基于STM32的温室环境监测系统的设计.docx

摘要

环境因子是影响温室作物生长一大主要因素，一款优良的温室环境监测系统无疑是温室生产一大助力。电子和计算机的发展促使温室环境监测系统趋向智能化发展，物联网和计算机技术逐渐被运用于其中。但我国的温室环境监测系统相较于国外还存在着许多不足。针对这一情况，本文设计了一种适合我国温室环境的基于STM32的温室环境监测系统。本文主要研究内容如下：

首先，提出系统总体方案设计，本系统利用Wi-Fi模块连接上位机和下位机，构成局域网进行数据传输。下位机由STM32主控模块、传感器信息采集模块、Wi-Fi通信模块构成，上位机由PC端充当，通过ONENET云平台进行示数及历史曲线显示。

其次，分别对系统软硬件进行研究设计。本系统选择STM32F103C8T6作为微处理器，以DHT11和BH1750为传感器，ESP8266作为通信模块。系统软件设计包括传感器信息采集、ESP8266在MQTT协议下实现ONENET和STM32通信进行数据传输、ONENET云平台设备应用及应用页面的建立及设置。

经测试验证，整个系统有效地实现了环境因子采集，数据传输和数据显示的任务，是一个低成本、低功耗并且具有可靠性能的温室环境监测系统。

关键词：环境监测；STM32；MQTT；云平台

目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2国内外现状 1

1.2.1国外现状 1

1.2.2国内现状 2

第二章总体方案设计 4

2.1系统功能需求分析 4

2.1.1环境因子选择 4

2.1.2监测方式 4

2.1.3设计原则 4

2.2系统总体方案设计 5

2.2.1系统整体框架 5

2.2.2各模块作用 6

第三章系统硬件设计 7

3.1硬件总体设计 7

3.2主控模块 7

3.2.1STM32F103C8T6微处理器 7

3.2.2主控模块电路 9

3.3信息采集模块 12

3.3.1光照强度传感器 12

3.3.2温湿度传感器 14

3.4通信模块 16

3.4.1现有主要无线通信技术介绍与比较 16

3.4.2ESP8266Wi-Fi模块 17

第四章系统软件设计 19

4.1主控模块程序 19

4.2信息采集模块程序 19

4.2.1BH1750光照强度传感器程序 19

4.2.2DHT11温湿度传感器程序 21

4.3通信模块软件设计 23

4.3.1ESP8266Wi-Fi模块程序 23

4.3.2MQTT协议 25

4.3.3ONENET云平台 27

4.3.4通信模块程序流程图 29

4.4上位机显示设置 29

第五章系统测试 31

5.1数据测量 31

5.1.1硬件实体测试 31

5.1.2设备数据显示 32

5.2结果分析 33

第六章结论 34

参考文献 35

致谢 36

绪论

研究背景和意义

据统计，至2018年末，我国各类设施农业面积已达5000多万亩，其中，使用年限10年以上的大棚、日光温室、连栋温室等设施农业总面积达到2800多万亩，居世界第一。2020年颁布的《农业农村部关于加快推进设施种植机械化发展的意见》也明确表示，我国温室种植设施总面积将在2025年稳定在200万公顷以上。作为尽可能排除外部自然环境干扰的温室大棚，其内部需要人为的控制湿度，温度和光照等环境因子，为作物提供最优环境，以确保作物的生长质量，使得季节对作物的生长不再有过多的限制，在一定程度上改变了过去农民“看天吃饭”的普遍现象。而实践中，不断变化的外部环境会对温室内部环境因子造成影响，导致内部环境不断的或多或少的变化，进而加大温室内部环境控制的难度。因此，温室环境的监控是温室经济中非常重要的一环。

在过去，人们大多依靠经验进行判断，但我国地理特征复杂多样，四季气候环境变化较大，靠经验较难做出准确判断，即传统的人工控制方式很难达到科学温室种植的要求，并且会造成人力资源的浪费，增加成本的同时也不利于统一管理和温室环境数据分析。过去传统的温室监测方式已经不能满足如今高效、高产、安全的现代化需求。如今，科技的不断发展促使温室逐渐智能化，计算机网络等一系列技术被引入到温室环境监测中，可以实时、准确的采集温室中温度、湿度以及光照强度等参数，为植物提供最适宜的生长环境，从而提升生产效率，增加农民收入，达到高质高产的目的。然而高科技智能化的温室环境监测系统也意味着相对较高的投入成本和