基于STM32的智能温室监控系统

news2024/12/25 0:25:40

1. 引言

智能温室监控系统是农业现代化的重要组成部分，能够通过传感器实时监测温度、湿度和光照等环境参数，自动控制风扇、洒水等系统，确保作物在适宜的环境中生长。本文将介绍如何基于STM32微控制器构建一个智能温室监控系统，包括硬件准备、系统设计及代码实现。

2. 项目背景

传统农业依赖人工对温室环境的监控和调节，效率低下且易出错。使用STM32微控制器和一系列传感器，可以实现自动化温室环境监控系统，实时采集环境数据并根据预设条件控制风扇、洒水等设备，保证温室内环境的稳定性。该系统能够减少人工干预，提升农作物的产量和质量。

3. 环境准备

硬件准备

STM32开发板：STM32F407或类似型号
温度传感器（DHT11或DHT22）：用于监测温度和湿度
光照传感器：用于检测光照强度
风扇：用于自动调节温室内的温度
洒水系统：用于自动调节土壤湿度
蜂鸣器：用于警报提示
OLED显示屏：用于显示环境参数
面包板及连接线：用于硬件连接

软件安装与配置

Keil uVision：用于编写和编译代码。
STM32CubeMX：用于配置STM32的引脚和外设。
ST-Link Utility：用于将编译好的代码下载到STM32开发板。

4. 系统设计

系统架构

该智能温室监控系统主要由三个部分组成：

环境监测模块：通过温度、湿度和光照传感器实时采集温室环境的相关数据。
自动控制模块：根据采集到的环境数据，自动控制风扇、洒水系统，确保温室环境的适宜性。
数据展示与报警模块：在OLED显示屏上实时显示当前温室环境数据，并在异常情况下触发蜂鸣器报警。

关键技术

环境数据采集：通过STM32的ADC和GPIO接口实时采集传感器数据。
自动控制：基于采集的环境数据，控制风扇和洒水系统的开关，调节温室内的温度和湿度。
数据展示与报警：在OLED屏幕上显示当前环境数据，并在超过预设阈值时通过蜂鸣器发出警报。

5. 代码示例

传感器数据采集

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "dht11.h"

// 初始化GPIO
void GPIO_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  // 开启GPIOA时钟

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    // 初始化DHT11温度传感器引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;  // DHT11接入PA0
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 初始化光照传感器引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;  // 光照传感器接入PA1
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 初始化风扇控制引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;  // 风扇接入PA2
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
    // 初始化洒水系统引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3;  // 洒水系统接入PA3
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

// 读取温度传感器数据
float Read_Temperature(void) {
    DHT11_Init();  // 初始化DHT11
    DHT11_DataTypedef data = DHT11_ReadData();
    return data.Temperature;
}

// 读取光照传感器数据
uint32_t Read_LightIntensity(void) {
    // 模拟读取光照传感器（通过ADC采集）
    return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

自动控制风扇与洒水系统

void Control_Fan_And_Watering(float temperature, uint32_t light_intensity) {
    // 当温度超过30度时，启动风扇
    if (temperature > 30.0) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);  // 启动风扇
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭风扇
    }

    // 当光照过低时启动洒水系统
    if (light_intensity < 500) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET);  // 启动洒水系统
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭洒水系统
    }
}

实时数据展示与报警

#include "oled.h"

// 在OLED上显示环境参数
void Display_Data(float temperature, uint32_t light_intensity) {
    char display_str[32];
    sprintf(display_str, "Temp: %.2f C\nLight: %lu", temperature, light_intensity);
    OLED_DisplayString(display_str);
}

// 温度和湿度报警处理
void Alarm_Handler(float temperature) {
    if (temperature > 35.0) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);  // 启动蜂鸣器报警
        OLED_Display("Warning: Temp too high!");
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);  // 停止报警
    }
}