能力、丰富的外设接口，适合用于嵌入式系统的开发。

2. WiFi模块：ESP8266-01S

- 用于无线通信，将数据传输到机智云云平台并接收来自APP的指令。

3. 显示屏：OLED 128x64

- 显示温湿度、光照强度、土壤湿度等实时数据。

4. 传感器：

- DHT11/DHT22传感器：用于检测大棚的温度和湿度。

- LDR（光照传感器）：用于检测大棚内部的光照强度。

- 土壤湿度传感器：用于监测土壤中的湿度。

5. 执行器：

- 风扇、水泵、LED灯：根据传感器数据进行自动控制。

五、软件架构

本系统的软件架构包括以下几个模块：

1. 传感器数据采集：定时从温湿度传感器、光照传感器和土壤湿度传感器读取数据。

2. 自动控制：根据设定的阈值，通过控制风扇、水泵和LED灯的开关来调节环境。

3. 数据传输与云平台交互：通过ESP8266模块将数据上传至机智云平台，并接收来自APP的控制指令。

4. 显示与用户界面：在OLED屏幕上显示实时数据，并在APP上提供可视化操作界面。

5. 数据存储与云平台：将数据存储至机智云云平台，进行远程查看和管理。

六、关键代码展示

1. 温湿度传感器数据读取

#include "dht11.h"

// 初始化DHT11传感器
DHT11_Data dht11;

// 获取温湿度数据
void getTemperatureHumidity() {
    if (DHT11_Read(&dht11) == DHT11_OK) {
        float temperature = dht11.temperature;
        float humidity = dht11.humidity;
        // 显示数据
        OLED_ShowString(0, 0, "Temp: %.1f C", temperature);
        OLED_ShowString(0, 1, "Humidity: %.1f %%", humidity);
    }
}

2. 光照强度读取与LED控制

int lightIntensity = 0;

// 获取光照强度
void getLightIntensity() {
    lightIntensity = analogRead(LDR_PIN);
    if (lightIntensity < THRESHOLD_LIGHT) {
        digitalWrite(LED_PIN, HIGH);  // 光照不足，开启LED灯
    } else {
        digitalWrite(LED_PIN, LOW);  // 光照充足，关闭LED灯
    }
}

3. WiFi数据上传至机智云

#include "ESP8266.h"

void uploadDataToCloud() {
    char data[100];
    sprintf(data, "temp=%.1f&humidity=%.1f", temperature, humidity);
    ESP8266_SendData(data);
}