基于 STM32 的小型鸟类宠物繁殖系统

基于 STM32 的小型鸟类宠物繁殖系统设计

针对家庭鸟类宠物繁殖过程中对环境要求高、手动管理负担重的问题，本文设计一种以 STM32F103C8T6 单片机为核心的小型鸟类宠物繁殖系统，整合 HX711 称重（食物 / 水）、DS18B20 温度传感器、OLED12864 本地显示、ESP8266 远程通信与继电器控制模块，实现食物与水的自动补给、温度恒定、一键消毒与远程管理。

一、系统功能总览

功能编号	功能名称	说明
F1	食物检测	HX711 称重食物重量
F2	水检测	HX711 称重水重量
F3	温度采集	DS18B20 数字温度
F4	自动加食	低于阈值启动补食继电器
F5	自动加水	低于阈值启动补水继电器
F6	恒温控制	加热膜 + 散热风扇
F7	消毒控制	紫外消毒灯一键启动
F8	APP 远程	ESP8266 接入家庭 Wi-Fi

二、核心模块选型对比

2.1 主控模块选型

方案	型号	备注
方案 1	STM32F103C8T6	64 KB / 20 KB，可挂多个 UART
方案 2	Arduino UNO	资源紧张，扩展有限

选择方案 1：需驱动 OLED、ESP8266、继电器多个模块。

2.2 称重模块选型

方案	模块	输出
方案 1	HX711 + 5 kg 压力传感器	24 位 ADC
方案 2	应变片 + INA125	需独立 ADC

选择方案 1：HX711 集成放大与 24 位 ADC，精度高、电路简单。

2.3 温度模块选型

方案	型号	量程
方案 1	DS18B20	-55~125 ℃
方案 2	DHT11	0~50 ℃

选择方案 1：孵化期环境温度通常 30~40 ℃，DS18B20 量程与精度更匹配。

2.4 显示模块选型

方案	模块	接口
方案 1	OLED12864	I2C
方案 2	LCD1602	字符有限

选择方案 1：同时显示食物、水、温度更清晰。

2.5 无线模块选型

方案	模块	优势
方案 1	ESP8266	直连 Wi-Fi
方案 2	NRF24L01	仅短距离

选择方案 1：家庭 Wi-Fi 覆盖下更便利。

三、系统接线总表

模块	引脚	单片机端	备注
HX711 ×2	VCC/GND/DT/SCK	3.3 V / GND / PA0/PA1、PA2/PA3	食物 / 水独立量程
DS18B20	VCC/GND/DQ	3.3 V / GND / PA4	4.7 kΩ 上拉
OLED12864	VCC/GND/SCL/SDA	3.3 V / GND / PB6 / PB7	I2C
ESP8266	VCC/GND/TX/RX/CH_PD	3.3 V / GND / PA10/PA9/3.3 V	UART
继电器 ×4	IN/VCC/GND	PB0、PB1、PB2、PB3 / 5 V / GND	加食 / 加水 / 加热 / 消毒

四、系统软件设计

4.1 主程序流程

复制代码

int main(void)
{
    SystemInit();
    HX711_Init();
    DS18B20_Init();
    OLED_Init();
    ESP8266_Init();

    while (1)
    {
        float food = HX711_Get(HX711_FOOD);
        float water = HX711_Get(HX711_WATER);
        float t = DS18B20_Read();

        if (food  < FOOD_LO) Food_On();
        if (water < WATER_LO) Water_On();
        if (t < TEMP_LO) Heat_On(); else if (t > TEMP_HI) Heat_Off();
        if (Key_DisinfectPressed()) Disinfect_On();

        OLED_Show(food, water, t);
        ESP8266_Publish(food, water, t);
        delay_ms(1000);
    }
}

4.2 HX711 校准

采用两组已知砝码进行线性拟合，得到 weight = (raw - offset) / scale。

4.3 DS18B20 单总线

主机拉低 480 μs → 等待响应 → 发送 0x44 转换 → 延时 750 ms → 发送 0xBE 读取 16 位温度。

4.4 ESP8266 上报

以 MQTT 主题 bird/state 每秒发布一次食物 / 水 / 温度，方便手机端查看。

五、系统实现与测试

5.1 硬件焊接与测试

HX711 与压力传感器之间用屏蔽线连接，避免电磁干扰；紫外线消毒灯与温度传感器注意物理隔离，避免误报。

5.2 软件调试

Keil 5 + ST-Link，串口日志配合 OLED 现场显示。

5.3 功能测试结果

测试项目	操作	结果
食物称重	200 g 砝码	误差 ≤ ±2 g
水称重	500 g 容器装水	误差 ≤ ±5 g
温度恒定	设定 35 ℃ ±1 ℃	偏差 ≤ ±0.5 ℃
消毒触发	长按按键	紫外线灯亮起 30 s 后关闭
APP 查看	改变阈值	自动补水立即生效

六、总结

本文基于 STM32F103C8T6 设计了一套适合家庭鸟类宠物的小型繁殖系统，整合 HX711 称重、DS18B20、OLED 与 ESP8266，提供了食物与水自动补给、温度恒定和一键消毒等日常运维功能，并通过手机 APP 实现了远程管理与阈值下发。整套方案硬件简洁、扩展灵活，可为家庭宠物、动物园繁衍区等场景提供一个易复刻的智能管理样机。

基于 STM32 的小型鸟类宠物繁殖系统