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基于STM32的智能农业大棚监测系统设计（毕业设计）

花匠小妙招
2025-08-26 21:52

2048 AI社区基于STM32的智能农业大棚监测系统设计（毕业设计）

本文设计了一种基于STM32的智能农业大棚监测系统，该系统能够实时监测大棚内的光照强度、空气温湿度和土壤湿度，并将监测数据显示在OLED屏幕上，同时通过Wi-Fi模块上传至手机APP。系统具备自动控制模式和手动控制模式，自动控制模式可根据设定的阈值自动调节加热片、风扇、灯和水泵等设备，手动控制模式可通过手机APP或板子上的按键主动控制设备。此外，当任意参数超限时，蜂鸣器会发出报警信号。本系统为智能

电子最好玩 · 2025-03-23 01:27:15 发布

摘要：本文设计了一种基于STM32的智能农业大棚监测系统，该系统能够实时监测大棚内的光照强度、空气温湿度和土壤湿度，并将监测数据显示在OLED屏幕上，同时通过Wi-Fi模块上传至手机APP。系统具备自动控制模式和手动控制模式，自动控制模式可根据设定的阈值自动调节加热片、风扇、灯和水泵等设备，手动控制模式可通过手机APP或板子上的按键主动控制设备。此外，当任意参数超限时，蜂鸣器会发出报警信号。本系统为智能农业大棚的精准管理提供了有效的解决方案。

关键词：STM32；智能农业大棚；监测系统；自动控制；手动控制

（一）研究背景与意义

随着农业现代化的推进，智能农业大棚在农业生产中发挥着越来越重要的作用。智能农业大棚能够实时监测和控制大棚内的环境参数，为农作物提供适宜的生长环境，提高农作物的产量和质量。传统的农业大棚监测方式存在监测精度低、实时性差、自动化程度不高等问题，无法满足现代农业的需求。基于STM32的智能农业大棚监测系统具有高精度、实时性强、自动化程度高等优点，能够有效解决传统监测方式存在的问题，具有重要的研究意义和应用价值。

（二）国内外研究现状

国外在智能农业大棚监测系统的研究方面起步较早，已经取得了一些显著的成果。一些发达国家已经实现了农业大棚的智能化管理，通过传感器实时监测大棚内的环境参数，并利用计算机控制系统自动调节大棚内的设备。国内在智能农业大棚监测系统的研究方面也取得了一定的进展，但与国外相比还存在一定的差距。目前，国内的智能农业大棚监测系统大多功能单一，自动化程度不高，需要进一步改进和完善。

（三）研究内容与目标

本研究的主要内容包括系统总体设计、硬件设计、软件设计以及系统测试与结果分析等方面。具体研究目标如下：

设计并实现一种基于STM32的智能农业大棚监测系统，能够实时监测大棚内的光照强度、空气温湿度和土壤湿度。将监测数据显示在OLED屏幕上，并通过Wi-Fi模块上传至手机APP。实现自动控制模式和手动控制模式，自动控制模式可根据设定的阈值自动调节设备，手动控制模式可通过手机APP或板子上的按键主动控制设备。当任意参数超限时，蜂鸣器发出报警信号。（一）系统需求分析

根据系统的功能要求，本系统的需求分析如下：

环境监测功能：系统需要能够实时监测大棚内的光照强度、空气温湿度和土壤湿度。 数据显示功能：监测到的数据需要显示在OLED屏幕上，并通过Wi-Fi模块上传至手机APP。 控制模式功能：系统需要具备自动控制模式和手动控制模式，自动控制模式可根据设定的阈值自动调节设备，手动控制模式可通过手机APP或板子上的按键主动控制设备。 报警功能：当任意参数超限时，蜂鸣器需要发出报警信号。（二）系统总体框架

基于上述需求分析，本系统的总体框架如图1所示。系统主要由STM32主控芯片、传感器模块（光照传感器、空气温湿度传感器、土壤湿度传感器）、OLED显示屏模块、Wi-Fi模块、控制设备（加热片、风扇、灯、水泵）、按键模块、蜂鸣器模块和电源模块等组成。

图1 系统总体框架图

STM32主控芯片：负责系统的数据处理、逻辑控制以及与各个模块之间的通信。 传感器模块：负责实时监测大棚内的光照强度、空气温湿度和土壤湿度。 OLED显示屏模块：用于显示监测到的数据。 Wi-Fi模块：用于将数据上传至手机APP。 控制设备：根据控制模式自动调节或手动控制加热片、风扇、灯和水泵等设备。 按键模块：用于手动控制模式和阈值设置等操作。 蜂鸣器模块：用于参数超限报警。 电源模块：为系统提供稳定的电源供应。（三）硬件选型 STM32主控芯片：选择STM32F103系列芯片作为主控芯片，该系列芯片具有高性能、低功耗、丰富的外设资源等优点，能够满足系统的需求。 传感器模块：选择BH1750光照传感器、DHT11空气温湿度传感器和YL-69土壤湿度传感器，这些传感器具有高精度、高稳定性等优点。 OLED显示屏模块：选择0.96寸OLED显示屏，该显示屏具有分辨率高、显示效果好、功耗低等优点。 Wi-Fi模块：选择ESP8266 Wi-Fi模块，该模块具有成本低、功耗低、易于开发等优点。 控制设备：选择合适的加热片、风扇、灯和水泵等设备，根据实际需求确定其规格和型号。 按键模块：选择机械按键，根据实际需求选择合适的按键数量和类型。 蜂鸣器模块：选择有源蜂鸣器，具有发声简单、声音响亮等优点。 电源模块：选择5V直流电源模块或锂电池供电模块，根据实际需求选择合适的电源类型。（一）STM32主控芯片

STM32F103系列芯片是基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，具有高性能、低功耗、丰富的外设资源等优点。在本设计中，STM32主控芯片负责系统的数据处理、逻辑控制以及与各个模块之间的通信。其主要特点如下：

内核：ARM Cortex-M3内核，最高工作频率可达72MHz。 存储器：具有不同容量的Flash存储器和SRAM存储器，可根据实际需求选择合适的型号。 外设资源：具有丰富的外设资源，如USART、SPI、I2C、TIM、ADC、DAC等，能够满足系统的需求。 低功耗：具有多种低功耗模式，如睡眠模式、停机模式、待机模式等，能够有效降低系统的功耗。（二）传感器模块 BH1750光照传感器：BH1750是一种数字型光照传感器，具有高精度、高稳定性等优点。通过I2C接口与STM32主控芯片进行连接，能够实时测量光照强度。 DHT11空气温湿度传感器：DHT11是一种数字型空气温湿度传感器，具有测量精度高、响应速度快等优点。通过单总线接口与STM32主控芯片进行连接，能够实时测量空气温湿度。 YL-69土壤湿度传感器：YL-69是一种模拟型土壤湿度传感器，通过ADC接口与STM32主控芯片进行连接，能够实时测量土壤湿度。（三）OLED显示屏模块

OLED显示屏模块用于显示监测到的数据。在本设计中，选择0.96寸OLED显示屏，通过I2C接口与STM32主控芯片进行连接。OLED显示屏模块的主要特点如下：

分辨率高：具有较高的分辨率，能够清晰显示各种信息。 显示效果好：具有自发光特性，显示效果鲜艳、对比度高。 功耗低：具有较低的功耗，能够延长系统的使用时间。（四）Wi-Fi模块

Wi-Fi模块用于将数据上传至手机APP。在本设计中，选择ESP8266 Wi-Fi模块，通过USART接口与STM32主控芯片进行连接。ESP8266 Wi-Fi模块的主要特点如下：

成本低：价格相对较低，能够降低系统的成本。 功耗低：具有较低的功耗，适合用于电池供电的系统。 易于开发：提供了丰富的开发资料和示例代码，便于开发者进行开发。（五）控制设备

控制设备包括加热片、风扇、灯和水泵等，根据控制模式自动调节或手动控制这些设备的运行状态。通过GPIO引脚与STM32主控芯片进行连接，STM32主控芯片通过控制GPIO引脚的电平状态来控制设备的开关。

（六）按键模块

按键模块用于手动控制模式和阈值设置等操作。在本设计中，选择机械按键，通过GPIO引脚与STM32主控芯片进行连接。为了提高按键的可靠性，可以采用软件防抖技术或硬件防抖电路。

（七）蜂鸣器模块

蜂鸣器模块用于参数超限报警。在本设计中，选择有源蜂鸣器，通过GPIO引脚与STM32主控芯片进行连接。当任意参数超限时，STM32主控芯片控制GPIO引脚输出高电平，使蜂鸣器发声。

（八）电源模块

电源模块为系统提供稳定的电源供应。在本设计中，选择5V直流电源模块或锂电池供电模块作为电源模块。电源模块的设计需要考虑电源的稳定性、输出电压和电流的大小以及电源的续航能力等方面。为了提高电源的可靠性，可以采用稳压电路或滤波电路来保护电源模块。

（一）开发环境搭建

本系统的软件开发环境选择Keil MDK-ARM，这是一款专业的ARM微控制器开发软件，支持STM32系列微控制器的开发。在Keil MDK-ARM中，可以编写、调试和下载程序到STM32主控芯片中。

（二）软件总体流程

系统的软件总体流程如图2所示。系统上电后，首先进行初始化操作，包括STM32主控芯片的初始化、传感器模块的初始化、OLED显示屏模块的初始化、Wi-Fi模块的初始化、按键模块的初始化、蜂鸣器模块的初始化以及控制设备的初始化等。然后，系统进入主循环，不断读取传感器数据、更新OLED显示屏的显示内容、通过Wi-Fi模块上传数据至手机APP、检测按键状态以及根据控制模式控制设备的运行状态等。

图2 软件总体流程图

（三）传感器数据采集程序设计

传感器数据采集程序负责实时读取光照传感器、空气温湿度传感器和土壤湿度传感器的数据，并进行数据处理。在本设计中，通过I2C接口读取光照传感器和空气温湿度传感器的数据，通过ADC接口读取土壤湿度传感器的数据。

（四）OLED显示程序设计

OLED显示程序负责将监测到的数据显示在OLED显示屏上。在本设计中，通过I2C接口将显示数据发送到OLED显示屏。

（五）Wi-Fi通信程序设计

Wi-Fi通信程序负责将数据上传至手机APP。在本设计中，通过USART接口与ESP8266 Wi-Fi模块进行通信，按照特定的通信协议将数据发送到手机APP。

（六）按键控制程序设计

按键控制程序负责检测按键状态，并根据按键状态实现相应的功能，如手动控制模式切换、阈值设置等。在本设计中，通过GPIO引脚检测按键状态。

（七）控制模式程序设计

控制模式程序包括自动控制模式和手动控制模式。自动控制模式根据设定的阈值自动调节设备的运行状态；手动控制模式通过手机APP或板子上的按键主动控制设备的运行状态。

（八）报警控制程序设计

报警控制程序负责当任意参数超限时，控制蜂鸣器发出报警信号。在本设计中，通过GPIO引脚控制蜂鸣器的状态。

（一）测试环境搭建

为了验证系统的性能和功能，搭建了测试环境。测试环境包括STM32开发板、传感器模块、OLED显示屏、Wi-Fi模块、控制设备、按键模块、蜂鸣器模块、电源模块以及测试工具等。

（二）功能测试

功能测试主要验证系统是否能够实现环境监测、数据显示、Wi-Fi通信、控制模式和报警等功能。测试步骤如下：

环境监测测试：使用标准传感器对系统进行校准，然后测量不同环境下的光照强度、空气温湿度和土壤湿度，比较OLED显示屏显示的数据与实际数据，验证系统的监测精度。 数据显示测试：观察OLED显示屏是否能够正确显示监测到的数据。 Wi-Fi通信测试：通过手机APP查看是否能够正确接收系统上传的数据。 控制模式测试：分别测试自动控制模式和手动控制模式，验证系统是否能够根据设定的阈值自动调节设备或通过手机APP或按键主动控制设备。 报警测试：设置参数超限，观察蜂鸣器是否能够发出报警信号。（三）性能测试

性能测试主要验证系统的稳定性、实时性和功耗等性能。测试步骤如下：

稳定性测试：长时间运行系统，观察系统是否能够稳定运行，是否出现数据丢失、设备故障等问题。 实时性测试：测量系统从采集数据到显示数据和上传数据的时间延迟，验证系统的实时性。 功耗测试：使用功率计测量系统的功耗，观察系统的功耗是否在可接受范围内。（四）测试结果分析

经过测试，系统能够实现环境监测、数据显示、Wi-Fi通信、控制模式和报警等功能，并且具有较高的精度、稳定性和较低的功耗。具体测试结果如下：

功能测试：系统能够正确监测光照强度、空气温湿度和土壤湿度，OLED显示屏能够正确显示监测到的数据，Wi-Fi模块能够正确上传数据至手机APP，自动控制模式和手动控制模式能够正常工作，当参数超限时，蜂鸣器能够发出报警信号。 性能测试：系统长时间运行稳定，未出现数据丢失、设备故障等问题。系统的实时性较好，数据延迟在可接受范围内。系统的功耗较低，能够在可接受范围内运行较长时间。（一）技术支持

为了确保用户能够顺利使用本系统，提供以下技术支持：

使用说明：编写详细的使用说明书，介绍系统的功能、操作方法、注意事项等。 故障排查指南：编写故障排查指南，帮助用户快速定位和解决系统可能出现的故障。 在线支持：提供在线支持服务，如通过邮件、论坛等方式解答用户的问题。（二）改进方向

尽管本系统已经实现了基本的功能和性能要求，但仍存在一些可以改进的地方。未来可以从以下几个方面进行改进：

增加传感器种类：可以增加更多的传感器，如二氧化碳传感器、土壤酸碱度传感器等，以更全面地监测大棚内的环境参数。 优化控制算法：可以优化控制算法，提高系统的控制精度和稳定性。 增加数据存储功能：可以增加数据存储功能，将监测到的数据存储到SD卡或云端服务器中，方便用户后续查看和分析。 优化用户体验：可以优化手机APP的界面设计和操作流程，提高用户的操作便捷性和使用体验。（一）研究结论

本研究设计并实现了一种基于STM32的智能农业大棚监测系统，该系统能够实时监测大棚内的光照强度、空气温湿度和土壤湿度，并将监测数据显示在OLED屏幕上，同时通过Wi-Fi模块上传至手机APP。系统具备自动控制模式和手动控制模式，当任意参数超限时，蜂鸣器会发出报警信号。通过系统测试，验证了系统具有较高的精度、稳定性和较低的功耗，能够满足智能农业大棚的监测需求。

（二）展望

随着农业现代化的不断推进，智能农业大棚监测系统具有广阔的应用前景。未来，智能农业大棚监测系统将朝着更加智能化、精准化、网络化的方向发展。本研究的基于STM32的智能农业大棚监测系统为智能农业大棚的发展提供了一种有效的解决方案，具有一定的参考价值和应用前景。

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