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。