基于STM32开发的智能农业监控系统

引言
环境准备
智能农业监控系统基础
代码实现：实现智能农业监控系统
- 4.1 土壤湿度传感器数据读取
- 4.2 温湿度传感器数据读取
- 4.3 水泵与风扇控制
- 4.4 用户界面与数据可视化
应用场景：农业环境监测与管理
问题解决方案与优化
收尾与总结

1. 引言

随着智能农业技术的发展，农田环境的实时监测和管理变得愈发重要。通过监测和控制农业环境中的关键参数，可以有效提高农作物的产量和质量。本文将详细介绍如何在STM32嵌入式系统中使用C语言实现一个智能农业监控系统，包括环境准备、系统架构、代码实现、应用场景及问题解决方案和优化方法。

2. 环境准备

硬件准备

开发板：STM32F407 Discovery Kit
调试器：ST-LINK V2或板载调试器
土壤湿度传感器：如YL-69
温湿度传感器：如DHT22
水泵：用于灌溉
风扇：用于通风
显示屏：如TFT LCD显示屏
按键或旋钮：用于用户输入和设置
电源：12V或24V电源适配器

软件准备

集成开发环境（IDE）：STM32CubeIDE或Keil MDK
调试工具：STM32 ST-LINK Utility或GDB
库和中间件：STM32 HAL库

安装步骤

下载并安装 STM32CubeMX
下载并安装 STM32CubeIDE
配置STM32CubeMX项目并生成STM32CubeIDE项目
安装必要的库和驱动程序

3. 智能农业监控系统基础

控制系统架构

智能农业监控系统由以下部分组成：

传感器系统：用于检测农田中的土壤湿度和环境温湿度
控制系统：用于控制水泵和风扇
数据监控系统：用于实时监控和分析环境数据
显示系统：用于显示环境参数和系统状态
用户输入系统：通过按键或旋钮进行设置和调整

功能描述

通过土壤湿度传感器和温湿度传感器实时监测农田环境，根据预设的阈值自动控制水泵和风扇的开关状态。同时，通过数据监控系统对环境数据进行实时监控和分析，并将结果显示在显示屏上。用户可以通过按键或旋钮进行设置，并通过显示屏查看当前状态。

4. 代码实现：实现智能农业监控系统

4.1 土壤湿度传感器数据读取

配置YL-69土壤湿度传感器使用STM32CubeMX配置ADC接口：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。在图形化界面中，找到需要配置的ADC引脚，设置为输入模式。生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现

#include "stm32f4xx_hal.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;

void ADC_Init(void) {
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);

    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

uint32_t Read_Soil_Moisture(void) {
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);
    return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    ADC_Init();

    uint32_t soil_moisture;

    while (1) {
        soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.2 温湿度传感器数据读取

配置DHT22温湿度传感器使用STM32CubeMX配置GPIO接口：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。在图形化界面中，找到需要配置的GPIO引脚，设置为输入模式。生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "dht22.h"

void DHT22_Init(void) {
    // 初始化DHT22传感器
}

void DHT22_Read_Data(float* temperature, float* humidity) {
    // 读取DHT22传感器的温度和湿度数据
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    DHT22_Init();

    float temperature, humidity;

    while (1) {
        DHT22_Read_Data(&temperature, &humidity);
        HAL_Delay(2000);
    }
}

4.3 水泵与风扇控制

配置GPIO控制水泵与风扇使用STM32CubeMX配置GPIO：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。在图形化界面中，找到需要配置的GPIO引脚，设置为输出模式。生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define PUMP_PIN GPIO_PIN_0
#define FAN_PIN GPIO_PIN_1
#define GPIO_PORT GPIOA

void GPIO_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = PUMP_PIN | FAN_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void Control_Pump(uint8_t state) {
    if (state) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, PUMP_PIN, GPIO_PIN_SET);  // 打开水泵
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, PUMP_PIN, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭水泵
    }
}

void Control_Fan(uint8_t state) {
    if (state) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, FAN_PIN, GPIO_PIN_SET);  // 打开风扇
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, FAN_PIN, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭风扇
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    GPIO_Init();

    uint32_t soil_moisture;
    float temperature, humidity;

    while (1) {
        soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
        DHT22_Read_Data(&temperature, &humidity);

        if (soil_moisture < 3000) {
            Control_Pump(1);  // 打开水泵
        } else {
            Control_Pump(0);  // 关闭水泵
        }

        if (temperature > 30.0) {
            Control_Fan(1);  // 打开风扇
        } else {
            Control_Fan(0);  // 关闭风扇
        }

        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.4 用户界面与数据可视化

配置TFT LCD显示屏使用STM32CubeMX配置SPI接口：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。在图形化界面中，找到需要配置的SPI引脚，设置为SPI模式。生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "spi.h"
#include "lcd_tft.h"

void Display_Init(void) {
    LCD_TFT_Init();
}

void Display_Soil_Moisture(uint32_t soil_moisture) {
    char buffer[32];
    sprintf(buffer, "Soil Moisture: %lu", soil_moisture);
    LCD_TFT_Print(buffer);
}

void Display_Temperature_Humidity(float temperature, float humidity) {
    char buffer[32];
    sprintf(buffer, "Temp: %.2f C", temperature);
    LCD_TFT_Print(buffer);
    sprintf(buffer, "Humidity: %.2f %%", humidity);
    LCD_TFT_Print(buffer);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    GPIO_Init();
    ADC_Init();
    DHT22_Init();
    Display_Init();

    uint32_t soil_moisture;
    float temperature, humidity;

    while (1) {
        soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
        DHT22_Read_Data(&temperature, &humidity);
        Display_Soil_Moisture(soil_moisture);
        Display_Temperature_Humidity(temperature, humidity);

        if (soil_moisture < 3000) {
            Control_Pump(1);  // 打开水泵
        } else {
            Control_Pump(0);  // 关闭水泵
        }

        if (temperature > 30.0) {
            Control_Fan(1);  // 打开风扇
        } else {
            Control_Fan(0);  // 关闭风扇
        }

        HAL_Delay(1000);
    }
}