【STM32项目开源】基于STM32的智慧农业大棚系统
目录
一、设计背景和意义
1.1设计背景
随着我国人口结构变化和农村劳动力持续减少,传统农业的粗放式管理模式已难以满足现代农业对“高产、高效、绿色、智能”的发展目标。国家在“十四五”规划和乡村振兴战略中,明确提出要加快智慧农业建设,推动信息技术、自动化设备与农业深度融合,实现农业生产从“经验型”向“数据驱动型”的根本转变。在这一背景下,设施农业——特别是蔬菜水果大棚种植,因其具备相对封闭、易于管理、高产高效的特性,成为推动农业智能化发展的重要突破口。
然而,当前大量大棚管理仍依赖人工经验调节温湿度、水分和光照,存在反应滞后、调控精度低、资源浪费严重的问题。例如,过度浇水会造成根系腐烂与肥力流失,光照不足无法及时补光将影响果蔬品质,而空气温度、湿度及CO₂浓度变化若不能及时处理,则易引发病虫害、作物早衰等问题。这些问题不仅影响了作物生长周期和产量,也制约了农业智能化水平的提升。
1.2设计意义
因此,设计一套集成多种传感器、具备自动控制能力、支持远程交互的智能农业环境调控系统,成为解决上述问题的有效途径。通过对空气温湿度、土壤湿度与温度、光照强度及CO2浓度的实时监测,并依据预设阈值自动调节风扇、水泵与补光灯工作状态,能够显著提升大棚环境调控的精准性与时效性。同时,借助ESP8266 WiFi模块接入“机智云”等物联网平台,使用户可通过APP远程查看数据、控制设备、查询历史信息,实现管理“去人工化”和决策“数据化”。
本课题研究意义不仅体现在应用层面,还具有较强的综合工程实践价值与学术研究价值。课题融合了嵌入式系统开发、传感器数据采集与融合、自动控制理论、物联网通信、云平台接口调用等多个专业方向,能够有效锻炼学生在项目规划、软硬件设计、系统集成与调试等方面的综合能力。此外,该系统设计具有良好的扩展性与可移植性,未来可推广至果园、苗圃、智能盆栽等多种应用场景,具有广泛的推广前景。
二、实物效果展示
2.1实物图片

2.2实物演示视频
【开源】基于STM32的智慧农业大棚系统
三、硬件功能简介
3.1项目功能详解
- 传感器检测:检测温湿度、土壤湿度、二氧化碳、光照强度、土壤温度等数据
- 数据显示:0.96OLED屏幕显示全部的传感器数据以及传感器的阈值等数据。
- 执行机构:控制通风扇通风、水泵灌溉、补光灯补光等。
- 接入云平台:系统通过ESP8266 WIFI联网后,接入机智云平台。
- App远程监控:通过App远程监控全部传感器数据;App远程控制所有执行机构。
- 阈值数据设定:系统通过按键设定阈值,也可以通过手机App远程设定。
- 模式切换:可以通过按键或者手机App实现自动/手动模式的切换。
- 手动模式:通过手机App或小程序控制风扇、水泵、补光灯等。
- 自动模式:当环境温度或湿度超过阈值,自动开启风扇进行降温或者除湿;当土壤湿度低于阈值或者温度高于阈值,会自动打开水泵灌溉降温;当光照强度低于阈值,自动开启补光灯进行补光;当二氧化碳高于阈值,自动开启风扇通风;
3.2元器件清单
- STM32F103C8T6主控
- 0.96OLED 显示屏幕
- ESP8266-WiFi
- DHT11温湿度
- 光敏电阻光照检测
- 土壤湿度检测
- DS18B20土壤温度检测
- JW01二氧化碳传感器
- LED补光灯
- 继电器+水泵
- 继电器+风扇
- 蜂鸣器声光报警
- 步进电机(施肥)
- 按键
四、主框图与软件流程图
主框图

流程图

五、硬件PCB展示


六、软件程序设计
#include "stm32f10x.h" // Device header #include "iwdg.h" #include "adcx.h" #include "ldr.h" #include "oled.h" #include "dht11.h" #include "led.h" #include "key.h" #include "tim2.h" #include "tim3.h" #include "usart3.h" #include "usart.h" #include "yl_69.h" #include "motor.h" #include "sensormodules.h" #include "gizwits_product.h" #include "flash.h" #define KEY_1 1 #define KEY_2 2 #define KEY_3 3 #define KEY_4 4 #define FLASH_START_ADDR 0x0801f000 //写入的起始地址 SensorModules sensorData; //声明传感器数据结构体变量 SensorThresholdValue Sensorthreshold; //声明传感器阈值结构体变量 uint8_t menu = 1; //显示菜单变量 uint8_t OLED_Clear_Flag; //阈值设置界面的清屏标志位 uint8_t mode = 0; //系统模式 enum { display_page1 = 1, display_page2, settingsPage }MenuPages; /** * @brief 显示菜单1的固定内容 * @param 无 * @retval 无 */ void OLED_Menu1(void) { //显示系统名 OLED_ShowChinese(1, 1, 0); OLED_ShowChinese(1, 2, 1); OLED_ShowChinese(1, 3, 2); OLED_ShowChinese(1, 4, 3); OLED_ShowChinese(1, 5, 4); OLED_ShowChinese(1, 6, 5); OLED_ShowChinese(1, 7, 6); OLED_ShowChinese(1, 8, 7); //显示“系统模式:” OLED_ShowChinese(2, 1, 6); OLED_ShowChinese(2, 2, 7); OLED_ShowChinese(2, 3, 19); OLED_ShowChinese(2, 4, 20); OLED_ShowChar(2, 9, ':'); //显示”光照强度: Lux“ OLED_ShowChinese(3, 1, 15); OLED_ShowChinese(3, 2, 16); OLED_ShowChinese(3, 3, 28); OLED_ShowChinese(3, 4, 29); OLED_ShowChar(3, 9, ':'); OLED_ShowString(3, 14, "Lux"); //显示“二氧化碳: ” OLED_ShowChinese(4, 1, 24); OLED_ShowChinese(4, 2, 25); OLED_ShowChinese(4, 3, 26); OLED_ShowChinese(4, 4, 27); OLED_ShowChar(4, 9, ':'); OLED_ShowString(4, 14, "ppm"); } /** * @brief 显示菜单2的固定内容 * @param 无 * @retval 无 */ void OLED_Menu2(void) { //显示“环境温度: C” OLED_ShowChinese(1, 1, 13); OLED_ShowChinese(1, 2, 14); OLED_ShowChinese(1, 3, 8); OLED_ShowChinese(1, 4, 9); OLED_ShowChar(1, 9, ':'); OLED_ShowChar(1, 12, 'C'); //显示“环境湿度: %” OLED_ShowChinese(2, 1, 13); OLED_ShowChinese(2, 2, 14); OLED_ShowChinese(2, 3, 10); OLED_ShowChinese(2, 4, 9); OLED_ShowChar(2, 9, ':'); OLED_ShowChar(2, 12, '%'); //显示“土壤温度: C” OLED_ShowChinese(3, 1, 11); OLED_ShowChinese(3, 2, 12); OLED_ShowChinese(3, 3, 8); OLED_ShowChinese(3, 4, 9); OLED_ShowChar(3, 9, ':'); OLED_ShowChar(3, 12, 'C'); //显示“土壤湿度: %” OLED_ShowChinese(4, 1, 11); OLED_ShowChinese(4, 2, 12); OLED_ShowChinese(4, 3, 10); OLED_ShowChinese(4, 4, 9); OLED_ShowChar(4, 9, ':'); OLED_ShowChar(4, 12, '%'); } /** * @brief 显示菜单1的传感器数据 * @param 无 * @retval 无 */ void SensorDataDisplay1(void) { //显示系统状态数据 if (!mode) { OLED_ShowChinese(2, 6, 21); OLED_ShowChinese(2, 7, 22); } else { OLED_ShowChinese(2, 6, 23); OLED_ShowChinese(2, 7, 22); } //显示光照强度数据 OLED_ShowNum(3, 10, sensorData.lux, 4); //显示CO2浓度数据 OLED_ShowNum(4, 10, sensorData.CO2, 4); } /** * @brief 显示菜单2的传感器数据 * @param 无 * @retval 无 */ void SensorDataDisplay2(void) { //显示环境温度数据 OLED_ShowNum(1, 10, sensorData.temp, 2); //显示环境湿度数据 OLED_ShowNum(2, 10, sensorData.humi, 2); //显示土壤温度数据 OLED_ShowNum(3, 10, sensorData.soilTemp, 2); //显示土壤湿度数据 OLED_ShowNum(4, 10, sensorData.soilHumi, 2); } /** * @brief 显示阈值设置界面1的固定内容 * @param 无 * @retval 无 */ void OLED_settingsPage1(void) { //显示“环境温度:” OLED_ShowChinese(1, 2, 13); OLED_ShowChinese(1, 3, 14); OLED_ShowChinese(1, 4, 8); OLED_ShowChinese(1, 5, 9); OLED_ShowChar(1, 11, ':'); //显示“环境湿度:” OLED_ShowChinese(2, 2, 13); OLED_ShowChinese(2, 3, 14); OLED_ShowChinese(2, 4, 10); OLED_ShowChinese(2, 5, 9); OLED_ShowChar(2, 11, ':'); //显示“土壤温度:” OLED_ShowChinese(3, 2, 11); OLED_ShowChinese(3, 3, 12); OLED_ShowChinese(3, 4, 8); OLED_ShowChinese(3, 5, 9); OLED_ShowChar(3, 11, ':'); //显示“土壤湿度:” OLED_ShowChinese(4, 2, 11); OLED_ShowChinese(4, 3, 12); OLED_ShowChinese(4, 4, 10); OLED_ShowChinese(4, 5, 9); OLED_ShowChar(4, 11, ':'); } /** * @brief 显示阈值设置界面2的固定内容 * @param 无 * @retval 无 */ void OLED_settingsPage2(void) { //显示”光照强度:“ OLED_ShowChinese(1, 2, 15); OLED_ShowChinese(1, 3, 16); OLED_ShowChinese(1, 4, 28); OLED_ShowChinese(1, 5, 29); OLED_ShowChar(1, 11, ':'); //显示“二氧化碳:” OLED_ShowChinese(2, 2, 24); OLED_ShowChinese(2, 3, 25); OLED_ShowChinese(2, 4, 26); OLED_ShowChinese(2, 5, 27); OLED_ShowChar(2, 11, ':'); } /** * @brief 显示阈值界面1的传感器数据 * @param 无 * @retval 无 */ void settingsThresholdDisplay1(void) { //显示环境温度阈值数据 OLED_ShowNum(1, 13, Sensorthreshold.tempValue, 2); //显示环境湿度阈值数据 OLED_ShowNum(2, 13, Sensorthreshold.humiValue, 2); //显示土壤温度阈值数据 OLED_ShowNum(3, 13, Sensorthreshold.soilTempValue, 2); //显示土壤湿度阈值数据 OLED_ShowNum(4, 13, Sensorthreshold.soilHumiValue, 2); } /** * @brief 显示阈值界面2的传感器数据 * @param 无 * @retval 无 */ void settingsThresholdDisplay2(void) { //显示光照强度阈值数据 OLED_ShowNum(1, 13, Sensorthreshold.luxValue, 4); //显示CO2浓度阈值数据 OLED_ShowNum(2, 13, Sensorthreshold.CO2Value, 4); } /** * @brief 显示阈值界面的选择符号 * @param num 为显示的位置 * @retval 无 */ void OLED_Option(uint8_t num) { switch(num) { case 1: OLED_ShowChar(1,1,'>'); OLED_ShowChar(2,1,' '); OLED_ShowChar(3,1,' '); OLED_ShowChar(4,1,' '); break; case 2: OLED_ShowChar(1,1,' '); OLED_ShowChar(2,1,'>'); OLED_ShowChar(3,1,' '); OLED_ShowChar(4,1,' '); break; case 3: OLED_ShowChar(1,1,' '); OLED_ShowChar(2,1,' '); OLED_ShowChar(3,1,'>'); OLED_ShowChar(4,1,' '); break; case 4: OLED_ShowChar(1,1,' '); OLED_ShowChar(2,1,' '); OLED_ShowChar(3,1,' '); OLED_ShowChar(4,1,'>'); break; case 5: OLED_ShowChar(1,1,'>'); OLED_ShowChar(2,1,' '); OLED_ShowChar(3,1,' '); OLED_ShowChar(4,1,' '); break; case 6: OLED_ShowChar(1,1,' '); OLED_ShowChar(2,1,'>'); OLED_ShowChar(3,1,' '); OLED_ShowChar(4,1,' '); break; default: break; } } /** * @brief 根据标志位控制步进电机的运行 * @param 无 * @retval 无 */ void MotorOperation(void) { if (motorFlag == 1) { MOTOR_Direction_Angle(1, 0, 90, 1); MOTOR_STOP(); motorFlag = 0; } else if (motorFlag == 2) { MOTOR_Direction_Angle(0, 0, 90, 1); MOTOR_STOP(); motorFlag = 0; } } /** * @brief 记录阈值界面下按KEY1的次数 * @param 无 * @retval 返回次数 */ uint8_t SetSelection(void) { static uint8_t count = 1; if(KeyNum == KEY_1) { KeyNum = 0; count++; if (count == 5) { OLED_Clear(); } else if (count > 6) { OLED_Clear(); count = 1; } } return count; } /** * @brief 对阈值界面的传感器阈值进行修改 * @param num 为当前用户需要更改的传感器阈值位置 * @retval 无 */ void ThresholdModification(uint8_t num) { switch (num) { case 1: if (KeyNum == 3) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.tempValue++; if (Sensorthreshold.tempValue > 99) { Sensorthreshold.tempValue = 1; } } else if (KeyNum == 4) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.tempValue--; if (Sensorthreshold.tempValue < 1) { Sensorthreshold.tempValue = 99; } } break; case 2: if (KeyNum == 3) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.humiValue++; if (Sensorthreshold.humiValue > 99) { Sensorthreshold.humiValue = 1; } } else if (KeyNum == 4) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.humiValue--; if (Sensorthreshold.humiValue < 1) { Sensorthreshold.humiValue = 99; } } break; case 3: if (KeyNum == 3) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.soilTempValue++; if (Sensorthreshold.soilTempValue > 99) { Sensorthreshold.soilTempValue = 1; } } else if (KeyNum == 4) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.soilTempValue--; if (Sensorthreshold.soilTempValue < 1) { Sensorthreshold.soilTempValue = 99; } } break; case 4: if (KeyNum == 3) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.soilHumiValue++; if (Sensorthreshold.soilHumiValue > 99) { Sensorthreshold.soilHumiValue = 1; } } else if (KeyNum == 4) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.soilHumiValue--; if (Sensorthreshold.soilHumiValue < 1) { Sensorthreshold.soilHumiValue = 99; } } break; case 5: if (KeyNum == 3) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.luxValue += 10; if (Sensorthreshold.luxValue > 2000) { Sensorthreshold.luxValue = 0; } } else if (KeyNum == 4) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.luxValue -= 10; if (Sensorthreshold.luxValue > 2000) { Sensorthreshold.luxValue = 2000; } } break; case 6: if (KeyNum == 3) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.CO2Value += 10; if (Sensorthreshold.CO2Value > 2000) { Sensorthreshold.CO2Value = 0; } } else if (KeyNum == 4) { KeyNum = 0; Sensorthreshold.CO2Value -= 10; if (Sensorthreshold.CO2Value > 2000) { Sensorthreshold.CO2Value = 2000; } } break; default: break; } } /** * @brief 获取二氧化碳数据 * @param *data 为数据传参 * @retval 无 */ void CO2GetData(uint16_t *data) { if (Usart3_RxFlag == 1) { Usart3_RxFlag = 0; *data = Usart3_RxPacket[1] * 256 + Usart3_RxPacket[2]; } } /** * @brief 传感器数据扫描 * @param 无 * @retval 无 */ void SensorScan(void) { DHT11_Read_Data(&sensorData.humi, &sensorData.temp); YL69_PercentageData(&sensorData.soilHumi); LDR_LuxData(&sensorData.lux); CO2GetData(&sensorData.CO2); DS18B20_Read_Temp(&sensorData.soilTemp); } int main(void) { ADCX_Init(); Timer2_Init(9,14398); Uart2_Init(9600); Uart1_Init(115200); Uart3_Init(); IWDG_Init(); //初始化看门狗 LDR_Init(); YL69_Init(); OLED_Init(); DHT11_Init(); LED_Init(); Buzzer_Init(); Relay_Init(); MOTOR_Init(); Key_Init(); Sensorthreshold.CO2Value = FLASH_R(FLASH_START_ADDR); //从指定页的地址读FLASH Sensorthreshold.luxValue = FLASH_R(FLASH_START_ADDR+2); //从指定页的地址读FLASH Sensorthreshold.tempValue = FLASH_R(FLASH_START_ADDR+4); //从指定页的地址读FLASH Sensorthreshold.humiValue = FLASH_R(FLASH_START_ADDR+6); //从指定页的地址读FLASH Sensorthreshold.soilTempValue = FLASH_R(FLASH_START_ADDR+8); //从指定页的地址读FLASH Sensorthreshold.soilHumiValue = FLASH_R(FLASH_START_ADDR+10); //从指定页的地址读FLASH GENERAL_TIM_Init(); userInit(); //完成机智云初始赋值 gizwitsInit(); //开辟一个环形缓冲区 while (1) { IWDG_ReloadCounter(); //重新加载计数值 喂狗 SensorScan(); //获取传感器数据 switch (menu) { case display_page1: SensorDataDisplay1(); //显示传感器1数据 OLED_Menu1(); //显示主页面1固定信息 if (KeyNum == KEY_2) //是否按下按键2 { KeyNum = 0; OLED_Clear(); //清屏 menu = display_page2; //menu = 主页面2 } MotorOperation(); break; case display_page2: SensorDataDisplay2(); //显示传感器2数据 OLED_Menu2(); //显示主页面2固定信息 if (KeyNum == KEY_2) //是否按下按键2 { KeyNum = 0; OLED_Clear(); //清屏 menu = display_page1; //menu = 主页面1 } MotorOperation(); break; case settingsPage: //从主页面跳转至设置页面时进行一次清屏 if (OLED_Clear_Flag) { OLED_Clear_Flag = 0; //清除清屏标志位 OLED_Clear(); //清屏 } ThresholdModification(SetSelection()); //调节传感器阈值 OLED_Option(SetSelection()); //获取按键次数,从而判断“>”显示位置 //按键次数小于等于4时,显示设置页面1 if (SetSelection() <= 4) { settingsThresholdDisplay1(); //显示传感器阈值1数据 OLED_settingsPage1(); //显示阈值设置界面1固定信息 } else //否则显示设置页面2 { settingsThresholdDisplay2(); //显示传感器阈值2数据 OLED_settingsPage2(); //显示阈值设置界面2固定信息 } if (KeyNum == KEY_2) //判断用户是否按下退出按键 { KeyNum = 0; OLED_Clear(); //清屏 menu = display_page1; //回到主页面1 //存储修改的传感器阈值至flash内 FLASH_W(FLASH_START_ADDR, Sensorthreshold.CO2Value, Sensorthreshold.luxValue, Sensorthreshold.tempValue, Sensorthreshold.humiValue, Sensorthreshold.soilTempValue, Sensorthreshold.soilHumiValue); } break; default: break; } userHandle(); //更新机智云数据点变量存储的值 gizwitsHandle((dataPoint_t *)¤tDataPoint); //数据上传至机智云 } } 七、项目资料包内容
