[75]-231基于小熊派的智慧农业大棚环境监测系统(微信小程序).pdf资源-CSDN文库

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一、前言
1.1 项目介绍
【1】项目背景
【2】设计实现的功能
【3】项目硬件模块组成
1.2 设计思路
【1】整体设计思路
【2】ESP8266工作模式配置
1.3 项目开发背景
【1】选题的意义
【2】可行性分析
【3】参考文献
【4】摘要
【5】项目背景
1.4 开发工具的选择
【1】设备端开发
【2】上位机开发
1.5 系统功能总结
1.6 系统框架图
1.7 系统原理图
1.8 硬件实物图
二、硬件选型
三、腾讯云平台与微信小程序设计
3.1 登录云平台
【1】选择物联网平台
【2】进入产品控制台
【3】点击试用
【4】进入主页面
3.2 产品开发
【1】进入产品页
【2】新建产品
【3】填写产品信息
【4】产品创建完成
3.3 设备开发
【1】进入设备配置页
【2】配置物模型
（1）环境温度
（2）环境温度
（3）环境湿度
（4）环境光照强度
（5）补光灯开关
（9）添加完成
【3】设备开发-主题列表
【4】交互开发-配置小程序
（1）产品展示页
（2）快捷入口配置
（3）编辑面板
（4）产品页面
【5】设备调试-新建设备
3.4 设备登录
【1】MQTT协议
【2】获取MQTT登录参数
【3】MQTT主题订阅与发布
【4】物联网平台端口号与IP
【5】模拟设备登录
【6】腾讯连连微信小程序
四、STM32设备端代码设计
4.1 硬件连线
4.2 通信协议

ESP8266联网：系统内置ESP8266 Wi-Fi模块，具备互联网接入能力，能够将采集到的环境温湿度、光照

强度等数据通过安全稳定的无线网络传输。

MQTT协议上传：利用MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）协议，设备将监测数据高

效、可靠地发送至腾讯云IoT物联网平台。MQTT协议的轻量级特性和发布/订阅模式非常适合资源有限的嵌

入式设备与云端进行低功耗、低带宽的数据交互。

（4）用户界面与交互

微信小程序：为用户提供便捷的移动操作界面，小程序实时显示由设备上传的环境温度、湿度、光照强度等

监测数据。用户可在小程序中直接查看实时数据趋势，了解大棚内环境状况。

远程控制：通过微信小程序，用户能够远程控制大棚设备，包括开关抽水电机进行灌溉操作，以及开启或关

闭补光灯，实现对大棚环境条件的远程精准调控。

（5）本地数据显示与操作

LCD显示屏：系统配备1.3英寸、分辨率240x240的SPI接口LCD显示屏，用于在设备端本地实时展示温湿

度、光照强度等监测数值，无需依赖外部设备即可直观了解当前大棚环境状态。

模式切换与手动控制：设备支持自动模式与手动模式切换。在自动模式下，系统根据光照和湿度条件自动调

整补光灯和灌溉电机的工作状态。切换至手动模式后，用户可通过本地LCD显示屏或微信小程序手动控制补

光灯的开关和灌溉电机的启停，赋予用户在必要时进行个性化干预的能力。

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【3】项目硬件模块组成

（1）主控模块

STM32L431（小熊派IOT开发板）：作为系统的主控芯片，负责整个系统的协调与管理工作。其高性能、低

功耗特性适合作为智慧农业大棚环境监测系统的中央处理器，处理数据采集、控制指令执行、网络通信、人

机交互等任务。

（2）温湿度监测模块

SHT30温湿度传感器：通过I²C接口与主控板连接，实时采集大棚内部的温度和湿度数据，具有高精度、快

速响应的特点，为环境调节和灌溉决策提供准确依据。

（3）光照强度监测模块

BH1750光照传感器：同样通过I²C接口连接到主控板，用于测量大棚内部的光照强度（勒克斯）。传感器输

出的数据经主控芯片处理后，可用于判断是否需要开启补光灯以及分析光照变化趋势。

（4）灌溉控制模块

5V直流小电机：作为抽水灌溉设备的动力源，通过电机驱动电路与主控板连接，接收主控芯片发出的控制信

号，实现灌溉系统的启动与停止。

继电器或电机驱动芯片：用于隔离主控电路与电机电路，确保主控板的安全，并根据主控芯片的指令控制电

机的通断电，实现灌溉动作。

（5）补光灯控制模块

白色LED灯：作为补光光源，通过恒流驱动电路与主控板相连，为主控芯片提供控制接口，实现补光灯亮度

的调节与开关控制。

LED驱动器：用于提供稳定的电流驱动LED灯工作，确保光照强度稳定且保护LED免受过电压、过电流损害，

同时接受主控芯片的控制信号，实现补光灯的自动或手动开关。

（6）无线通信模块

ESP8266 Wi-Fi模块：集成于系统中，提供Wi-Fi连接能力，使设备能够接入互联网。通过UART接口与主

控芯片通信，实现MQTT协议的数据上报与命令接收。

（7）显示模块

1.3英寸 SPI接口 LCD显示屏：具有240x240分辨率，与主控板通过SPI总线连接，用于实时显示大棚内

的环境温度、湿度、光照强度等监测数据，便于现场人员直观了解环境状态。

（8）模式切换与手动控制模块

按键：用于在本地设备上切换自动模式与手动模式，以及在手动模式下直接控制补光灯和灌溉电机。按键或

触摸屏信号通过GPIO接口与主控板连接。

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1.2 设计思路

【1】整体设计思路

项目的整体设计思路如下：

需求分析与功能定义

（1）明确项目目标：基于小熊派IOT开发板，设计一款智慧农业大棚环境监测系统，实现环境温湿度、光照强度

的实时监测、抽水电机灌溉控制、远程数据上传、微信小程序展示与控制、本地LCD显示以及补光灯控制等功

能。

（2）细化功能需求：梳理各功能的具体要求，如环境参数的精度范围、数据更新频率、灌溉控制策略、远程通

信稳定性、小程序界面布局与交互设计、LCD显示内容与刷新速率、补光灯控制逻辑等。

硬件选型与模块设计

（1）主控芯片选择：确定采用STM32L431作为主控芯片，以其高性能、低功耗、丰富的外设接口满足系统核心

处理与控制需求。

（2）传感器选型：根据功能需求，选用SHT30温湿度传感器和BH1750光照强度传感器，确保环境参数监测的准

确性与实时性。

（4）通信模块选择：集成ESP8266 Wi-Fi模块，实现设备与腾讯云IoT平台的稳定通信。

（5）人机交互设计：选用1.3寸SPI接口的LCD显示屏，用于本地数据显示；规划微信小程序界面布局与交互流

程，确保用户能便捷地查看数据、控制设备。

软件设计与开发

（1）底层驱动开发：编写各硬件模块（传感器、执行器、通信模块、LCD显示屏）的底层驱动程序，确保主控芯

片能正确识别并操作这些硬件。

（2）数据采集与处理：设计数据采集逻辑，定时读取温湿度、光照强度传感器数据，进行必要的数据校验、滤

波与处理。

（3）灌溉与补光控制算法：根据环境参数与预设规则，设计灌溉启动条件、灌溉时长计算、补光灯开关策略等

控制算法。

（4）MQTT通信协议实现：在主控程序中嵌入MQTT客户端库，实现与腾讯云IoT平台的连接、订阅、发布等操

作，确保数据实时、稳定上传。

系统集成与测试

（1）硬件组装与调试：将各硬件模块进行电源、通信、控制信号的连通性与功能测试。

（2）软件集成：将底层驱动、数据采集处理、控制算法、MQTT通信、小程序等软件组件整合到统一的系统中，

确保各部分协同工作。

（3）系统功能测试：进行全面的功能验证测试，包括环境参数监测准确性、灌溉控制响应、远程数据上传接

收、小程序界面显示与控制功能、LCD显示效果、补光灯控制等。

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