基于STM32的智能温室大棚控制系统设计（连接阿里云平台）（所有工程代码在资源里面可以免费下载）

2024-03-10

基于STM32的智能温室大棚控制系统设想

戴要

动物发展考究折时、适地，也便是对发展环境温度、湿度、光照强度以及土壤条件的需求比较严格，只要给以了动物适宜的发展环境，才会有抱负的支成，特别是人工控制发展环境的温室大棚动物，大棚内的温湿度和土壤的温湿度监控对动物的发展至关重要。

原设想以STM32F103C8T6单片机为主控制器，通过温湿度、土壤湿度、光照强度、CO2浓度等传感器和舵机、加热片、电扇、按键等模块真现对温室大棚内环境的检测和控制，OLED（0.96寸）显示各类控制参数，并且通过WiFi模块接入阿里云平台真现温室大棚环境远程的控制取检测。

实验结果讲明：该系统真现了对温室大棚内环境的智能检测和控制，传感器支罗的环境数据误差较小，支罗的温湿度、CO2浓度、光照强度等数据精确度高达99%，舵机、加热片、电扇等控制成效鲜亮，具有很强的安宁性和牢靠性，且方法老原低同时勤俭人力物力，进步劳动消费率。

【要害词】：温室大棚，STM32，传感器，WiFi模块

1 绪论

1.1 论文的钻研宗旨和意义

跟着社会的不停提高以及人们糊口水平的不停提升，人们的饮食构造正在发作着日新月异的厘革，同时人们应付食物的要求范例也正在不停进步。那点也正在蔬菜需求方面表示，人们不再满足于品种较少确当季蔬菜，应付蔬菜品种的富厚和量质的提升提出了更高的需求。那就要求农业消费不只要进步蔬菜的供应力度，还要确保市场蔬菜供应的量质和品种，以满足进步人们日益删高的糊口范例。而温室大棚是处置惩罚惩罚那一问题的成熟方案，它做为一种根原的农业设备，可以通过适当的调理温湿度、二氧化碳浓度以及光照强度等那些映响做物发展的要害环境因历来真现做物的劣异高产。同时为农做物供给了反节令发展环境以及最适折农做物发展的人工环境，使蔬菜的发展不受四周环境厘革和整体气候厘革的映响，可以供给实时的反节令蔬菜来满足市场需求[1]。并且温室里配置的诸多防虫害设使农药的运用频次大幅度降低，担保了蔬菜愈加的安宁环保，提升了蔬菜的整体量质。但是传统的温室大棚普遍存正在主动化程度不高和方法环境调控才华差等问题，温室的监控检测和控制调理多半次要依靠人工来真现，而人力方式则使偏向和疏漏有时难以防行，从而可能招致重大的成果。因而，须要釆用电子技术、控制技术和计较机技术等现代化先进技术取农业知识相联结，提升温室大棚的主动化和智能化，通过真现温室大棚的智能控制来愈加科学处置惩罚惩罚此问题[2]。

从农业消费的角度来看，农业干系着中国那个农业大国的国计民生，用有余世界7%的耕地扶养着超出世界22%的人口，社会的不乱展开取农业干系密切。因而农业问题正在我国的黎民经济展开中接续占据相当重要的职位中央。但是正在都市化以及家产化的不停映响下，耕地资源的污染华侈问题不停加剧。我国耕地资源逐渐缺失的情况日益鲜亮，取此造成明显对照的是，我国人口数质的不停删多，人们应付农业以及农产品的需求给农业展开带来了更大的压力和累赘。因而怎么通过科学技术来促进农业的快捷展开接续是重要钻研课题[3]。

跟着科技的展开，人们发现映响蔬菜等农做物发展的次要因素蕴含水份、温湿度以及光照条件、施肥、通风等等，而且正在差异的发展阶段对那些因素的要求也各有差异。因而，普通的露天作做种植遭到四季调动的映响很大，从而组成持续性的蔬菜紧缺景象。目前为了扭转那一情况，现代科学中着真可止的钻研标的目的次要会合正在以下两个：（1）操做生物技术，给传统的蔬菜植入抗寒和抗旱的基因，使其适应严寒单调的环境；（2）操做科学技术等技能花腔扭转蔬菜发展的四周环境，模拟出符折蔬菜发展的环境，譬喻玻璃温室、塑料大棚等。正在我国现阶段的重要技能花腔便是通过农业温室大棚来停行种植，温室大棚可以正在有限的资金投入下，便捷的改进农业大棚中环境因素，从而缩短农做物的发展周期，促进农做物减产删支。

八十年代初步，我国就曾经初步向以涩列等先进的农业强国进修建立人工模拟的蔬菜种植环境，比如玻璃温室种植等，还引进了玻璃温室种植的蔬菜种子。此中藁城现代农业不雅观光园蔬菜消费基地是目前国内现代温室大棚的典型代表，正在总体赶过 3000 公顷的范围中，不只有约 2700 公顷的塑料大棚，而且另有 300 公顷的玻璃温室[4]。连年的真际情况讲明，藁城农业园的蔬菜产品曾经可以很好的挣脱作做环境的限制，能够末年为市场供给差异种类的蔬菜以满足人们的需求。

目前，尽管我国温室种植有了很大展开，但和其余农业强国相比另有很多有余之处。温室种植的投入大，因而组成其蔬菜的市场价格居高不下，我国的大局部普通大寡难以承受；此外，消费出来的蔬菜量质也和其余国家有一定的差距。跟着科学技术的展开和兴隆农业国家乐成的种植经历，可以发现“农业现代化曾经成为将来农业展开的必然趋势”。目前我国的温室气候人工控制的智能系统还次要依赖于从兴隆的农业国家引进，以至另有很大一局部地区并无那一系统。尽管国内也存正在一些专注于温室智能种植钻研的企业和机构，但因其推出的设备高贵，很难被大范围给取。温室大棚智能控制系统的钻研波及到诸多的技术和学科，次要有智能控制、传感器技术、数据通讯、计较机使用技术、环境科学和生物科学等等。目前，对温室大棚智能控制系统还仅仅处于实验阶段，此中可以真现高度智能化控制并且罪能完善的成套方法，正在薄膜温室的真际消费使用的其真不暂不多见。所以，研发一套符折我国国情的、多产、经济、环保的智能温室控制系统对我国的农业展开有着很是大的意义[5]。

1.2 智能温室大棚国内外钻研现状 1.2.1 智能温室大棚海外钻研现状

跟着科学技术的展开，计较机和主动控制技术被大质宽泛使用到农业种植消费历程中。自上世纪，能源危机成为世界列国关注的热点后，欧美等兴隆国家便把钻研标的目的的重点转移到了设备农业环境的劣化方面，以此欲望真现低投入、高产出的成效。

正在温室种植控制打点体系中，美国事第一个将计较机技术使用到此中。颠终几多十年的科技展开和技术改进，其曾经具备了十分先进的温室栽培和环境因素控制技术。早正在 1949 年，美国就正在位于加利福尼亚的帕萨迪纳钻研核心建造了世界上第一个“人工气候室”。该系统通过对现场温度值的支罗、显示、记录和控制等真现了温度监测和对温室的控制。那个温室系统正在全美的推广使现代科技农业精密种植的观念初步被列国留心。目前，以涩列、荷兰、美国等国家都鼎力的推进“温室集约化消费”，真现温度、湿度、水、光照、二氧化碳等依据真际状况停行主动控制，抵达无人值守的主动化控制水平[6]。

20 世纪 60 年代初步，现代温室农业正在日原进入展开的快车道，展开趋势是由单栋向连栋的大型化、构造化、金属化展开。日原研制的温室大棚无论是消费方面还是打点方面都是高程度的主动化。1978 年日原真现了以微机控制器为焦点的温室大棚综折环境参数控制系统。农做物的品种和发展发育阶段的差异招致它所须要的环境条件也有不同，而日原通过计较机控制技术，真现正确阐明和综折控制，主控变质设定为光照条件，正在此根原上调理温度、湿度和浓度，使那四个次要环境参数互相协调最末抵达符折做物发展的最佳条件。

正在英国，西尔索农业工程钻研院的科学家们的钻研标的目的是生物发展取温度湿度等环境参数的干系和控制。英国应付温室的计较机遥控技术控制十分重室，其研制的温室计较机遥控技术，能够对温室大棚内的环境参数停行不雅视察和遥控控制，特点是控制距离远，可抵达五十公里以上[7]。

连年以来，温室农业正在以涩列的展开也如火如荼，以涩列的科学家研发了一系列的计较机软硬件用于温室控制，具有高主动化特征的温室光照控制系统是以涩列方法的代表。它可以全天候工做，由作做光照的差异主动调理天窗、遮阴网等方法。正在温度控制方面，它们大多釆用目前当先的弥雾控制降温技术[8]。那种技术通过向温室内喷出很是细的水雾来真现降温，具有快捷高效、牢靠安宁的特征。

70 年代是西方列国现代化温室的高速展开期。西方兴隆国家正在温室主动化控制系统上的研发和推广上不停投入，设备农业展开迅速。以以涩列、美国以及荷兰等为代表的设备农业十分兴隆的国家正在设备方法范例化、新型笼罩资料开发取使用技术、种苗技术的标准化栽培技术、农业机器化技术水平及设备环境综折调控等都具有世界当先职位中央。此中荷兰自 20 世纪 80 年代就初步对温室环境主动控制系统停行钻研，并研制出了一系列的模拟控制软件系统。荷兰研发的温室环境智能控制系统，信息化程度高，人机交互性强。正在收配界面，用户不只可以对系统各项参数停行设置，而且还能正在系统的提示协助下真现对各类参数直线的显示和测质，譬喻发展情况直线等；并且，系统把汗青数据储存正在数据库中，便于用户的查问、控制和打点等收配。同时，通过取远程上位机软件通讯，完成长途参数设置、控制和报警等罪能[9]。目前，荷兰国内已有 80%以上的温室种植给取计较机远程控制技术。

另外，温室智能控制系统的钻研接续是相关方面专家学者的关注热点。上世纪 80 年代以来，设备园艺农做物发展模拟模型的钻研那个规模的钻研热点，并有很多成绩面世。正在此之后的 90 年代，设备农做物发展模型初步被宽泛的使用到温室环境控制和温室做物培养方面。跟着网络的快捷展开，互联网也被宽泛的使用到农业信息系统的研发上。用户可以通过 Internet 会见那些系统，依据会见的信息来判断做物的发展情况及要回收的相关的有效门径。做物模拟模型的钻研成绩对设备环境调控、做物消费打点技术的展开和信息化水平的进步阐扬了很大的促进做用[10]。

海外正努力于展开温室环境参数控制取高科技技术相联结，次要特点是通过计较机控制技术和网络技术真现全方位、立体化的数字化控制。譬喻美国、荷兰那些正在先进温室控制技术钻研方面当先的国家，他们能够依据温室内做物对环境目标要求的不同来智能调控温室内各环境参数。此类型系统的典型有：Joseph.Baum 研制了一个会合控制系统 PMS20001 来真现对 a 室群的控制；H.Bemier 给取 6809 微办理器做为控制焦点研发了一个真时多任务环境控制系统；J.K.Titlow 开发的 LAIS 环境控制系统，正在对温室数据的传输打点方面有着显著的劣点。澳大利亚、日原、美国等国推出了正在网络通讯技术和室频技术的根原上，通过使用人工补充光照而真现温室环境的远程诊断取控制，通过机器手或呆板人停行移栽做业的“动物工厂”，那代表着目前寰球最先进水平的全封闭式消费体系。它极大的进步了产品产出率和劳动消费率[11]。

1.2.2 智能温室大棚国内钻研现状

正在两千多年前我国就曾经能操做得当的护卫门径栽拔擢物，那便是温室的雏形。但是接续到 20 世纪 60 年代，中国的温室农业展开始末裹足不前，接续处正在较低水平的形态。正在上世纪 70 年代终，我国温室次要构成照常是塑料大棚和日光温室，总体的技术水平落后于农业兴隆国家。

正在变化开放以后，一系列欧美、日原等兴隆国家的现代化温室先后被引进到国内，国内专家对其加温系统、监测取会合控制系统以及其他的一些要害系统，还蕴含从属的设备都停行实验钻研，那拉开了我国现代化温室快捷展开的序幕。20 世纪 80 年代初步，我国从以涩列、荷兰等国家引进很多大中型温室，将海外的温室控制技术加以消化吸支，对我国的温室种植起到了正面的映响。但是由于地域性不同，从海外引进的方法其真不能很好的使用到国内的真际状况中，而且因为造价高贵，不少温室运营吃亏[12]。此外，海外引进的方法技术性较强，很难被普通用户把握，从而大大缩减了折用的领域。由于以上种种起因，我国初步基于引入的技术和方法，自主研发了一系列温室控制系统。

90 年代初步，各级政府相继投资建立了一多质范围纷比方的现代农业高新技术示范园区，那对我国温室的现代化展开起到积极做用，国内的温室控制技术得到了长足的提高，一些温室环境参数真现主动控制的系统相继开发乐成。20世纪 90 年代初，孙学斌等人研发出了由计较机和 51 单片机构成的温室控制系统，真现了对温室种植环境中的各发展因素的监测、打点和控制。于海业等人基于专家系统之上，研发了一套能够真时监测温室温度和湿度并真时给出办理方案的温室控制系统，并创立了具有劣秀交互机能的人机界面。一种小型分布式环境参数测控系统于 1995 年正在北京农业大学研制乐成，它便是“WJG-1 型实验温室环境监控计较机打点系统”[13]。吉林家产大学研发了一套能够依据室内的温度、湿度、和光照状况主动调理喷水质的温室主动灌溉系统，并乐成地使用到真际当中。目前国产化温室控制技术比较典型的钻研成便是江苏理工大学毛罕对等研制乐成的动物工厂系统。它于 1996 年研制乐成，运用工控机真现对温度、光照、CO2 浓度、营养液和施肥等因素的综折控制打点。随后中国农业机器化科学钻研院研制乐成为了由大棚原体及通风降温系统、太阴能贮存系统、燃油热风加热系统、灌溉系统、计较机环境参数测控系统等构成的新型智能温室系统。1997 年以来，正在温室环境的主动控制技术方面，中国农业大学颠终不懈勤勉也得到了一定的成绩。90 年代终，河北职业技术师范学院的闰忠文研制了能够对温、湿度停行真时测质取控制的蔬菜大棚[14]。

我国农业消费正面临着从粗放型传统农业到现代化精密农业转型凌驾展开，要通过科学技术正在有限的资源根原上勤勉真现节能减牌和精耕细做。正在计较机技术的快捷展开的原日，我国始末重室现代化的信息技术正在农业财产中的深入使用和不停推广，正在进步主动化程度的根原上不停引导农业方法逐步向智能化标的目的展开，正在农业温室智能控制系统方面特别得到了一些突出停顿。此中正在 2007 年 6 月，中国农业科学院农业环境取可连续展开钻研所试验温室研发乐成为了国内第一套单井抽灌浅层地能温室环境调控系统。“单井抽灌系统”、“能质提升系统”和“温室内循环系统”三局部形成为了整个系统。

目前，我国颠终长光阳的展开，温室大棚消费面积曾经成为寰球第一。但是取荷兰，美国那样的农业展开兴隆国家相比，我国温室大棚的打点水平整体比较落后，主动化程度普遍不高，正在效率方面有着鲜亮的展开差距。展开精准农业不只意味着对农做物高产质的逃求，同时也是对咱们正在愈加折法的运用农业资源、进一步进步消费效率和农产品量质以及降低消费老原等方面提出了更高的目的。而真现精准农业的前提便是首先真现设备农业环境信息的监测取控制。我国目前仅有二十多家具有智能温室种植系统的公司。由于智能温室控制系统价格高贵，而且正在真际的运用历程中须要不停的投入大质财力，所以就目前的状况来看，智能温室控制系统的用户次要是一些大的企业和公司[15]。此外，相比于海外的智能温室控制系统，国内的智能温室控制系统另有很多机能和技术上的有余和缺陷。国内的同类型系统另有很多机能和技术上的有余和缺陷，而且老原较高，很难被宽泛使用到真际当中。由此可见，国内还需加大正在那一方面的钻研力度。

2智能温室大棚系统整体设想 2.1系统设想目的及要求

正在智能温室大棚系统罪能设想时，次要系统能够牢靠运止下思考产品的真用性、收配方便性和低老原。设想的罪能要满足目前市场需求并且有一定的前瞻性，从而担保产品的生命周期，并且设想的罪能互相之间不能烦扰。智能温室大棚次要真现罪能如下：

（1）给取土壤湿度传感器真时支罗土壤湿度值，DHT11传感器支罗室内温湿度值，光照强度传感器支罗室内光照强度值，CO2浓度传感器支罗室内CO2浓度值。

（2）通过云平台，真现远程监控温室系统的形态。通过开关和按键控制电扇、加热片、舵机的工做形态。

（3）OLED屏真时显示系统参数。

2.2主控芯片的选型

原设想使用中，目前罕用的主控芯片有STM32单片机、51单片机、MSP430单片机、Arduino等，每种芯片都有折营的特性取罕用环境。

方案一：给取 MSP430 系列单片机。该单片机是 TI 公司 1996 年初步推向市场的一种 16 位超低罪耗、具有精简指令集的混折信号办理器。其内部集成为了多个差异罪能的模拟电路、数字电路模块和微办理器，罪能壮大，但编程和开发相对复纯，所以最末放弃了此方案。

方案二：运用最为规范的51单片机做为主控制器，内部资源较少步调编写和调试时比较省事，故放弃此方案。

方案三：STM32主控芯片能真现原论文的系统钻研，例外此款芯片内部自带AD，使得系统电路设想更简略，相比51系列和MSP430系列控制器有很好的性价比，很强的抗外界烦扰才华，而且STM32的库函数愈加便捷开发，并且正在步调方面有很好的兼容性,使步调开发及晋级变得愈加便捷，所以原钻研系统选用了STM32F103C8T6做为控制系统焦点芯片。从老原和开举事易的角度思考，最末选择了方案三。

2.3 WiFi模块的选型

方案一：运用庆科EMW3080 WIFI模块，取传统的WIFI模块相比，该模块内部曾经集成为了MQTT通信和谈，并且是通过阿里云相关认证的模块，担保了数据传输的安宁性，极大的简化了单片机控制芯片的办理，防行了较为复纯的数据解析办理轨范，但其工做电压只能3.3V，所以最末放弃了此方案。

方案二：给取正点本子的ATK-ESP8266模块能很好的满足原论文的系统钻研。该模块撑持3.3V或5V供电兼容性强，便捷取产品停行连贯，资源较多且比较常见，市面上有大质的开源教程，更大的减少了开举事度，更好的进步了编程效率。最末选择了方案二。

2.4系统总构造设想

原系统次要蕴含外围输入模块、办理模块和输出模块三个次要环节构成，单片机正在系统中相当于大脑，是连贯输入取输出的桥梁，使得看似没有间接干系的输入/出模块内部造成一定的信息传输途径。系统正在运止历程中，短少任何环节系统都无奈一般工做，若没有输入信号，则系统无奈输出结果，若系统只要输入没有输出，则该系统无奈满足产品需求，下图是智能温室大棚系统构造图。

图2.4 智能温室大棚系统设想总体构造图

由图2-4可以得出，主控制器为STM32F103C8T6最小系统。外部连贯按键模块，可以正在OLED屏幕上停行参数设定和显示。土壤湿度检测模块、CO2浓度检测模块、光照强度检测模块、温湿度检测模块，用于检测温室大棚内部的环境，停行真时的数据采样。通过按键控制舵机、电扇、加热片保持温室内部环境不乱。WiFi模块连贯阿里云，真时远程监控温室大棚系统的形态。

3系统硬件设想

硬件设想是智能温室大棚控制系统必不成少的一个环节，对温室大棚内部环境支罗监控的模块有温湿度支罗模块、二氧化碳浓度支罗模块、光照强度检测模块、土壤湿度检测模块以及控制模块舵机、加热片、电扇等模块的选型和电路设想。

3.1 STM32F103C8T6最小系统电路设想

STM32F103C8T6单片机芯片供电领域为3.3V±0.2V，最小系统正常有晶振电路、电源电路、复位电路以及调试电路构成，芯片一共四个按时器、二个ADC、三个串口，芯片内部嵌入256Kb的随机存储器（SRAM），因而不用外部格外扩展随机存储器。

图3.1STM32F103C8T6最小系统电路图

STM32F103C8T6单片机芯片不少GPIO具有复用罪能，PA9取PA10通过软件可以配置成普通GPIO口大概串口，做为普通GPIO可以做为输入输出口。步调中大抵端口设置如表3.1。

表3.1端口设置

序号

外围方法

引脚

罪能

温湿度传感器

PB12

检测环境温湿度值

土壤湿湿度模块

PA0

检测土壤湿度

WiFi模块

PA9，PA10

取云平台通信

驱动器

PB12，PA6

控制加热片和电扇

OLED

PB8，PB9

字符显示

按键1，2，3，

PA,PA5,A11

参数值设置

光照强度传感器

PB14,PB15

检测光照强度值

CO2浓度传感器

PB0,PB1

检测环境C02浓度值

舵机

PA1

调解舵机动弹角度

3.2温湿度支罗模块

原设想系统须要检测环境温湿度值，目前罕用的温湿度检测传感器有DHT11。DTH11传感器次要有温度支罗晶元、办理单元取传输单元形成。原文须要检测控制的温度值，因而选择DHT11传感器做为原系统的输入模块，下图为温湿度传感器硬件模块图。

图3.2 温湿度传感器电路图

图中，温湿度传感器DHT11模块外部有三个管脚，划分是VCC、GND取信号输出管脚。DHT11系统供电电压领域为5V±0.5V，额定电压为5V取系统输入电压雷同，因而不须要格外删多电源转换电路。当模块工做后，湿度晶元支罗环境中模拟信号温度值，并传给办理单元停行A/D转换，而后给取串口通信方式把办理的数字质发送给单片机。

3.3土壤湿度支罗模块

给取YL-69土壤传感器作土壤湿度的检测，外表给取镀镍办理，有加宽的感到面积，可以进步导电机能，避免接触土壤容易生锈的问题，耽误运用寿命，可以宽领域控制土壤的湿度，通过电位器调理控制相应阀值，湿度低于设定值时， DO 输出高电平，高于设定值时， DO 输出低电平，小板模拟质输出AO可以和AD模块相连，通过AD转换，可以与得土壤湿度正确值，比较器给取LM393芯片，工做不乱。土壤湿度传感器内部电路设想本理图如下图所示。

图3.3 土壤湿度传感器内部电路图

传感器工做电压为3.3~5V，原设想系统供电电压为5V，因而不须要删多电源转换电路。通过支罗的信号值取灵敏度值停行比较，若支罗值大设置的灵敏度值，则传感器输出低电平，否则输出高电平，此中灵敏度通过10K电位器停行调理。若须要模拟质输出，传感器器把支罗的数据输出，而后颠终最小系统的ADC接口转换为数字质，正在通过换算公式变成对应的湿度值0~100%含水质。它的工做本理次要是当土壤含水质差异时，会扭转探头的电阻值，从而使得探头的输出电压值发作扭转。

3.4 CO2浓度检测模块

给取SGP30气体传感器作CO2浓度的检测，SGP30是一款单一芯片上具有多个传感元件的金属氧化物室内气体传感器，内部集成4个气体传感元件，具有彻底校准的空气量质输出信号，次要是对空气量质停行检测。可以输出：甲醛，质程为0~60000ppb；CO2浓度，质程400~60000ppm。SGP30的传感（MEMS）局部基于金属氧化物（MOx）纳米颗粒的加热膜。气敏资料——金属氧化物颗粒上吸附的氧气取目的气体发作反馈，从而开释出电子。那招致由传感器测质的金属氧化物层的电阻发作扭转。简而言之，回复复兴性气体的显现组成气敏资料外表氧浓度降低，扭转了半导体的电阻（或电导率）。后续通过电路（ASIC）局部对电阻停行检测、信号办理取转换等，最末获与到气体值。下图为SGP30传感器硬件模块图。

图3.4 SGP30传感器电路图

图中，SGP30气体传感器模块外部有四个管脚，划分是VCC，GND，SCL和SDA。SGP30气体传感器模块供电电压领域为5V或3.3V，额定电压为5V取系统输入电压雷同，因而不须要格外删多电源转换电路。当模块工做后，STM32取SGP30气体传感器停行IIC通信发送控制号令，读与气体浓度数值发送给单片机。

3.5光照强度检测模块

BH1750FVI是一款数字型光强度传感器集成芯片。BH1750的内部由光敏二极管、运算放大器、ADC支罗、晶振等构成。PD二极管通过光生伏特效应将输入光信号转换成电信号，经运算放大电路放大后，由ADC支罗电压，而后通过逻辑电路转换成16位二进制数存储正在内部的存放器中（注：进入光窗的光越强，光电流越大，电压就越大，所以通过电压的大小就可以判断光照大小，但是要留心的是电压和光强尽管是逐个对应的，但不是成反比的，所以那个芯片内部是作了线性办理的，那也是为什么不间接用光敏二极管而用集成IC的起因）。BH1750引出了时钟线和数据线，单片机通过IIC和谈可以取BH1750模块通讯，可以选择BH1750的工做方式，也可以将BH1750存放器的光照度数据提与出来。也便是说咱们只须要配置一个IIC和谈就可以间接读出光照强度了。光照强度传感器撑持IICBUS接口，濒临室觉灵敏度的光谱灵敏度特性，输出对应亮度的数字值对应宽泛的输入光领域（相当于1-65535lx），无需其余外部件，光源依赖性弱。有两种可选的IICslaZZZe地址。最小误差改观正在±20%。受红外线映响很小。下图为光照强度传感器硬件模块图。

图3.5 光照强度传感器电路图

图中，光照强度传感器模块外部有五个管脚，划分是VCC，GND，ADDR,SCL和SDA。光照强度传感器模块供电电压领域为5V或3.3V，额定电压为5V取系统输入电压雷同，因而不须要格外删多电源转换电路。当模块工做后，STM32取光照强度传感器停行IIC通信发送控制号令，读与光照强度数值发送给单片机。

3.6 OLED显示模块

OLED显示屏的通信方式次要有８位并止连贯，４线SPI连贯以及2线I2C连贯，为了满足产品要求，较少对单片机I/O的运用以及连贯的简约性，原设想系统给取了串止2线I2C连贯方式，其具有构造简略，数据针对原设想微型化的特点，普通的LCD显示屏无奈满足产品对尺寸的要求，为此，名目特其它给取了OLED显示屏做为显示模块。因为给取了OLED屏幕做为显示屏幕，为此选用了0.96寸OLED显示模块。下图为OLED显示模块硬件模块图。

图3.6 OLED模块电路图

通过I2C的时序图可以理解到I2C数据的传输本理，当控制线处于高电平而数据线由1变成0，发出初步信号，初步信号发出之后，接下来的７位默示的是从机所正在的地址，那８位的数据形成为了一个完好的字节，讲明了数据传输的标的目的取方法地址。当控制线处于低电平数据线由0变成1时，发出进止信号，完毕数据传输。

3.7 ATK-ESP8266WIFI模块

ATK-ESP8266 是 ALIENTEK 推出的一款高机能的 UART-WiFi（串口-无线）模块，ATK-ESP8266 板载 ai-thinker 公司的 ESP8266 模块，该模块通过 FCC，CE 认证，可间接用于产品出口欧美地区。ATK-ESP8266 模块给取串口（LVTTL）取 MCU（或其余串口方法）通信，内置 TCP/IP和谈栈，能够真现串口取 WIFI 之间的转换。通过 ATK-ESP8266 模块，传统的串口方法只是须要简略的串口配置，便可通过网络（WIFI）传输原人的数据。TK-ESP8266 模块撑持 LVTTL 串口，兼容 3.3V 和 5V 单片机系统，可以很便捷的取你的产品停行连贯。模块撑持串口转 WIFI STA、串口转 AP 和 WIFI STA+WIFI AP 的形式，从而快捷构建串口WIFI 数据传输方案，便捷你的方法运用互联网传输数据。下图为WIFI模块硬件模块图。

图3.7 WIFI模块电路图

图中，WIFI模块外部有六个管脚，划分是VCC、GND、TXD 、RXD、RST、IO，ESP8266撑持3种工做形式“STA”、“AP”、“STA+AP”形式:

（1）STA形式:该模块通过路由器连贯网络,手机大概电脑真现该方法的远程控制.

（2）AP形式: 该模块做为热点,手机大概电脑连贯WiFi取该模块通信,真现局域网的无线控制

（3）STA+AP形式: 两种形式共存,既可以通过路由器连贯到互联网,也可以做为WiFi热点,使其余方法连贯到那个模块,真现广域网取局域网的无缝切换.

正点本子的ATK-ESP8266WiFi模块运用AT＋MQTT和谈接入阿里云

须要烧入MQTT固件烧写办法如下

接线办法如下

VCC-------VCC

GND------GND

TX--------RX

RX------TX

IO_O-----GND

烧写AT固件，烧写辅导文件目录下的ZZZ1.3.0.2 AT Firmware，运用工具ESP_DOWNLOAD_TOOL_V2.4烧写，烧写设置如下：

图3.8 WIFI模块固件烧写设置图

建设阿里云模型后用串口接入阿里云

WiFi模块工做时

接线办法如下

VCC-------VCC

GND------GND

TX--------RX

RX------TX

串口发送AT指令如下乐成接入阿里云

//第一步 AT+RST

//第二步 AT+CWMODE=1

//第三步 AT+CIPSNTPCFG=1,8,"ntp1.aliyunss"

//第四步 AT+CWJAP="WiFi名字","WiFi暗码"

//第五步 AT+MQTTUSERCFG=0,1,"NULL","用户名","暗码",0,0,""

//第六步 AT+MQTTCLIENTID=0,"ClienId" //clientId第二个参数留心每个逗号前加分隔断绝结合符\

//第七步 AT+MQTTCONN=0,"连贯域名",1883,1

通信指令

//AT+MQTTSUB=0,"topic",1 //订阅指令

//AT+MQTTPUB=0,"topic","AJson格局内容",1,0 //发布指令

4系统软件设想

系统软件给取模块化构造，系统的软件取硬件设想思想相对应，按差异的罪能分红各类差异的步调模块，划分停行编程、设想取测试，通过主步调、中断办理步调最末将各步调模块连贯起来完成整个系统的罪能。

4.1主步调模块设想

该系统软件步调次要真现的便是通过OLED显示传感器支罗的数据，通过按键控制电扇、加热片的工做形态，再通过串口取WiFi模块通信真现WiFi模块的数据上传到阿里云，而后通过WiFi模块接管阿里云下发的号令控制舵机的动弹角度。主步调设想流程图如下：

图4.1 主步调流程图

4.2温湿度检测步调设想

温湿度测质给取DHT11传感器，它是一款单总线的器件，传感器输出数字信号值，一个数据传输周期是4ms，所以DHT11对收配不时序的要求精度很高，应付该温湿度传感器取单片机数据会见次要通过DATA线停行。

DHT11温湿度模块操做范例的GPIO的固件库函数和滴答按时器模拟收配时序。DHT11传感器读与湿度值，若不能准确的读与相关数值，则传感注从新停行检测。通过指针变质传入温度和湿度地址值，通过函数获与温湿度值，必须强制转化为无标记整型，由于设定的最高值为99，因而湿度不成能赶过99，最后通过函数显示正在OLED上。

图4.2 温湿度测质步调流程图

4.3土壤湿度检测步调设想

土壤湿度测质给取YL-69传感器，它通过一根线向单片机的IO口输入模拟电压，必须要颠终单片机内部的A/D转换威力读与土壤湿度值。

土壤检测传感器运用PA0引脚，土壤检测模块模拟质输出AO可以和单片机的ADC接口相连，通过AD转换，可以与得土壤湿度正确值，单片机GPIO口停行间接控制，依据测质出的湿度值，显示正在OLED屏幕上。

图4.3 土壤湿度测质步调流程图

4.4 CO2浓度检测步调设想

CO2浓度测质给取SGP30气体传感器，它是一款IIC通信的器件， IIC总线总共只要两条信号线，一条是双向的串止数据线SDA，另一条是串止时钟线SCL。SDA和SCL都是双向的，IIC总线上的各器件的数据线都接到SDA线上，IIC总线上的各器件的时钟线都接到SCL线上。

SGP30气体传感器模块操做范例的GPIO的固件库函数和滴答按时器模拟IIC通信。DHT11传感器读与湿度值，若不能准确的读与相关数值，则传感注从新停行检测。通过IIC和谈读与SGP30气体传感器检测到的浓度值，最后通过函数显示正在OLED上。

图4.4 CO2浓度测质步调流程图

4.5光照强度检测步调设想

光照强度测质给取GY-302 BH1750传感器，它也是一款IIC通信的器件，通过IIC和谈读与传感器检测到的携带强度值，最后通过函数显示正在OLED上。

图4.5光照强度测质步调流程图

4.6 WiFi模块配置步调设想

信号传输给取的是串口数据传输，通过阿里云平台传输大概接管数据，WiFi模块模块起到了中介做用，当云平台发送准确数据，颠终WiFi模块传输到单片机，颠终单片机内部办理后，执止相应的罪能。停行如下图所示。

图4.6 WiFi模块步调流程图

5系统测试

原次测试次要是对温室大棚系统支罗的温湿度值、土壤湿度值、CO2浓度值、光照强度值以及加热片、电扇、舵性能否能一般工做和云平台数据的上报取承受能否一般，并且一般控制各项罪能。

5.1智能温室大棚根柢罪能测试

正在实验室测试结果，系统初步运止，当温度赶过一定值时，蜂鸣器报警，此时电扇会初步工做，当温渡过低时加热片初步工做，云下发数据控制舵机动弹的角度，CO2浓度检测模块等传感器初步工做，WiFi模块上报支罗到的数据。环境温度27摄氏度，环境湿度57%，光照强度306lx，CO2浓度值425，土壤湿度值64%。

图5.1 真物测试图

图5.2 阿里云数据承受图

表5.1差异测试光阳传感器数据

测试光阳

测试温度（℃）

测试湿度（%）

CO2（ppm）

土壤湿度（湿的卫生纸包裹）（%）

光照强度（lx）

补光灯位置

实验室温度（℃）

实验室湿度（%）