基于STM32的智能温室控制系统设计

引言

本项目基于STM32微控制器设计了一个智能温室控制系统，集成了温湿度传感器、光照传感器和水泵等控制设备，实现对温室环境的智能化管理。系统能够自动监测温室内的温湿度和光照强度，并根据预设的环境阈值自动控制通风、灌溉和补光，为植物生长提供适宜的环境条件。该系统适用于农业生产和园艺种植场景。本文将详细介绍系统的设计思路和实现步骤。

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环境准备

1. 硬件设备

   • STM32F103C8T6开发板：智能温室控制系统的核心控制单元。
   • DHT11温湿度传感器：用于检测温室内的温度和湿度。
   • 光照传感器：用于检测温室内的光照强度。
   • 风扇模块：用于控制温室内的通风。
   • 水泵模块：用于自动化灌溉。
   • LED补光灯：用于在光照不足时提供补光。
   • LCD显示屏：用于显示温湿度、光照强度和系统状态。
   • 电源模块：为STM32和其他外设供电。

2. 软件工具

   • STM32CubeMX：用于配置STM32的外设并生成代码框架。
   • STM32CubeIDE：用于编写、调试和下载程序。
   • ST-Link驱动程序：用于将程序下载到STM32开发板。
   • 串口调试工具：用于调试传感器数据和控制逻辑。

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项目实现

1. 硬件连接

   • DHT11温湿度传感器：连接至STM32的GPIO引脚（如PA0），用于获取温室内的温湿度数据。
   • 光照传感器：连接至STM32的ADC引脚（如PA1），用于获取光照强度数据。
   • 风扇模块：连接至STM32的GPIO引脚（如PA2），用于通风控制。
   • 水泵模块：连接至STM32的GPIO引脚（如PA3），用于自动灌溉。
   • LED补光灯：连接至STM32的GPIO引脚（如PB0），用于控制补光。
   • LCD显示屏：通过I2C接口连接至STM32（如PB6和PB7），用于显示环境参数。
   • 电源模块：为系统提供稳定的电源。

2. STM32CubeMX 配置

   • 选择开发板型号：在STM32CubeMX中选择STM32F103C8T6。
   • 配置系统时钟：设置为HSE，确保系统稳定运行。
   • 配置ADC：用于连接光照传感器，获取光照强度数据。
   • 配置GPIO：用于连接DHT11温湿度传感器、风扇、水泵和LED补光灯，实现环境控制。
   • 配置I2C：用于连接LCD显示屏，实时显示温湿度和光照信息。
   • 生成代码：选择STM32CubeIDE工具链，生成代码框架。

3. 编写主程序 基于STM32CubeMX生成的框架，编写温湿度监测、光照强度采集、风扇和水泵控制逻辑，以下为智能温室系统的核心代码示例：

   #include "stm32f1xx_hal.h"
   
   // 定义引脚
   #define DHT11_PIN GPIO_PIN_0
   #define DHT11_PORT GPIOA
   #define LIGHT_SENSOR_PIN GPIO_PIN_1
   #define LIGHT_SENSOR_PORT GPIOA
   #define FAN_PIN GPIO_PIN_2
   #define FAN_PORT GPIOA
   #define PUMP_PIN GPIO_PIN_3
   #define PUMP_PORT GPIOA
   #define LED_LIGHT_PIN GPIO_PIN_0
   #define LED_LIGHT_PORT GPIOB
   
   // 变量声明
   float temperature, humidity;
   uint16_t light_intensity;
   
   // 函数声明
   void DHT11_Read(void);
   void Light_Sensor_Read(void);
   void Fan_Control(uint8_t state);
   void Pump_Control(uint8_t state);
   void LED_Light_Control(uint8_t state);
   void Display_Status(void);
   
   // 读取DHT11温湿度数据
   void DHT11_Read(void) {
       DHT11_Read_Data(&temperature, &humidity);
   }
   
   // 读取光照传感器数据
   void Light_Sensor_Read(void) {
       HAL_ADC_Start(&hadc1);
       if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK) {
           light_intensity = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
       }
       HAL_ADC_Stop(&hadc1);
   }
   
   // 风扇控制函数
   void Fan_Control(uint8_t state) {
       HAL_GPIO_WritePin(FAN_PORT, FAN_PIN, state ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
   }
   
   // 水泵控制函数
   void Pump_Control(uint8_t state) {
       HAL_GPIO_WritePin(PUMP_PORT, PUMP_PIN, state ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
   }
   
   // LED补光灯控制函数
   void LED_Light_Control(uint8_t state) {
       HAL_GPIO_WritePin(LED_LIGHT_PORT, LED_LIGHT_PIN, state ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
   }
   
   // 显示状态信息
   void Display_Status(void) {
       char buffer[32];
       sprintf(buffer, "Temp: %.1fC Humidity: %.1f%% Light: %d", temperature, humidity, light_intensity);
       LCD_Print(buffer);
   }
   

4. 智能控制逻辑

   • 环境监测：系统通过温湿度传感器和光照传感器获取温室内的环境数据。
   • 智能控制：
     • 温度过高时启动风扇，进行通风。
     • 湿度过低时启动水泵进行灌溉。
     • 光照不足时开启LED补光灯，保证植物生长。
   • 显示输出：将实时的温湿度、光照强度显示在LCD屏幕上，便于观察。

5. 主程序实现 以下为主循环程序的实现，通过结合温湿度和光照传感器的数据，智能控制风扇、水泵和补光灯的开启或关闭。

   int main(void) {
       HAL_Init();
       SystemClock_Config();
       
       MX_GPIO_Init();
       MX_ADC1_Init();
       MX_I2C1_Init();
   
       LCD_Init();  // 初始化LCD显示屏
       
       while (1) {
           DHT11_Read();  // 读取温湿度数据
           Light_Sensor_Read();  // 读取光照强度数据
           
           // 温湿度控制逻辑
           if (temperature > 30.0) {
               Fan_Control(1);  // 启动风扇
           } else {
               Fan_Control(0);  // 关闭风扇
           }
           
           if (humidity < 40.0) {
               Pump_Control(1);  // 启动水泵
           } else {
               Pump_Control(0);  // 关闭水泵
           }
           
           // 光照强度控制逻辑
           if (light_intensity < 300) {
               LED_Light_Control(1);  // 开启LED补光灯
           } else {
               LED_Light_Control(0);  // 关闭补光灯
           }
           
           // 显示环境状态
           Display_Status();
           
           HAL_Delay(1000);  // 每秒更新一次
       }
   }
   

 

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智能控制原理

1. 环境数据采集：通过温湿度和光照传感器，实时监测温室内的环境条件。
2. 智能控制策略：自动调节风扇、水泵和补光灯，确保温室内的适宜环境。
3. 显示与反馈：LCD实时显示温湿度和光照强度，方便查看。

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常见问题与解决方法

1. 传感器数据不准确：

   • 检查传感器连接是否正常，避免接触不良。
   • 定期维护传感器，清除灰尘。

2. 设备未响应：

   • 检查风扇、水泵和LED灯的连接，确保供电正常。

3. LCD显示异常：

   • 检查I2C连接，确保LCD与STM32通信正常。

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结论

基于STM32的智能温室控制系统通过传感器实时监测温室内的温湿度和光照强度，并结合风扇、水泵和补光灯等设备实现自动控制，为温室管理提供了一套高效智能化的解决方案。系统简单可靠，适用于农业种植和园艺管理。

原文地址：https://blog.csdn.net/2401_88410555/article/details/143778150

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