• [技术干货] 基于STM32单片机农场监控设计
     项目开发背景随着现代农业的不断发展,智能化农业逐渐成为农业生产中的新趋势。传统的农场管理方式已经不能满足日益增长的生产需求,而采用智能化设备来进行农场监控与管理,能够有效提高作物的产量与质量。基于物联网技术,结合传感器与自动化设备,可以实现环境监测、作物管理、数据采集与远程控制等功能。尤其在花卉、蔬菜等温室种植领域,通过智能监控系统对环境的温湿度、光照强度以及土壤湿度等因素进行精准调控,可以为作物的生长提供更加适宜的环境。本项目通过STM32单片机与传感器结合,设计一套智能花盆监控系统。通过光敏传感器、土壤湿度传感器、温度传感器等,实时获取环境信息,并根据采集的数据控制水泵、电机等执行设备,实现环境的智能调节。同时,通过HC-05蓝牙模块与手机APP实现远程控制,方便用户对花盆进行管理与监控。本项目结合了硬件控制、传感器采集、无线通信等技术,具有很高的实用性和前景。设计实现的功能(1)环境光照监测与调节利用光敏传感器采集当前环境的光照强度,当光照过强时,系统自动控制电机进行正转,遮挡阳光,保持适宜的光照强度;当光照不足时,电机反转,进行补光操作,确保花盆环境中的植物能够获得充足的光照。(2)土壤湿度监测与浇水通过土壤湿度传感器,实时监测土壤中的水分含量。当土壤湿度低于设定阈值时,系统自动开启水泵进行浇水,保证土壤水分充足,防止植物干旱。(3)温度监测与显示利用DHT11温度传感器采集花盆外界环境的温度数据,实时反馈温度信息。温度数据会通过液晶屏显示,供用户查看。同时,系统会根据采集的温度数据调节相关设备的工作状态。(4)按键控制系统配备了两个按键,用户可通过按键手动开启或关闭花盆的浇水功能,以及控制电机进行遮光或补光操作。按键控制简便直观,能够满足紧急情况下的手动干预。(5)OLED液晶显示系统通过OLED液晶显示屏显示当前的温度、光照强度、土壤湿度等实时监测数据,方便用户观察花盆的工作状态和环境状况。同时,液晶屏显示当前的水泵浇水状态、光照调整状态等信息。(6)无线控制与监控通过HC-05蓝牙模块实现数据的无线传输。用户可以通过手机APP无线控制花盆的浇水、电机控制以及其他相关操作,实时查看监控数据,方便管理与操作。项目硬件模块组成(1)STM32单片机STM32系列单片机作为本项目的核心控制单元,负责接收传感器数据、控制电机及水泵的工作状态,进行按键处理以及蓝牙数据的收发。选用STM32F103C8T6型号,该型号具备较好的处理能力和外设支持,适合本项目的需求。(2)光敏传感器光敏传感器用于检测环境光照强度,当光照强度过高时,系统通过电机进行遮光;当光照不足时,系统通过电机进行补光。该传感器通过模拟输出信号与STM32单片机进行连接。(3)土壤湿度传感器土壤湿度传感器用于监测土壤水分情况,当土壤水分不足时,传感器输出低电平信号,STM32单片机通过此信号控制水泵启动,进行浇水操作。(4)DHT11温湿度传感器DHT11温湿度传感器用于采集环境的温度数据,向STM32单片机输出数字信号。该传感器响应较慢,但足以满足此项目对于温度监测的需求。(5)电机与驱动模块电机用于实现花盆遮光和补光功能,通过电机的正反转控制来调节光照强度。电机由驱动模块控制,STM32单片机通过PWM信号控制驱动模块,进而控制电机的旋转方向。(6)水泵与继电器水泵用于浇水,当土壤湿度传感器检测到水分不足时,系统会通过继电器驱动水泵工作。继电器作为开关控制器,由STM32单片机通过IO口控制,确保水泵的开启与关闭。(7)OLED显示屏OLED显示屏用于显示环境温度、光照强度、土壤湿度等实时监测数据。STM32单片机通过I2C总线与OLED屏幕进行通信,将实时数据展示给用户。(8)HC-05蓝牙模块HC-05蓝牙模块用于实现无线通信,通过蓝牙与手机APP进行数据传输和远程控制。STM32单片机与HC-05进行串口通信,实现数据的收发与控制。设计思路本系统通过STM32单片机与各种传感器的结合,实现花盆环境的自动化监控与管理。首先,系统通过光敏传感器检测环境光照强度,根据采集的数据控制电机进行遮光或补光。其次,土壤湿度传感器监控土壤水分,当土壤湿度低时,通过继电器控制水泵启动,实现自动浇水。温度传感器实时采集外部环境温度,通过OLED液晶屏显示,帮助用户了解温湿度情况。通过按键,用户可以手动干预花盆的工作状态,控制浇水或光照调整功能。系统还采用了HC-05蓝牙模块,能够通过手机APP进行远程控制。APP与STM32单片机之间通过蓝牙通信,实时获取各类数据,用户可以在手机上查看监控信息并进行控制。通过这些传感器与执行器的协同工作,系统能够自动调节花盆环境,确保植物的生长条件。系统功能总结功能模块描述光照强度监测与调节通过光敏传感器实时监测光照强度,并根据光照强度调节电机遮光或补光土壤湿度监测与浇水通过土壤湿度传感器监测土壤水分,低于设定值时自动启动水泵浇水温度监测与显示使用DHT11温度传感器采集温度,实时显示环境温度按键控制配备两个按键,控制浇水和电机遮光补光功能OLED液晶显示显示环境温度、光照强度、土壤湿度等信息无线控制与监控通过HC-05蓝牙模块实现与手机APP的无线通讯与远程控制技术方案本系统采用STM32F103C8T6单片机作为核心控制单元,配合光敏传感器、土壤湿度传感器、DHT11温湿度传感器等,实现环境信息的实时监控与调节。系统通过PWM信号控制电机和水泵,执行环境调节任务。通过OLED液晶屏显示实时数据,用户可以清晰了解花盆的工作状态。此外,系统通过HC-05蓝牙模块与手机APP实现远程监控和控制,方便用户随时查看数据和调整参数。模块技术详情介绍(1)光敏传感器:光敏传感器根据光强的变化输出对应的电压信号,通过ADC转换为数字信号送入STM32单片机进行处理。(2)土壤湿度传感器:通过电阻值的变化来判断土壤的湿度。当土壤水分较少时,电阻值增大,传感器输出相应信号,控制水泵开启。(3)DHT11温湿度传感器:DHT11是数字化温湿度传感器,通过单总线协议与STM32单片机进行数据通信,采集温湿度数据。(4)OLED显示屏:采用I2C通信协议,与STM32单片机连接,显示温度、湿度等数据,提供直观的环境监控信息。(5)HC-05蓝牙模块:通过串口通信与STM32单片机连接,实现蓝牙数据的发送与接收,控制系统的远程操作。预期成果通过本项目的设计与实现,最终将开发出一套智能化的花盆监控系统。该系统能够实时监测环境温湿度、光照强度和土壤湿度,并根据数据自动控制水泵和电机工作。此外,通过蓝牙模块与手机APP的配合,用户能够方便地远程控制系统,实现高效的花盆管理。总结本项目结合了多种传感器、执行器以及无线通信技术,构建了一套完整的智能花盆监控系统。通过STM32单片机的控制,实现了对环境的智能监控与调节,提高了花卉种植的自动化水平。系统通过LCD显示和手机APP提供实时反馈,方便用户操作与监控。未来,可以将该系统扩展至更大规模的农业自动化系统,实现更广泛的应用。STM32设计下面是基于STM32的main.c代码,其他子模块(如传感器读取、按键控制、OLED显示、蓝牙控制等)未贴出。以下代码主要负责整个系统的初始化、主控制循环和与传感器的互动。这个代码将包括光照强度、土壤湿度监测、温度显示、按键控制、OLED显示以及蓝牙通信部分的集成。#include "stm32f1xx_hal.h"#include "lcd.h"#include "dht11.h"#include "soil_moisture.h"#include "light_sensor.h"#include "motor_control.h"#include "water_pump.h"#include "bluetooth.h"// 定义GPIO引脚#define LIGHT_SENSOR_PIN GPIO_PIN_0 // 光敏传感器连接在PA0引脚#define SOIL_SENSOR_PIN GPIO_PIN_1  // 土壤湿度传感器连接在PA1引脚#define MOTOR_PIN GPIO_PIN_2      // 电机连接在PA2引脚#define WATER_PUMP_PIN GPIO_PIN_3 // 水泵继电器连接在PA3引脚#define BUTTON1_PIN GPIO_PIN_4    // 按键1连接在PA4引脚#define BUTTON2_PIN GPIO_PIN_5    // 按键2连接在PA5引脚// 全局变量定义uint8_t button1_state = 0;uint8_t button2_state = 0;float temperature = 0.0f;float humidity = 0.0f;uint16_t soil_moisture = 0;uint16_t light_intensity = 0;// 函数声明void SystemClock_Config(void);static void MX_GPIO_Init(void);static void MX_USART1_UART_Init(void);static void MX_I2C1_Init(void);void update_display(void);void read_sensors(void);void control_system(void);int main(void){    // HAL库初始化    HAL_Init();        // 系统时钟配置    SystemClock_Config();        // 初始化GPIO    MX_GPIO_Init();        // 初始化USART(用于蓝牙通信)    MX_USART1_UART_Init();        // 初始化I2C(用于OLED显示)    MX_I2C1_Init();        // 初始化OLED显示    LCD_Init();        // 初始化传感器(光敏、土壤湿度、温湿度传感器已初始化)    // 主循环    while (1)    {        // 读取传感器数据        read_sensors();                // 控制系统(根据传感器数据控制电机、水泵等)        control_system();                // 更新显示        update_display();           }}void read_sensors(void){    // 读取温湿度传感器(DHT11)    DHT11_Read(&temperature, &humidity);        // 读取土壤湿度传感器    soil_moisture = Soil_Moisture_Read();        // 读取光照强度传感器    light_intensity = Light_Sensor_Read();}void control_system(void){    // 控制电机(光照调节)    if (light_intensity > 800) // 超过800为强光    {        Motor_Control(1); // 电机正转,遮挡阳光    }    else if (light_intensity < 200) // 低于200为弱光    {        Motor_Control(0); // 电机反转,补充光照    }    else    {        Motor_Control(0); // 电机停止,光照适中    }    // 控制水泵(浇水)    if (soil_moisture < 400) // 土壤湿度小于400表示干燥    {        Water_Pump_Control(1); // 开启水泵,浇水    }    else    {        Water_Pump_Control(0); // 关闭水泵,不浇水    }        // 按键1控制浇水    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, BUTTON1_PIN) == GPIO_PIN_SET)    {        Water_Pump_Control(1); // 按下按键1时浇水    }        // 按键2控制电机遮光/补光    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, BUTTON2_PIN) == GPIO_PIN_SET)    {        if (light_intensity > 800)        {            Motor_Control(1); // 遮挡阳光        }        else if (light_intensity < 200)        {            Motor_Control(0); // 补充光照        }    }}void update_display(void){    // 清除显示    LCD_Clear();        // 显示温度和湿度    LCD_SetCursor(0, 0);    LCD_Printf("Temp: %.2f C", temperature);        LCD_SetCursor(1, 0);    LCD_Printf("Hum: %.2f %%", humidity);        // 显示光照强度和土壤湿度    LCD_SetCursor(2, 0);    LCD_Printf("Light: %d", light_intensity);        LCD_SetCursor(3, 0);    LCD_Printf("Soil: %d", soil_moisture);        // 如果系统开启蓝牙,显示状态    if (Bluetooth_Is_Connected())    {        LCD_SetCursor(4, 0);        LCD_Printf("Bluetooth: ON");    }    else    {        LCD_SetCursor(4, 0);        LCD_Printf("Bluetooth: OFF");    }}void SystemClock_Config(void){    // 系统时钟配置代码}static void MX_GPIO_Init(void){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();        // 配置光敏传感器引脚(连接在PA0)    GPIO_InitStruct.Pin = LIGHT_SENSOR_PIN;    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);        // 配置土壤湿度传感器引脚(连接在PA1)    GPIO_InitStruct.Pin = SOIL_SENSOR_PIN;    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);        // 配置电机控制引脚(连接在PA2)    GPIO_InitStruct.Pin = MOTOR_PIN;    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);        // 配置水泵控制引脚(连接在PA3)    GPIO_InitStruct.Pin = WATER_PUMP_PIN;    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);        // 配置按键引脚(连接在PA4和PA5)    GPIO_InitStruct.Pin = BUTTON1_PIN | BUTTON2_PIN;    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);}static void MX_USART1_UART_Init(void){    // USART1初始化,用于蓝牙通信}static void MX_I2C1_Init(void){    // I2C1初始化,用于OLED显示}代码解释:1. 硬件初始化:通过MX_GPIO_Init、MX_USART1_UART_Init、MX_I2C1_Init等函数初始化STM32的GPIO、USART(蓝牙通信)、I2C(OLED显示)等硬件。2. 传感器读取:通过read_sensors函数获取温度、湿度、光照强度和土壤湿度传感器的数据。3. 系统控制:control_system函数根据传感器的数据控制电机和水泵的工作状态。根据光照强度调节电机运行,土壤湿度过低时启动水泵进行浇水。4. 按键控制:通过HAL_GPIO_ReadPin读取按键的状态,按键1控制水泵,按键2控制电机的运行(遮光或补光)。5. 显示更新:通过update_display函数在OLED显示屏上实时显示环境数据,包括温度、湿度、光照强度、土壤湿度等。 
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