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引言
环境准备
- 硬件准备
- 软件准备
智能农业监控系统架构
- 控制系统架构
- 功能描述
代码实现：智能农业监控系统
- 4.1 温湿度传感器模块
- 4.2 土壤湿度传感器模块
- 4.3 光照强度传感器模块
- 4.4 数据处理与显示模块
- 4.5 无线数据传输模块
应用场景与优化
问题解决方案与优化
总结与展望

1. 引言

随着现代农业的发展，精准农业已成为提升农业生产力和效率的重要途径。智能农业监控系统利用传感器、数据采集、无线通信等技术，可以实时监测和优化农业环境，帮助农民根据实际情况进行决策。本文基于STM32微控制器设计了一种智能农业监控系统，能够监测农业环境中的温湿度、土壤湿度和光照强度，并通过无线通信将数据上传至云平台，便于远程管理和分析。

2. 环境准备

硬件准备

开发板：STM32F103C8T6
传感器：
- DHT22温湿度传感器：用于监测环境的温度和湿度。
- 土壤湿度传感器：用于监测土壤中的水分含量。
- 光照强度传感器（如BH1750）：用于监测光照强度。
无线通信模块：ESP8266 Wi-Fi模块，用于将数据上传到远程服务器。
显示屏：OLED显示屏，用于本地显示实时环境数据。

软件准备

集成开发环境（IDE）：STM32CubeIDE
编程语言：C语言
库与中间件：STM32 HAL库、FreeRTOS（可选）
无线通信协议：MQTT协议（用于数据传输）

3. 智能农业监控系统架构

控制系统架构

智能农业监控系统的整体架构如下：

环境监测模块：包括温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照传感器，用于实时监测农业环境的变化。
数据处理模块：将传感器采集的数据进行处理，并计算出关键指标（如环境湿度、温度、土壤湿度等）。
数据显示与报警模块：通过OLED显示屏显示当前环境数据，并在异常情况下触发报警。
无线通信模块：通过ESP8266模块将数据上传至云端服务器，实现远程监控和分析。
数据分析与远程控制：服务器端可以对数据进行分析，并通过Web应用或移动端进行远程控制和数据查看。

功能描述

环境监测：实时监测温度、湿度、土壤水分和光照强度等环境因素，帮助农民获取准确的农业环境数据。
数据展示与报警：在本地显示环境数据，并提供异常报警功能，例如土壤湿度过低时发出提醒。
远程数据传输：通过Wi-Fi模块将数据上传至云端，便于远程访问和管理。
远程控制：通过云平台实现远程控制，例如开关灌溉系统、调节温室大棚的温度等。

4. 代码实现：智能农业监控系统

4.1 温湿度传感器模块

首先，我们需要读取DHT22传感器的温湿度数据，并将其显示到OLED屏幕上。

代码实现

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "dht22.h"// DHT22传感器引脚定义
#define DHT22_PIN GPIO_PIN_6
#define DHT22_PORT GPIOBvoid DHT22_Init(void) {// 初始化DHT22传感器的GPIOGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin = DHT22_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(DHT22_PORT, &GPIO_InitStruct);
}void DHT22_Read(void) {float temperature, humidity;if (DHT22_Get_Data(&temperature, &humidity) == DHT22_OK) {printf("Temperature: %.2f C, Humidity: %.2f %%\n", temperature, humidity);}
}

4.2 土壤湿度传感器模块

通过模拟输入读取土壤湿度传感器的模拟信号，并转换为实际的湿度值。

代码实现

#include "stm32f1xx_hal.h"#define SOIL_MOISTURE_PIN GPIO_PIN_1
#define SOIL_MOISTURE_PORT GPIOAvoid Soil_Moisture_Init(void) {// 配置土壤湿度传感器的模拟输入引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin = SOIL_MOISTURE_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(SOIL_MOISTURE_PORT, &GPIO_InitStruct);
}uint32_t Soil_Moisture_Read(void) {uint32_t raw_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);  // 读取ADC值return raw_value;
}

4.3 光照强度传感器模块

使用BH1750传感器来读取当前的光照强度，转换为照度值。

代码实现

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "bh1750.h"void BH1750_Init(void) {BH1750_Init_I2C();
}void Light_Intensity_Read(void) {uint16_t light_level = BH1750_Read_Lux();printf("Light Intensity: %d lux\n", light_level);
}

4.4 数据处理与显示模块

将传感器读取的数据进行处理，并显示到OLED屏幕上。

代码实现

#include "oled.h"void Display_Environment(void) {char buffer[64];float temperature, humidity;DHT22_Read(&temperature, &humidity);sprintf(buffer, "Temp: %.2f C", temperature);OLED_ShowString(0, 0, buffer);sprintf(buffer, "Hum: %.2f %%", humidity);OLED_ShowString(0, 16, buffer);uint32_t soil_moisture = Soil_Moisture_Read();sprintf(buffer, "Soil: %d", soil_moisture);OLED_ShowString(0, 32, buffer);uint16_t light_level = BH1750_Read_Lux();sprintf(buffer, "Light: %d lux", light_level);OLED_ShowString(0, 48, buffer);
}

4.5 无线数据传输模块

使用ESP8266模块将数据上传到云端服务器，使用MQTT协议进行通信。

代码实现

#include "esp8266.h"// 初始化ESP8266模块
void ESP8266_Init(void) {ESP8266_Initialize();
}// 发送环境数据到服务器
void Send_Data_To_Server(void) {char data[256];float temperature, humidity;uint32_t soil_moisture;uint16_t light_level;DHT22_Read(&temperature, &humidity);soil_moisture = Soil_Moisture_Read();light_level = BH1750_Read_Lux();sprintf(data, "Temperature: %.2f, Humidity: %.2f, Soil: %d, Light: %d",temperature, humidity, soil_moisture, light_level);ESP8266_SendData(data);
}