基于 STM32 的智能农业温室控制系统设计
1. 引言
随着农业现代化的发展，智能农业温室控制系统对于提高农作物产量和质量具有重要意义。该系统能够实时监测温室内的环境参数，如温度、湿度、光照强度和土壤湿度等，并根据这些参数自动调节温室设备，如通风扇、加热器、加湿器和灌溉系统等，为农作物生长创造最佳环境。本文设计了一款基于 STM32 的智能农业温室控制系统，集成了环境监测、设备控制和远程管理功能。
2. 系统设计
2.1 硬件设计
- 主控芯片：STM32F4 系列，具备强大的处理能力，用于整体逻辑控制和数据处理。
- 传感器模块：
- 温湿度传感器（如 DHT11）：监测温室内空气的温度和湿度。
- 光照传感器（如 BH1750）：检测光照强度。
- 土壤湿度传感器：测量土壤的湿度情况。
- 设备控制模块：
- 通风扇：调节温室内的空气流通。
- 加热器：提升室内温度。
- 加湿器：增加空气湿度。
- 灌溉系统：为农作物提供水分。
- 显示模块：TFT 液晶显示屏，实时显示温室内的环境参数。
- 通信模块：GSM 模块（如 SIM800C），实现远程数据传输和短信控制。
2.2 软件设计
- 环境监测模块：采集温湿度、光照强度和土壤湿度等数据。
- 设备控制模块：根据环境参数自动控制通风扇、加热器、加湿器和灌溉系统的运行。
- 数据交互模块：在显示屏上显示实时环境信息，并允许用户设置控制参数。
- 远程管理模块：支持通过短信进行远程监控和设备控制。
3. 系统功能模块
3.1 环境监测模块
使用各类传感器实时监测温室内的环境参数，并将数据传输给主控芯片。
3.2 设备控制模块
根据环境参数与预设阈值的比较结果，自动控制相应设备的运行状态。
3.3 数据显示与用户交互模块
TFT 显示屏实时显示环境参数和设备状态，用户可通过按键设置控制参数。
3.4 远程监控与管理模块
通过 GSM 模块将环境数据发送到用户手机，用户可通过短信发送控制指令。
4. 控制算法
4.1 环境参数判断算法
根据传感器数据判断温室内环境是否适宜农作物生长。
int judge_environment(float temp, float humi, float light, float soil_humi) {
if (temp < 20 || humi < 50 || light < 500 || soil_humi < 30) return 0; // 不适宜
else return 1; // 适宜
}4.2 设备控制算法
根据环境判断结果控制相应设备的运行。
void control_devices(int result) {
if (result == 0) {
// 打开加热器、加湿器、灌溉系统和通风扇
turn_on_heater(); turn_on_humidifier(); turn_on_irrigation(); turn_on_fan();
} else {
// 关闭设备
turn_off_heater(); turn_off_humidifier(); turn_off_irrigation(); turn_off_fan();
}
}4.3 远程数据传输与控制算法
通过 GSM 模块实现数据的上传和接收控制指令。
void remote_communication() {
send_data_to_gsm(); // 发送环境数据
if (receive_command_from_gsm()) execute_command(); // 接收并执行指令
}5. 代码实现
5.1 环境监测与显示代码
void monitor_environment() {
float temp = DHT11_Read_Temp();
float humi = DHT11_Read_Humi();
float light = BH1750_Read();
float soil_humi = Soil_Sensor_Read();
TFT_Display("Temp: %.2f, Humi: %.2f, Light: %.2f, Soil Humi: %.2f", temp, humi, light, soil_humi);
}5.2 设备自动控制代码
void auto_control() {
int result = judge_environment(temp, humi, light, soil_humi);
control_devices(result);
}5.3 远程数据上传与控制代码
void remote_function() {
remote_communication();
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6. 系统调试与优化
- 传感器校准：确保温湿度、光照和土壤湿度传感器的测量精度。
- 设备优化：调整通风扇、加热器、加湿器和灌溉系统的运行参数，提高控制效果。
- 通信优化：测试 GSM 模块的通信稳定性，确保数据传输可靠。
- 用户体验优化：优化 TFT 显示屏的显示界面，增加操作提示信息。
7. 结论与展望
本文设计的基于 STM32 的智能农业温室控制系统，集成了环境监测、设备控制和远程管理功能，为农作物生长提供了良好的环境。未来可以进一步扩展系统功能，如引入图像识别技术监测农作物生长状况，结合大数据分析优化控制策略，为农业生产提供更智能化的服务。