STM32项目实战：基于STM32F103的智能农业监控系统

LCG元2026-05-03 20:42

文章目录

    • 一、前言
      • [1.1 技术背景](#1.1 技术背景)
      • [1.2 应用场景](#1.2 应用场景)
      • [1.3 读者收获](#1.3 读者收获)
      • [1.4 技术栈](#1.4 技术栈)
    • 二、环境准备
      • [2.1 硬件要求](#2.1 硬件要求)
      • [2.2 传感器连接](#2.2 传感器连接)
    • 三、核心实现
      • [3.1 DHT22温湿度传感器](#3.1 DHT22温湿度传感器)
      • [3.2 BH1750光照传感器](#3.2 BH1750光照传感器)
      • [3.3 土壤湿度传感器](#3.3 土壤湿度传感器)
      • [3.4 ESP8266 WiFi通信](#3.4 ESP8266 WiFi通信)
      • [3.5 主控程序](#3.5 主控程序)
    • 四、系统架构
      • [4.1 数据流图](#4.1 数据流图)
    • 五、测试验证
      • [5.1 传感器校准](#5.1 传感器校准)
      • [5.2 通信测试](#5.2 通信测试)
    • 六、故障排查
      • [6.1 传感器读数异常](#6.1 传感器读数异常)
      • [6.2 通信失败](#6.2 通信失败)
    • 七、总结
      • [7.1 核心知识点](#7.1 核心知识点)
      • [7.2 扩展方向](#7.2 扩展方向)
      • [7.3 学习资源](#7.3 学习资源)

一、前言

1.1 技术背景

智能农业是现代农业发展的重要方向，通过物联网技术实现农业环境的实时监测和精准控制，可以显著提高农业生产效率、降低资源消耗、改善农产品质量。

STM32F103系列微控制器凭借其低功耗、丰富的外设接口和较高的性价比，成为农业物联网终端设备的理想选择。本教程将介绍如何基于STM32F103构建一个完整的智能农业监控系统。

1.2 应用场景

  • 温室大棚：温湿度、光照、CO2浓度监测
  • 农田灌溉：土壤湿度监测与自动灌溉
  • 水产养殖：水质监测（pH、溶解氧、温度）
  • 畜牧养殖：环境监控与动物行为监测
  • 气象监测：微型气象站

1.3 读者收获

完成本教程后，你将掌握：

  • 多传感器数据采集与融合
  • 低功耗设计与电源管理
  • GPRS/WiFi无线通信
  • 数据存储与历史记录
  • 远程监控与报警系统
  • 太阳能供电系统设计

1.4 技术栈

硬件平台：

  • 主控芯片：STM32F103C8T6
  • 温湿度传感器：DHT11 / DHT22 / SHT30
  • 土壤湿度传感器：电容式/电阻式
  • 光照传感器：BH1750
  • 通信模块：ESP8266 WiFi / SIM800L GPRS
  • 显示模块：OLED12864
  • 存储模块：SD卡 / Flash

软件工具：

  • IDE：Keil MDK-ARM / STM32CubeIDE
  • 固件库：STM32Cube HAL库
  • 通信协议：MQTT / HTTP

二、环境准备

2.1 硬件要求

系统框图：
通信模块
控制输出
传感器组
STM32F103主控
电源系统
太阳能板

12V/10W
锂电池

12V/20Ah
充电管理
5V稳压
3.3V稳压
ARM Cortex-M3

72MHz
ADC
I2C1/I2C2
USART1/2/3
SPI1
RTC
DHT22

温湿度
土壤湿度

传感器
BH1750

光照强度
CO2传感器
雨量传感器
风速传感器
继电器1

灌溉
继电器2

通风
继电器3

补光
蜂鸣器

报警
ESP8266

WiFi
SIM800L

GPRS
OLED

本地显示
SD卡

数据存储

硬件清单：

  • STM32F103C8T6最小系统板 × 1
  • DHT22温湿度传感器 × 1
  • 电容式土壤湿度传感器 × 2
  • BH1750光照传感器 × 1
  • ESP8266 WiFi模块 × 1
  • SIM800L GPRS模块 × 1
  • OLED12864显示屏 × 1
  • SD卡模块 × 1
  • 继电器模块 × 3
  • 太阳能板12V/10W × 1
  • 锂电池12V/20Ah × 1
  • 充电管理模块 × 1
  • 防水外壳 × 1

2.2 传感器连接

DHT22连接：

DHT22引脚 STM32引脚 说明
VCC 3.3V 电源
DATA PA0 单总线数据
GND GND 地线

BH1750连接（I2C）：

BH1750引脚 STM32引脚 说明
VCC 3.3V 电源
GND GND 地线
SCL PB6 I2C1_SCL
SDA PB7 I2C1_SDA
ADDR GND 地址0x23

土壤湿度传感器：

  • 信号输出 → PA1（ADC1_IN1）
  • VCC → 5V
  • GND → GND

三、核心实现

3.1 DHT22温湿度传感器

📄 创建文件：Inc/dht22.h

c 复制代码 
/* dht22.h - DHT22温湿度传感器驱动 */
#ifndef __DHT22_H
#define __DHT22_H

#include "main.h"

/* 引脚定义 */
#define DHT22_PORT      GPIOA
#define DHT22_PIN       GPIO_PIN_0

/* 数据格式 */
typedef struct {
    int16_t temperature;    /* 温度（扩大10倍） */
    uint16_t humidity;      /* 湿度（扩大10倍） */
    uint8_t valid;          /* 数据有效标志 */
} DHT22_DataTypeDef;

/* 函数声明 */
void DHT22_Init(void);
uint8_t DHT22_Read(DHT22_DataTypeDef *data);

#endif /* __DHT22_H */

📄 创建文件：Src/dht22.c

c 复制代码 
/* dht22.c - DHT22温湿度传感器驱动实现 */
#include "dht22.h"

#define DHT22_OUTPUT()  { \
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; \
    GPIO_InitStruct.Pin = DHT22_PIN; \
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; \
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; \
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; \
    HAL_GPIO_Init(DHT22_PORT, &GPIO_InitStruct); \
}

#define DHT22_INPUT()   { \
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; \
    GPIO_InitStruct.Pin = DHT22_PIN; \
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; \
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; \
    HAL_GPIO_Init(DHT22_PORT, &GPIO_InitStruct); \
}

#define DHT22_HIGH()    HAL_GPIO_WritePin(DHT22_PORT, DHT22_PIN, GPIO_PIN_SET)
#define DHT22_LOW()     HAL_GPIO_WritePin(DHT22_PORT, DHT22_PIN, GPIO_PIN_RESET)
#define DHT22_READ()    HAL_GPIO_ReadPin(DHT22_PORT, DHT22_PIN)

/**
 * @brief 微秒延时
 */
static void delay_us(uint32_t us)
{
    volatile uint32_t count;
    for (count = 0; count < us * 8; count++);
}

/**
 * @brief DHT22初始化
 */
void DHT22_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    GPIO_InitStruct.Pin = DHT22_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(DHT22_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
    DHT22_HIGH();
}

/**
 * @brief 读取DHT22数据
 */
uint8_t DHT22_Read(DHT22_DataTypeDef *data)
{
    uint8_t i, j;
    uint8_t buf[5] = {0};
    uint16_t temp, hum;
    
    /* 发送起始信号 */
    DHT22_OUTPUT();
    DHT22_LOW();
    delay_us(1000);  /* 拉低1ms */
    DHT22_HIGH();
    delay_us(30);    /* 拉高30us */
    DHT22_INPUT();
    
    /* 等待DHT22响应 */
    delay_us(40);
    if (DHT22_READ()) return 1;
    delay_us(80);
    if (!DHT22_READ()) return 1;
    delay_us(80);
    
    /* 读取40位数据 */
    for (j = 0; j < 5; j++) {
        buf[j] = 0;
        for (i = 0; i < 8; i++) {
            /* 等待低电平结束 */
            while (!DHT22_READ());
            delay_us(40);
            
            /* 判断是0还是1 */
            if (DHT22_READ()) {
                buf[j] |= (1 << (7 - i));
                while (DHT22_READ());
            }
        }
    }
    
    /* 校验 */
    if ((buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3]) != buf[4]) {
        return 2;  /* 校验失败 */
    }
    
    /* 解析数据 */
    hum = (buf[0] << 8) | buf[1];
    temp = (buf[2] << 8) | buf[3];
    
    /* 处理负温度 */
    if (temp & 0x8000) {
        temp = -(temp & 0x7FFF);
    }
    
    data->humidity = hum;
    data->temperature = temp;
    data->valid = 1;
    
    return 0;
}

3.2 BH1750光照传感器

📄 创建文件：Inc/bh1750.h

c 复制代码 
/* bh1750.h - BH1750光照传感器驱动 */
#ifndef __BH1750_H
#define __BH1750_H

#include "main.h"

#define BH1750_ADDR     0x23    /* ADDR引脚接地 */

/* 命令 */
#define BH1750_POWER_DOWN       0x00
#define BH1750_POWER_ON         0x01
#define BH1750_RESET            0x07
#define BH1750_CONT_H_RES       0x10    /* 连续高分辨率模式 */
#define BH1750_CONT_H_RES2      0x11    /* 连续高分辨率模式2 */
#define BH1750_CONT_L_RES       0x13    /* 连续低分辨率模式 */
#define BH1750_ONE_H_RES        0x20    /* 单次高分辨率模式 */
#define BH1750_ONE_H_RES2       0x21
#define BH1750_ONE_L_RES        0x23

/* 函数声明 */
void BH1750_Init(void);
uint8_t BH1750_SendCommand(uint8_t cmd);
uint8_t BH1750_ReadLight(uint16_t *light);

#endif /* __BH1750_H */

📄 创建文件：Src/bh1750.c

c 复制代码 
/* bh1750.c - BH1750光照传感器驱动实现 */
#include "bh1750.h"

extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;

/**
 * @brief BH1750初始化
 */
void BH1750_Init(void)
{
    BH1750_SendCommand(BH1750_POWER_ON);
    HAL_Delay(10);
    BH1750_SendCommand(BH1750_RESET);
    HAL_Delay(10);
    BH1750_SendCommand(BH1750_CONT_H_RES);
    HAL_Delay(180);  /* 首次测量等待 */
}

/**
 * @brief 发送命令
 */
uint8_t BH1750_SendCommand(uint8_t cmd)
{
    HAL_StatusTypeDef status;
    
    status = HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, BH1750_ADDR << 1, &cmd, 1, 100);
    
    return (status == HAL_OK) ? 0 : 1;
}

/**
 * @brief 读取光照强度
 * @param light 光照强度值（单位：lux）
 */
uint8_t BH1750_ReadLight(uint16_t *light)
{
    HAL_StatusTypeDef status;
    uint8_t buf[2];
    
    status = HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, BH1750_ADDR << 1, buf, 2, 100);
    
    if (status == HAL_OK) {
        *light = ((buf[0] << 8) | buf[1]) / 1.2;
        return 0;
    }
    
    return 1;
}

3.3 土壤湿度传感器

📄 创建文件：Src/soil_moisture.c

c 复制代码 
/* soil_moisture.c - 土壤湿度传感器 */
#include "main.h"

extern ADC_HandleTypeDef hadc1;

/**
 * @brief 土壤湿度传感器初始化
 */
void Soil_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();
    
    /* 配置PA1为模拟输入 */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
    /* 配置ADC */
    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);
    
    /* 配置通道1 */
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_71CYCLES_5;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

/**
 * @brief 读取土壤湿度
 * @return 湿度百分比（0-100）
 */
uint8_t Soil_Read(void)
{
    uint32_t adc_value;
    uint8_t moisture;
    
    /* 启动ADC转换 */
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);
    adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    
    /* 转换为百分比 */
    /* 假设：0V=100%湿度，3.3V=0%湿度 */
    /* 12位ADC: 0-4095 */
    if (adc_value > 4000) adc_value = 4000;
    if (adc_value < 100) adc_value = 100;
    
    moisture = (uint8_t)((4000 - adc_value) * 100 / 3900);
    
    return moisture;
}

3.4 ESP8266 WiFi通信

📄 创建文件：Inc/esp8266.h

c 复制代码 
/* esp8266.h - ESP8266 WiFi模块驱动 */
#ifndef __ESP8266_H
#define __ESP8266_H

#include "main.h"

/* MQTT服务器配置 */
#define MQTT_SERVER     "mqtt.broker.com"
#define MQTT_PORT       1883
#define MQTT_USER       "username"
#define MQTT_PASS       "password"
#define MQTT_CLIENT_ID  "agriculture_001"

/* 主题 */
#define TOPIC_TEMP      "farm/sensor/temperature"
#define TOPIC_HUMI      "farm/sensor/humidity"
#define TOPIC_SOIL      "farm/sensor/soil"
#define TOPIC_LIGHT     "farm/sensor/light"
#define TOPIC_CONTROL   "farm/control/#"

/* 函数声明 */
void ESP8266_Init(void);
uint8_t ESP8266_SendCommand(char *cmd, char *response, uint32_t timeout);
uint8_t ESP8266_ConnectWiFi(char *ssid, char *password);
uint8_t ESP8266_ConnectMQTT(char *server, uint16_t port);
uint8_t ESP8266_Publish(char *topic, char *message);
uint8_t ESP8266_Subscribe(char *topic);

#endif /* __ESP8266_H */

📄 创建文件：Src/esp8266.c

c 复制代码 
/* esp8266.c - ESP8266 WiFi模块驱动实现 */
#include "esp8266.h"

extern UART_HandleTypeDef huart2;

/**
 * @brief ESP8266初始化
 */
void ESP8266_Init(void)
{
    /* 复位ESP8266 */
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(100);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(1000);
    
    /* 测试AT指令 */
    ESP8266_SendCommand("AT\r\n", "OK", 1000);
    
    /* 关闭回显 */
    ESP8266_SendCommand("ATE0\r\n", "OK", 1000);
    
    /* 设置工作模式 */
    ESP8266_SendCommand("AT+CWMODE=1\r\n", "OK", 1000);
}

/**
 * @brief 发送AT指令
 */
uint8_t ESP8266_SendCommand(char *cmd, char *response, uint32_t timeout)
{
    uint8_t rx_buffer[256];
    uint32_t start;
    
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)cmd, strlen(cmd), 1000);
    
    start = HAL_GetTick();
    memset(rx_buffer, 0, sizeof(rx_buffer));
    
    while ((HAL_GetTick() - start) < timeout) {
        HAL_UART_Receive(&huart2, rx_buffer, sizeof(rx_buffer), 100);
        if (strstr((char *)rx_buffer, response) != NULL) {
            return 0;
        }
    }
    
    return 1;
}

/**
 * @brief 连接WiFi
 */
uint8_t ESP8266_ConnectWiFi(char *ssid, char *password)
{
    char cmd[128];
    
    sprintf(cmd, "AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n", ssid, password);
    
    return ESP8266_SendCommand(cmd, "OK", 10000);
}

/**
 * @brief 连接MQTT服务器
 */
uint8_t ESP8266_ConnectMQTT(char *server, uint16_t port)
{
    char cmd[128];
    
    /* 设置MQTT用户配置 */
    sprintf(cmd, "AT+MQTTUSERCFG=0,1,\"%s\",\"%s\",\"%s\",0,0,\"\"\r\n",
            MQTT_CLIENT_ID, MQTT_USER, MQTT_PASS);
    ESP8266_SendCommand(cmd, "OK", 5000);
    
    /* 连接MQTT服务器 */
    sprintf(cmd, "AT+MQTTCONN=0,\"%s\",%d,1\r\n", server, port);
    
    return ESP8266_SendCommand(cmd, "OK", 10000);
}

/**
 * @brief 发布消息
 */
uint8_t ESP8266_Publish(char *topic, char *message)
{
    char cmd[256];
    
    sprintf(cmd, "AT+MQTTPUB=0,\"%s\",\"%s\",1,0\r\n", topic, message);
    
    return ESP8266_SendCommand(cmd, "OK", 5000);
}

/**
 * @brief 订阅主题
 */
uint8_t ESP8266_Subscribe(char *topic)
{
    char cmd[128];
    
    sprintf(cmd, "AT+MQTTSUB=0,\"%s\",1\r\n", topic);
    
    return ESP8266_SendCommand(cmd, "OK", 5000);
}

3.5 主控程序

📄 创建文件：Src/main.c

c 复制代码 
/* main.c - 智能农业监控主程序 */
#include "main.h"
#include "dht22.h"
#include "bh1750.h"
#include "esp8266.h"

/* 传感器数据结构 */
typedef struct {
    int16_t temperature;    /* 温度 x10 */
    uint16_t humidity;      /* 湿度 x10 */
    uint8_t soil_moisture;  /* 土壤湿度 0-100 */
    uint16_t light;         /* 光照 lux */
    uint8_t valid;          /* 数据有效 */
} SensorDataTypeDef;

/* 阈值配置 */
typedef struct {
    int16_t temp_high;      /* 温度上限 */
    int16_t temp_low;       /* 温度下限 */
    uint8_t soil_threshold; /* 灌溉阈值 */
    uint16_t light_threshold; /* 补光阈值 */
} ThresholdTypeDef;

/* 全局变量 */
SensorDataTypeDef sensor_data;
ThresholdTypeDef threshold = {350, 100, 30, 500};
volatile uint8_t data_ready = 0;

/* 函数声明 */
void System_Init(void);
void Read_All_Sensors(void);
void Check_Thresholds(void);
void Control_Irrigation(uint8_t on);
void Control_Ventilation(uint8_t on);
void Control_Lighting(uint8_t on);
void Send_Data_Cloud(void);
void Enter_LowPower(void);

/**
 * @brief 系统初始化
 */
void System_Init(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    
    /* 初始化外设 */
    UART1_Init();   /* 调试串口 */
    UART2_Init();   /* ESP8266 */
    I2C1_Init();    /* BH1750, OLED */
    ADC1_Init();    /* 土壤湿度 */
    RTC_Init();
    
    /* 初始化传感器 */
    DHT22_Init();
    BH1750_Init();
    Soil_Init();
    
    /* 初始化通信模块 */
    ESP8266_Init();
    ESP8266_ConnectWiFi("SSID", "PASSWORD");
    ESP8266_ConnectMQTT(MQTT_SERVER, MQTT_PORT);
    ESP8266_Subscribe(TOPIC_CONTROL);
    
    DEBUG_PRINT("\r\n===========================\r\n");
    DEBUG_PRINT("智能农业监控系统启动\r\n");
    DEBUG_PRINT("===========================\r\n");
}

/**
 * @brief 读取所有传感器
 */
void Read_All_Sensors(void)
{
    DHT22_DataTypeDef dht_data;
    
    /* 读取温湿度 */
    if (DHT22_Read(&dht_data) == 0) {
        sensor_data.temperature = dht_data.temperature;
        sensor_data.humidity = dht_data.humidity;
    }
    
    /* 读取土壤湿度 */
    sensor_data.soil_moisture = Soil_Read();
    
    /* 读取光照 */
    BH1750_ReadLight(&sensor_data.light);
    
    sensor_data.valid = 1;
    data_ready = 1;
    
    DEBUG_PRINT("温度: %d.%d°C, 湿度: %d.%d%%, 土壤: %d%%, 光照: %d lux\r\n",
               sensor_data.temperature/10, sensor_data.temperature%10,
               sensor_data.humidity/10, sensor_data.humidity%10,
               sensor_data.soil_moisture, sensor_data.light);
}

/**
 * @brief 检查阈值并控制
 */
void Check_Thresholds(void)
{
    /* 温度控制 */
    if (sensor_data.temperature > threshold.temp_high) {
        Control_Ventilation(1);  /* 开启通风 */
        DEBUG_PRINT("温度过高，开启通风\r\n");
    } else if (sensor_data.temperature < threshold.temp_low) {
        Control_Ventilation(0);  /* 关闭通风 */
    }
    
    /* 灌溉控制 */
    if (sensor_data.soil_moisture < threshold.soil_threshold) {
        Control_Irrigation(1);   /* 开启灌溉 */
        DEBUG_PRINT("土壤干燥，开启灌溉\r\n");
    } else if (sensor_data.soil_moisture > threshold.soil_threshold + 20) {
        Control_Irrigation(0);   /* 关闭灌溉 */
    }
    
    /* 补光控制 */
    if (sensor_data.light < threshold.light_threshold) {
        Control_Lighting(1);     /* 开启补光 */
    } else {
        Control_Lighting(0);     /* 关闭补光 */
    }
}

/**
 * @brief 控制灌溉
 */
void Control_Irrigation(uint8_t on)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, 
                     on ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
}

/**
 * @brief 控制通风
 */
void Control_Ventilation(uint8_t on)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_13, 
                     on ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
}

/**
 * @brief 控制补光
 */
void Control_Lighting(uint8_t on)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_14, 
                     on ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
}

/**
 * @brief 发送数据到云端
 */
void Send_Data_Cloud(void)
{
    char msg[128];
    
    if (!sensor_data.valid) return;
    
    /* 发送温度 */
    sprintf(msg, "{\"value\":%d.%d}", 
           sensor_data.temperature/10, sensor_data.temperature%10);
    ESP8266_Publish(TOPIC_TEMP, msg);
    
    /* 发送湿度 */
    sprintf(msg, "{\"value\":%d.%d}", 
           sensor_data.humidity/10, sensor_data.humidity%10);
    ESP8266_Publish(TOPIC_HUMI, msg);
    
    /* 发送土壤湿度 */
    sprintf(msg, "{\"value\":%d}", sensor_data.soil_moisture);
    ESP8266_Publish(TOPIC_SOIL, msg);
    
    /* 发送光照 */
    sprintf(msg, "{\"value\":%d}", sensor_data.light);
    ESP8266_Publish(TOPIC_LIGHT, msg);
    
    DEBUG_PRINT("数据已发送到云端\r\n");
}

/**
 * @brief 进入低功耗模式
 */
void Enter_LowPower(void)
{
    DEBUG_PRINT("进入低功耗模式\r\n");
    
    /* 关闭外设 */
    HAL_ADC_DeInit(&hadc1);
    
    /* 进入STOP模式 */
    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);
    
    /* 唤醒后重新初始化 */
    SystemClock_Config();
    ADC1_Init();
    
    DEBUG_PRINT("从低功耗模式唤醒\r\n");
}

/**
 * @brief 主函数
 */
int main(void)
{
    uint32_t last_read = 0;
    uint32_t last_send = 0;
    
    System_Init();
    
    while (1) {
        /* 定时读取传感器（每30秒） */
        if (HAL_GetTick() - last_read >= 30000) {
            last_read = HAL_GetTick();
            Read_All_Sensors();
            Check_Thresholds();
        }
        
        /* 定时发送数据（每5分钟） */
        if (HAL_GetTick() - last_send >= 300000) {
            last_send = HAL_GetTick();
            Send_Data_Cloud();
        }
        
        /* 低功耗处理 */
        if (data_ready) {
            data_ready = 0;
            Enter_LowPower();
        }
        
        HAL_Delay(100);
    }
}

四、系统架构

4.1 数据流图

应用层
通信层
处理层
传感器层
温湿度
湿度
光照
原始数据
处理结果
控制指令
历史数据
控制状态
MQTT/HTTP
DHT22
土壤传感器
BH1750
数据采集
数据处理
本地存储
控制决策
WiFi/4G
云平台
手机APP
Web端
报警通知

五、测试验证

5.1 传感器校准

温湿度校准：

  • 使用标准温湿度计对比
  • 记录校准系数

土壤湿度校准：

  • 干燥状态：读取ADC值
  • 饱和状态：读取ADC值
  • 建立映射关系

5.2 通信测试

WiFi连接测试：

  • 信号强度测试
  • 断线重连测试

MQTT通信测试：

  • 发布/订阅测试
  • QoS等级测试

六、故障排查

6.1 传感器读数异常

问题排查：

  1. 检查传感器供电
  2. 验证通信线路
  3. 检查传感器校准

6.2 通信失败

问题排查：

  1. 检查WiFi信号强度
  2. 验证MQTT服务器配置
  3. 检查SIM卡状态（GPRS）

七、总结

7.1 核心知识点

  1. 多传感器融合：多源数据采集与处理
  2. 低功耗设计：STOP模式与电源管理
  3. 无线通信：MQTT协议与物联网
  4. 自动控制：阈值判断与执行控制

7.2 扩展方向

  • 添加摄像头监控
  • 集成气象站功能
  • 实现AI病虫害识别
  • 添加太阳能追踪

7.3 学习资源

💡 提示：农业环境恶劣，注意设备的防水、防尘、防雷设计。

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