[111]-209基于STM32和云平台的花卉养护系统设计(微信小程序).pdf

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一、前言

1.1 项目介绍

【1】项目功能介绍

随着现代科技与生活的深度融合，以及人们对生活质量要求的不断提升，智能化家居和智慧农业的需求日益增

长。在城市绿化、家庭园艺等领域中，如何实现精准化、自动化管理花卉养护成为一个重要课题。传统的人工监

测和手动调控方式费时费力且精确度有限，无法满足高效、科学养花的需求。

当前设计并开发了一款基于STM32微控制器为核心的智能花卉养护系统，并结合腾讯云IOT物联网平台和微信小

程序进行远程监控与控制。该系统能实时监测并调控花卉生长环境的各项关键参数，如土壤湿度、环境温度、湿

度、光照强度以及二氧化碳浓度等，实现了对花卉生长环境的精细化管理和自动调节功能。

例如，当土壤含水量低于预设阈值时，系统会自动启动补水机制；当环境光照不足时，补光灯将自动开启；同

时，通过微信小程序，用户可以随时随地查看当前花卉生长环境的各项数据，并根据需要远程控制设备，如设定

温湿度报警阀值、开关补光灯、控制浇水等操作。

该项目充分利用了先进的传感器技术、物联网技术和移动互联网技术，旨在打造一款便捷易用、功能全面的智能

花卉养护解决方案，以满足现代都市生活对于绿色植物养护智能化的需求，助力提高人们的生活品质与幸福感。

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【2】设计实现的功能

（1）实时环境监测：系统通过集成的BH1750光照强度传感器、DHT11温湿度传感器和土壤湿度检测传感器，实

时监测花卉生长环境中的光照强度、温度、湿度以及土壤含水量，并将这些数据在本地OLED屏幕上清晰显示。

（2）智能自动控制：

自动补水功能：当检测到土壤含水量低于预设阈值时，系统会通过STM32主控芯片驱动继电器控制5V抽水电

机工作，自动为植物补充水分。

补光灯智能开关：根据环境光照强度的变化，系统能够自动开启或关闭白色LED补光灯，确保植物在光照不

足的情况下也能得到足够的光源。

（3）远程监控与控制：整个设备通过ESP8266-WIFI模块连接腾讯云IOT物联网平台，采用MQTT协议上传实时

监测的各项环境数据至云端。用户可以通过微信小程序查看这些数据，并进行远程控制操作，如设置报警阀值、

手动控制补水、开关补光灯等。

（4）警报提醒功能：系统具备声音报警机制，当环境温度、湿度超出设定范围时，蜂鸣器将发出声音报警提示

用户，同时，用户也可通过微信小程序调整相关报警阀值。

（5）二氧化碳浓度监测：通过SGP30传感器实时监测花卉生长环境中的二氧化碳浓度，以便了解和优化植物的

光合作用条件。

花卉养护系统实现了从环境监测、智能控制到远程管理的一体化解决方案，有助于提升花卉养殖的科学性和智能

化水平。

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【3】项目硬件模块组成

（1）主控芯片模块：采用STM32F103RCT6微控制器作为系统的核心控制单元，负责处理传感器数据采集、电机

控制、WIFI通信以及与OLED屏幕的交互等任务。

（2）土壤湿度检测模块：采用ADC模拟量接口的土壤湿度传感器，实时监测并转换为电信号，以便STM32获取土

壤含水量信息。

（3）环境温湿度检测模块：使用DHT11数字温湿度传感器来测量花卉生长环境中的温度和湿度，并将数字信号

传输给STM32进行处理。

（4）光照强度检测模块：通过BH1750光照强度传感器精确测量环境光线强度，提供植物光合作用所需光照条件

的数据。

（5）OLED显示模块：采用0.96寸SPI协议的OLED显示屏，用于本地实时显示当前环境的各项参数，如温度、

湿度、土壤湿度、光照强度等。

（6）补光灯控制模块：利用白色LED灯作为补光光源，由STM32通过驱动电路实现对其开关状态的智能控制。

（7）浇水控制模块：采用继电器控制5V抽水电机，当土壤湿度低于预设阈值时，通过STM32控制继电器触发，

启动电机完成自动补水功能。

（8）蜂鸣器报警模块：集成蜂鸣器设备，在环境温度或湿度超出设定范围时发出声音报警，提醒用户及时调整

养殖环境。

（9）无线通信模块：搭载ESP8266-WIFI模块，实现设备与腾讯云IOT物联网平台的稳定连接，通过MQTT协议

上传及接收云端数据。

（10）二氧化碳浓度检测模块：利用SGP30传感器对环境中二氧化碳浓度进行实时监测，确保植物生长环境的空

气质量。

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1.2 设计思路

【1】整体设计思路

（1）需求分析与功能规划：

根据花卉养护的实际需求，明确系统需要实现的功能，如土壤湿度监测、环境温湿度监控、光照强度检测、二氧

化碳浓度检测以及远程控制和报警提醒等。同时，确定微信小程序端的用户交互界面和功能模块。

（2）硬件选型与设计：

根据功能需求，选择适合的传感器（土壤湿度传感器、DHT11温湿度传感器、BH1750光照强度传感器、SGP30

二氧化碳传感器）、执行器（LED补光灯、5V抽水电机及继电器、蜂鸣器）、显示屏（OLED屏幕）以及通信模块

（ESP8266-WIFI模块）。设计合理的电路连接方案，确保各硬件设备稳定工作且能与STM32主控芯片良好交

互。

（3）STM32微控制器编程：

初始化并配置各个传感器，采集实时环境数据。

设定阈值，根据传感器数据触发相应的动作，例如当土壤湿度低于阈值时启动电机浇水，或当光照不足时开

启补光灯。

实现与WIFI模块的通信协议，将采集的数据通过MQTT协议上传至腾讯云IOT物联网平台。

控制OLED屏幕显示当前环境参数，同时处理蜂鸣器报警逻辑。

（4）云平台对接与数据传输：

在腾讯云IOT平台上注册设备，并编写相关代码实现设备与云端的连接认证、数据上报与接收指令等功能。确保

STM32采集的数据能够实时上传到云平台，并能响应来自云平台的控制指令。

（5）微信小程序开发：

开发基于微信小程序的用户界面，展示从云端获取的实时环境数据，并提供手动控制功能，包括设定阈值、开关

补光灯、远程浇水等操作。

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【2】ESP8266工作模式配置

在整个设计里，STM32端的ESP8266配置成STA模式+TCP客户端模式，上电时连接家里的路由器WIF热点，连接

互联网，以TCP客户端模式（通过MQTT协议）去连接腾讯云联网服务器，实时上传当前的设备状态等各种参数信

息。用户在Android手机APP可以远程查看设备的状态信息。

ESP8266模块具有两种常用的工作模式，分别是STA模式和AP模式：

（1）STA模式（Station Mode）：在STA模式下，ESP8266可以连接到已存在的Wi-Fi网络作为一个客户端

设备。它可以扫描周围的Wi-Fi网络，并且根据提供的SSID和密码进行连接，获取IP地址后可以通过该网络与

其他设备进行通信。在STA模式下，ESP8266可以实现与互联网的连接，执行各种网络相关的操作。

（2）AP模式（Access Point Mode）：在AP模式下，ESP8266可以作为一个独立的Wi-Fi接入点（热点）运

行。它会创建一个自己的Wi-Fi网络，允许其他设备（如手机、电脑等）连接到这个热点上。在AP模式下，

ESP8266可以充当局域网内部的服务器，通过建立TCP/IP连接与其他设备进行通信，提供Web页面访问、数据

传输等服务。

通过STA模式，ESP8266可以连接到互联网上的其他设备或服务器，实现远程控制和数据交换；而通过AP模式，

ESP8266可以作为一个独立的接入点，让其他设备通过它进行连接和通信。

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1.3 项目开发背景

【1】选题的意义

选题的意义在于设计并实现一个基于STM32和云平台的智能花卉养护系统，该系统能够实时监测花卉生长环境的

关键参数，如土壤含水量、环境温湿度、光照强度以及二氧化碳浓度，并根据预设阀值自动或手动控制补水、补

光灯的开关，从而优化花卉生长条件。系统通过ESP8266-WIFI模块连接腾讯云IOT物联网平台，利用MQTT协

议实现数据的远程传输和监控，同时结合微信小程序，为用户提供便捷的远程操作和数据查看功能。这一选题不

仅具有实际应用价值，能够提高花卉养护的智能化和自动化水平，还涉及物联网、嵌入式系统开发等多个技术领

域，有助于推动相关技术的发展和应用。

下面是几个主要点的介绍：

（1）提升花卉养护效率与质量：基于STM32和云平台的智能花卉养护系统能够实时监测并精准控制植物生长环

境的各项参数，如土壤湿度、光照强度、温湿度以及二氧化碳浓度等，从而实现对花卉生长环境的精细化管理。

自动化的补水、补光等功能极大地提高了花卉养护的工作效率，有助于提高花卉生长的质量。

（2）节省资源与节能环保：通过精确的数据监测与智能调控，避免了人工养护中可能出现的过度或不足浇水、

过度补光等问题，有效节约水资源和电能，符合绿色可持续发展的理念。

（3）远程监控与便捷管理：结合腾讯云IOT物联网平台和微信小程序，用户可以随时随地查看花卉生长环境数

据，远程调整设备设置，并进行远程控制操作。这种远程智能化管理方式为城市绿化、家庭园艺等领域提供了极

大的便利性，尤其适合快节奏都市生活下的用户需求。

（4）普及智慧农业技术应用：该项目的成功实施和推广，将有助于推动智慧农业技术在花卉养殖领域的应用与

发展，促进农业现代化进程，为现代农业技术创新提供示范效应。

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【2】可行性分析

（1）技术可行性：

STM32微控制器具有强大的处理能力，丰富的外设接口以及良好的实时性，完全能满足本项目中数据采集、

控制执行器、无线通信等需求。

选用的各类传感器（如土壤湿度传感器、DHT11温湿度传感器、BH1750光照强度传感器、SGP30二氧化碳

传感器）均为成熟产品，技术稳定可靠，能够准确测量花卉生长环境的各项参数。

ESP8266-WIFI模块是物联网应用中的常见无线通信组件，支持MQTT协议与云平台进行高效稳定的双向通

信，实现远程数据传输和设备控制。

微信小程序开发平台提供了完善的API和开发工具，使得用户界面设计及云端数据交互变得简单易行。

（2）经济可行性：

近年来，随着电子元器件成本的降低和技术的进步，STM32系列MCU、各类传感器、WIFI模块的成本已经相对较

低，整个系统硬件成本可控。同时，微信小程序开发主要依赖于软件投入，相比于传统的APP开发，其成本更低

廉，更易于推广和使用。

（3）市场可行性：

随着城市绿化、家庭园艺市场的不断扩大以及人们对生活品质追求的提高，智能化、便捷化的花卉养护设备市场

需求旺盛。此项目提出的智能花卉养护系统正好满足了这一市场需求，有望在市场中获得较好的接受度和销售前

景。

（4）操作可行性：

系统设计简洁易用，通过微信小程序可以方便地查看和控制设备，符合现代人快节奏的生活方式。自动监测与调

控功能降低了人工管理的难度，即使是不具备专业园艺知识的用户也能轻松上手操作。

基于STM32和云平台的花卉养护系统的研发从技术、经济、市场和操作层面均具有较高的可行性，并且有潜力成

为智慧农业和智能家居领域的一个创新亮点。

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【3】参考文献

参考文献可以在知网、百度学术、或者在其他学术搜索引擎中搜索相关的关键词,可以获取最多的相关文献。

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【4】摘要

本项目设计了一款基于STM32微控制器为核心的智能花卉养护系统，通过集成土壤湿度、环境温湿度、光照强度

以及二氧化碳浓度等多种传感器，实现对花卉生长环境的实时监测和精准控制。系统具备自动补水、补光灯智能

开关、环境参数超限报警等功能，并能通过本地OLED屏幕显示当前数据。同时，利用ESP8266-WIFI模块将数

据上传至腾讯云IOT物联网平台，结合微信小程序进行远程监控与控制。本研究构建一个集自动化、智能化于一

体的花卉养护解决方案，以满足现代都市生活对于绿色植物养护的需求。

关键字：STM32、花卉养护、物联网、智能控制、微信小程序、环境监测、腾讯云IOT、远程控制、自动补水、

补光灯控制、二氧化碳检测、蜂鸣器报警

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