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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。
【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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
【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。
【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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