基于STM32的多点温湿度无线传输检测及控制

只看该作者 · 2023-1-31 23:44

（基于单片机的蔬菜大棚温湿度智能控制系统）
前言（含研究目的及意义）
1、研究目的
随着信息技术的发展，美国，前言（含研究目的及意义）
1、研究目的
随着信息技术的发展，美国，加拿大等国又提出了精确农业的概念，它是一种适用于包括温室在内的以知识为基础的农业微观管理系统。它的全部概念建立在空间差异的数据采集与数据处理上，核心是根据当时当地测定的实际需要确定对作物的投入。应用精确农业技术可以在减少投入的情况下增加产量，提高农产品质量，降低成本，减少环境污染，节约资源和保护生态环境。

2、研究意义
随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度控制。温湿度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。现在，随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要

二、研究工作的主要内容
（1）自制STM32最小系统应用，完成电路板设计与打板，焊接
（2）利用数字式温湿度传感器DHT22完成多点温度检测
（3）利用土壤湿度传感器检测了多点土壤湿度。
（4）基于STM32并利用NRE24L01无线数据传输。
（5）完成系统继电器控制风扇与水泵的设计
（6）利用语音模块完成了对实时数据声音提示。
（7）利用了OLED显示屏显示数据

本系统以STM32单片机最小系统为核心，其中数据采集、传输、显示、语音提示基于STM32的平台。数据采集通过DHT22读取数字量温度值，并通过NRF24L01模块无线传输至数据数据处理终端，同时终端也进行相应温度采集以实现多点温度检测的效果。同理，土壤湿度采集也是如此。
之后，在数据处理终端进行数据比较处理，一方面通过语音模块实时将数据读出，另一方面也将数据显示在OLED屏上。
根据数据处理终端处理后的数据，控制继电器开合与关断，实现对风扇降温，水泵灌溉的反馈处理，做到闭环控制。

三、理论创新成果
1.使用STM32实现对系控制理论构建。
2.利用SPI总线实现无线数据传输。
3.使用串口通信传输语音数据。
4.利用IIC总线传输显示内容。
5.使用ADC转换与单总线方式读取大棚数据

四、实践创新成果
1.制作数据采集端，数据处理端样机一套。
2.完成了数据在采集端与处理端的无线传输传输。
3.通过改变环境参数，响应机构可以动作执行。
4.完成PCB板从设计到打板再到焊接元器件的所有工作。
5.OLED可以完成大棚数据显示。
6.语音模块可以实时播报大棚数据

只看该作者 · 2023-1-31 23:47

五、系统结构图

图一：系统硬件结构图

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系统流程图

图二：系统程序流程图

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硬件电路1.系统PCB板图

图三：硬件PCB图

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实物展示

图四：据发送端端

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图五：数据处理端

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研究内容
1.STM32F130C8T6
选取C8T6作为本系统的CPU，作为小容量的代表，一方面适合了本系统设计制作时IO口需求少，另一方面也满足大棚终端开发经济实惠的原则。STM32C8T6的内核：ARM 32位的Cortex™-M3 CPU，拥有最高72MHz工作频率和单周期乘法和硬件除。其存储器具有64K或128K字节的闪存程序存储器。此外，相比于开始构想的51单片机，它还具有低功耗、2个12位模数转换器、DMA、多达80个快速I/O端口、具有串行单线调试(SWD)和JTAG接口、多达7个定时器和多达9个通信接口优点，是51单片机无可比拟的。

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NRF24L01模块

NRF24L01是基于SPI通信的无线收发装置，工作在2.4GHZ-2.5GHZ的ISM频段。其具有每次最大传输32位数据、状态可检测、低功耗、较宽工作电压、小体积的优点。

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3.语音合成模块
语音合成模块采用XFS5152CE芯片，是一款高集成度的语音合成芯片，可现中文、英文语音合成；并集成了语音编码、解码功能，可支持用户进行录音和播放；除此之外，还创新性地集成了轻量级的语音识别功能，支持 30 个命令词的识别，并且支持用户的命令词定制需求。
它具有一下特点：
（1）支持任意中文文本、英文文本的合成，并且支持中英文混读
（2）支持语音编解码功能，用户可以使用芯片直接进行录音和播放
（3）支持语音识别功能
（4）芯片内部集成 80 种常用提示音效
（5）支持 UART、I2C 、SPI 三种通讯方式

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DHT22温湿度检测模块
DHT22已校准的数字温湿度传感器，用于检测环境温湿度，采用DHT22(AM2302)，标准单总线接口。相比DHT11，我拥有更高的精度和更大的量程。
参数指标：
温度分辨率：0.1°C 精度±0.5°C 检测范围-40-80°C
湿度：分辨率 0.1%RH 精度±2%RH(25°C) 检测范围0%RH ~ 99.9%RH】

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土壤湿度传感器
土壤湿度传感器表面用镀镍处理，有加宽的感应面积，防止与土壤长期接触而生锈，此外，其可以宽范围控制土壤的湿度，通过调节电位器控制相应的阈值，湿度低于设定值时，DO输出高电平，反之输出低电平。内部采用LNM393芯片，工作稳定。本系统利用其检测土壤湿度，通过ADC采样电压进而判断土壤湿度。
】

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OLED显示屏
OLED（Organic Light-Emitting Diode）:有机发光二极管，其具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料图层和玻璃基板，因此其具有功耗低、对比度高、视角广，反应速度快的有点。本系统采用IIC通信
控制显示屏显示大棚数据。

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结语语
（1）自制STM32最小系统应用：杜绝了整体单片机的资源浪费。

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（2）温湿度空间多点实时检测：实现对温室大棚温湿度参数的实时采集，测量空间多点的温度和湿度。

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（3）采用无线数据传输：避免了有线数据对大棚种植的不便，使得使用更加方便。

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（4）采用了闭环控制系统：对大棚内温度，空气湿度，土壤湿度做到了更合理的控制。

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（5）播报数据实时性：利用语音模块播报每一次数据采集的平均值，使种植户更清楚了解农作物所处环境。】

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（6）利用了OLED显示屏显示数据，相比与之前LCD显示屏显示，占用IO资源更少，功耗更少，更加经济方便。

只看该作者 · 2023-1-31 23:51

在如今信息化趋势的推动下，各行各业都在这滚滚的潮流中不断激流勇进，温室大棚种植也是如此。在温室大棚种植中，如何高效、方便的监控大棚种植所需的数据显得尤为重要。本项目，以STM32为研究平台，依托无线传输、多点检测、智能数据处理、闭环控制，做到对温室大棚内空气温度、空气湿度，土壤湿度的合理高效检测，方便种植户对种植环境的掌握，符合了信息化时代下温室大棚行业的发展方向。

只看该作者 · 2023-1-31 23:51

本项目，以STM32为研究平台，依托无线传输、多点检测、智能数据处理、闭环控制，做到对温室大棚内空气温度、空气湿度，土壤湿度的合理高效检测，方便种植户对种植环境的掌握，符合了信息化时代下温室大棚行业的发展方向。