【proteus仿真】基于单片机的水肥一体化智能监控系统（仿真图+程序）

一、项目背景

传统大棚、农田种植模式中，灌溉施肥大多依靠人为经验判断，容易出现浇水过多或者肥料施加不均衡，造成土壤板结、肥料流失、水资源浪费等问题。水肥一体化技术可以根据土壤实际状态按需供给水和肥料，实现节水节肥。本项目以 STM32F103C8T6 为主控芯片，在 Proteus 仿真环境搭建完整硬件电路，实现土壤多参数监测、水肥比例可控、自动灌溉施肥、本地显示、串口输出、声光报警等全套功能，低成本实现智慧农业前端监控节点。

二、系统总体方案

2.1 硬件框架

系统分为五大单元：

主控单元：STM32F103C8T6 单片机，负责 ADC 采集、逻辑判断、外设驱动、模式管理。
信号采集单元：ADC 模数转换，采集土壤湿度、NPK 养分、PH、水肥配比设定电位器信号。
人机交互单元：0.96 寸 OLED 显示屏、功能按键（模式切换、开关控制）、串口虚拟终端输出。
执行驱动单元：三极管 + 继电器驱动清水泵、施肥泵、灌溉电磁阀。
报警单元：蜂鸣器模块，参数异常时触发报警提示。

2.2 Proteus 仿真电路说明

电路核心器件说明：

主控：STM32F103C8T6 单片机
ADC 采集：多个电位器模拟土壤湿度、NPK、PH 传感器输入，同时电位器用来设定水肥配比；
显示：OLED 屏幕实时刷新土壤湿度、NPK、PH、水肥比例；
按键：实现手动 / 自动模式切换、系统开关控制；
驱动电路：NPN 三极管驱动继电器线圈，继电器分别控制清水泵、施肥泵、灌溉电磁阀；二极管做续流保护；
蜂鸣器：土壤参数异常时蜂鸣器报警；
串口：虚拟终端打印实时监测数据，方便调试查看。

三、系统功能详解

3.1 土壤多参数采集

系统利用 STM32 内部 ADC 外设，读取模拟信号，模拟采集：

土壤湿度：反映土壤墒情，作为灌溉触发条件；
NPK 养分：检测土壤氮磷钾含量；
PH 酸碱度：监测土壤酸碱环境；
水肥比例设定：通过电位器可以调整水与肥料配比比例。

采集到的数据一方面刷新 OLED 屏幕，另一方面通过串口输出到 Virtual Terminal 虚拟终端。

3.2 手动 / 自动双模式

✅ 自动模式 单片机读取土壤各项参数，结合设定水肥比例，自动调度设备：

土壤湿度过低：自动开启清水泵、施肥泵、电磁阀，按照设定水肥比例灌溉施肥；
土壤湿度达到阈值，自动关闭泵体与电磁阀，停止作业；
土壤 PH、NPK 超出合理区间，蜂鸣器启动报警。

✅ 手动模式 可以通过按键直接控制清水泵、施肥泵、电磁阀的开启关闭，人工干预灌溉施肥操作，方便调试和特殊场景使用。

3.3 数据显示与串口输出

OLED 屏幕实时显示：土壤湿度、NPK 数值、PH 数值、当前水肥比例；
串口虚拟终端同步打印全部监测数据与系统工作模式，方便调试、数据记录。

3.4 报警功能

当土壤湿度、PH、NPK 等参数超出预设合理范围，蜂鸣器模块触发报警，提醒环境异常。

四、软件设计思路

初始化：系统时钟、GPIO、ADC、I2C‑OLED、串口外设初始化；
ADC 循环采集：循环读取各路模拟通道，转换得到湿度、NPK、PH、水肥配比参数；
按键扫描：检测按键状态，完成手动 / 自动模式切换、启停控制；
逻辑处理：
- 自动模式：对比采集值与阈值，输出控制信号，控制继电器驱动水泵、电磁阀；异常触发蜂鸣器；
- 手动模式：直接根据按键状态控制执行器件；
信息输出：刷新 OLED 显示，串口打印数据；
循环往复。

核心逻辑伪代码

复制代码

while(1)
{
    Read_ADC();        //读取土壤湿度、NPK、PH、水肥比例
    Key_Scan();        //按键扫描
    if(mode == AUTO)
    {
        Auto_Control();//自动水肥灌溉逻辑
    }
    else
    {
        Manual_Control();//手动控制逻辑
    }
    OLED_Show();       //OLED刷新显示
    UART_SendData();   //串口打印数据
    Buzzer_Check();    //异常报警判断
}

五、仿真运行效果

运行仿真后：

OLED 屏幕实时输出湿度、NPK、PH、水肥比例；
Virtual Terminal 虚拟终端同步打印监测数据与工作模式；
调节电位器，模拟土壤环境变化，系统会根据参数变化，自动启停清水泵、施肥泵、电磁阀；
切换手动模式，可以按键直接控制各个执行机构；
参数异常，蜂鸣器响起报警。

仿真截图效果如上图所示，可以看到系统稳定采集各项参数，自动模式下按照 1:99 水肥比例进行水肥调控。

六、项目拓展方向

当前为 Proteus 仿真版本，如果落地实物，可以继续拓展：

外接真实土壤湿度、NPK、PH 传感器，替换电位器模拟输入；
增加 ESP8266/Wi‑Fi 模块，把数据上传云平台，实现远程监控；
增加存储模块，保存历史土壤数据；
优化控制算法，引入简单 PID 算法，更加精准调节水肥配比；
增加上位机，电脑端可视化监测界面。

七、总结

本项目基于 STM32 单片机完成水肥一体化智能监控系统，实现土壤多参数采集、水肥配比可调、手动自动两种工作模式、执行机构自动控制、OLED 与串口双重数据输出、异常报警功能。Proteus 仿真完整可运行，可以作为单片机毕设、课程设计、智慧农业入门学习案例。

通过网盘分享的文件：仿真文件获取.zip

链接: https://pan.baidu.com/s/1V5zzxbpHc_fRqfGIzSdLfg?pwd=6666 提取码: 6666