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基于STM32单片机物联网智能浇花系统设计

article 2025/3/3 5:32:37

引言

在现代生活中，随着科技的进步和物联网技术的发展，智能家居系统逐渐进入大众的视野。智能浇花系统作为其中的一个重要应用，可以帮助用户在繁忙的生活中更好地照顾植物。本文将介绍如何基于STM32单片机设计一个智能浇花系统，该系统能够实时检测温度、湿度、光照强度和土壤湿度，并通过OLED屏幕和手机App显示数据，同时具备自动控制和手动控制的模式。

一、系统方案介绍

本智能浇花系统以STM32F103作为主控单片机，通过搭载多个传感器进行环境数据的采集。系统利用ESP8266-01S Wi-Fi模块与云平台机智云连接，确保数据实时上传并能通过手机App进行远程查看与控制。系统可以实现自动与手动两种控制模式，包括自动开关风扇、水泵和LED灯等设备，以便根据环境参数自动调节植物生长环境。

系统功能包括：

- 实时监测环境参数：温度、湿度、光照强度、土壤湿度。

- 数据展示：OLED显示实时数据，同时通过手机App进行显示。

- 自动控制：风扇、水泵、LED根据环境变化自动开启或关闭。

- 手动控制：通过手机App或按钮手动控制风扇、水泵、LED灯。

- 阈值设置：用户可以通过按钮设置环境参数的最大阈值，当超出阈值时，设备会自动响应。

二、系统架构图

三、实现方法

1. 环境数据采集：通过DHT11传感器采集温湿度数据，土壤湿度传感器获取土壤湿度，光照传感器检测环境光照强度。

2. 数据处理：STM32F103处理来自各个传感器的数据，根据预设的阈值进行判断，决定是否开启风扇、水泵和LED灯。

3. 自动控制与手动控制切换：通过按钮控制模式的切换，当设备处于自动模式时，系统会根据传感器数据自动控制设备；当设备处于手动模式时，用户可以通过手机App进行手动控制。

4. 数据上传与显示：使用ESP8266-01S模块将数据上传到机智云平台，并通过手机App显示和控制。

四、功能描述

1. 实时环境监测：系统实时监测温度、湿度、光照强度和土壤湿度，并在OLED屏幕上显示当前环境数据。

2. 自动控制系统：

- 温度过高时，自动打开风扇；

- 土壤湿度过低时，自动启动水泵进行浇水；

- 光照强度不足时，自动开启LED灯。

3. 手动控制模式：用户可以通过手机App或按钮手动控制风扇、水泵和LED灯的开关。

4. 阈值设置：通过按键可以设置温度、湿度、光照强度、土壤湿度的最大阈值，超出阈值时系统会自动进行相应的控制。

5. 云平台与远程监控：系统通过机智云平台将传感器数据上传，用户可以在手机App上查看实时数据并进行远程控制。

五、硬件架构

1. STM32F103单片机：作为系统的主控单元，负责数据处理与设备控制。

2. DHT11温湿度传感器：用于检测环境的温度和湿度。

3. 土壤湿度传感器：用于实时检测土壤湿度。

4. 光照传感器：用于检测环境的光照强度。

5. OLED显示屏：用于显示实时的温度、湿度、光照强度和土壤湿度数据。

6. ESP8266 Wi-Fi模块：用于将数据上传到云平台并接收手机App的控制指令。

7. 风扇、水泵、LED灯：控制植物的环境，保证其健康成长。

8. 按键：用于设置各项传感器的阈值以及切换自动/手动控制模式。

六、传感器介绍

1. DHT11温湿度传感器：这款传感器能够精确地测量温度和湿度，工作稳定，适合环境监测应用。温度范围：-40°C~80°C，湿度范围：0~100% RH。

2. 土壤湿度传感器：通过检测土壤中的水分含量，判断是否需要浇水。适用于各种农业、园艺应用。

3. 光照传感器：用于检测环境光照强度，能够根据实际光照水平判断是否需要开启LED灯。

七、软件架构

1. STM32F103负责数据采集、处理与控制。系统通过GPIO控制风扇、水泵和LED灯。

2. ESP8266模块通过Wi-Fi与机智云平台进行数据通信，上传环境数据。

3. 手机App：提供数据展示、设备控制、阈值设置等功能。

4. 机智云平台：用于接收来自ESP8266的数据，提供远程控制和监控功能。

八、关键代码展示

// 温湿度传感器数据读取
#include "dht11.h"

void Read_Sensor_Data()
{
    float temperature, humidity;
    DHT22_Read(&temperature, &humidity);
    
    // 判断温湿度数据并进行设备控制
    if(temperature > MAX_TEMP) {
        // 开启风扇
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, FAN_PIN, GPIO_PIN_SET);
    } else {
        // 关闭风扇
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, FAN_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    }

    if(humidity < MIN_HUMIDITY) {
        // 启动水泵
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, PUMP_PIN, GPIO_PIN_SET);
    } else {
        // 关闭水泵
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, PUMP_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    }
    
    // 显示数据
    OLED_ShowString(0, 0, "Temp: %.2f C", temperature);
    OLED_ShowString(0, 1, "Humidity: %.2f %%", humidity);
}

// Wi-Fi模块与机智云连接
#include "esp8266.h"

void Upload_Data_To_Cloud()
{
    // 连接机智云平台并上传数据
    ESP8266_SendDataToCloud(temperature, humidity);
}

九、总结

通过基于STM32F103单片机和ESP8266 Wi-Fi模块的智能浇花系统设计，我们能够实现对植物生长环境的实时监控与自动化控制。系统通过温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照传感器收集环境数据，并通过OLED屏幕显示。同时，用户可以通过手机App远程查看和控制设备，提供了便捷的智能家居体验。此系统不仅具备良好的扩展性，还能够根据不同需求进行定制化开发。