• STM32智能农业监测系统教程

    目录

    1. 引言
    2. 环境准备
    3. 智能农业监测系统基础
    4. 代码实现：实现智能农业监测系统 4.1 数据采集模块 4.2 数据处理与控制模块 4.3 通信与网络系统实现 4.4 用户界面与数据可视化
    5. 应用场景：农业监测与管理
    6. 问题解决方案与优化
    7. 收尾与总结

    1. 引言

    智能农业监测系统通过STM32嵌入式系统结合各种传感器、执行器和通信模块，实现对农业环境数据的实时监控、自动处理和数据传输。本文将详细介绍如何在STM32系统中实现一个智能农业监测系统，包括环境准备、系统架构、代码实现、应用场景及问题解决方案和优化方法。

    2. 环境准备

    硬件准备

    1. 开发板：STM32F4系列或STM32H7系列开发板
    2. 调试器：ST-LINK V2或板载调试器
    3. 传感器：如土壤湿度传感器、温湿度传感器、光照传感器、CO2传感器等
    4. 执行器：如水泵、风扇、遮阳帘
    5. 通信模块：如Wi-Fi模块、LoRa模块
    6. 显示屏：如OLED显示屏
    7. 按键或旋钮：用于用户输入和设置
    8. 电源：电源适配器

    软件准备

    1. 集成开发环境（IDE）：STM32CubeIDE或Keil MDK
    2. 调试工具：STM32 ST-LINK Utility或GDB
    3. 库和中间件：STM32 HAL库和FreeRTOS

    安装步骤

    1. 下载并安装STM32CubeMX
    2. 下载并安装STM32CubeIDE
    3. 配置STM32CubeMX项目并生成STM32CubeIDE项目
    4. 安装必要的库和驱动程序

    3. 智能农业监测系统基础

    控制系统架构

    智能农业监测系统由以下部分组成：

    1. 数据采集模块：用于采集农业环境中的土壤湿度、温度、湿度、光照、CO2等数据
    2. 数据处理与控制模块：对采集的数据进行处理和分析，生成控制信号
    3. 通信与网络系统：实现农业数据与服务器或其他设备的通信
    4. 显示系统：用于显示系统状态和环境数据
    5. 用户输入系统：通过按键或旋钮进行设置和调整

    功能描述

    通过各种传感器采集农业环境数据，并实时显示在OLED显示屏上。系统通过数据处理和网络通信，实现对农业环境数据的监测和管理。用户可以通过按键或旋钮进行设置，并通过显示屏查看当前状态。

    4. 代码实现：实现智能农业监测系统

    4.1 数据采集模块

    配置土壤湿度传感器

    使用STM32CubeMX配置ADC接口：

    1. 打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
    2. 在图形化界面中，找到需要配置的ADC引脚，设置为输入模式。
    3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

    代码实现：

    1. #include "stm32f4xx_hal.h"
    2.  
    3. ADC_HandleTypeDef hadc1;
    4.  
    5. void ADC_Init(void) {
    6.     __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();
    7.  
    8.     ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    9.  
    10.     hadc1.Instance = ADC1;
    11.     hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    12.     hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    13.     hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    14.     hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    15.     hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    16.     hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    17.     hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    18.     hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    19.     hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    20.     hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    21.     hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    22.     HAL_ADC_Init(&hadc1);
    23.  
    24.     sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    25.     sConfig.Rank = 1;
    26.     sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
    27.     HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
    28. }
    29.  
    30. uint32_t Read_Soil_Moisture(void) {
    31.     HAL_ADC_Start(&hadc1);
    32.     HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);
    33.     return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    34. }
    35.  
    36. int main(void) {
    37.     HAL_Init();
    38.     SystemClock_Config();
    39.     ADC_Init();
    40.  
    41.     uint32_t soil_moisture;
    42.  
    43.     while (1) {
    44.         soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
    45.         HAL_Delay(1000);
    46.     }
    47. }
    配置温湿度传感器

    使用STM32CubeMX配置I2C接口：

    1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
    2. 在图形化界面中，找到需要配置的I2C引脚，设置为I2C模式。
    3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

    代码实现：

    1. #include "stm32f4xx_hal.h"
    2. #include "i2c.h"
    3. #include "dht22.h"
    4.  
    5. I2C_HandleTypeDef hi2c1;
    6.  
    7. void I2C1_Init(void) {
    8.     hi2c1.Instance = I2C1;
    9.     hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
    10.     hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    11.     hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
    12.     hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
    13.     hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
    14.     hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
    15.     hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    16.     hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    17.     HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    18. }
    19.  
    20. void Read_Temperature_Humidity(float* temperature, float* humidity) {
    21.     DHT22_ReadAll(temperature, humidity);
    22. }
    23.  
    24. int main(void) {
    25.     HAL_Init();
    26.     SystemClock_Config();
    27.     I2C1_Init();
    28.     DHT22_Init();
    29.  
    30.     float temperature, humidity;
    31.  
    32.     while (1) {
    33.         Read_Temperature_Humidity(&temperature, &humidity);
    34.         HAL_Delay(1000);
    35.     }
    36. }
    配置光照传感器

    使用STM32CubeMX配置ADC接口：

    1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
    2. 在图形化界面中，找到需要配置的ADC引脚，设置为输入模式。
    3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

    代码实现：

    1. #include "stm32f4xx_hal.h"
    2.  
    3. ADC_HandleTypeDef hadc2;
    4.  
    5. void ADC2_Init(void) {
    6.     __HAL_RCC_ADC2_CLK_ENABLE();
    7.  
    8.     ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    9.  
    10.     hadc2.Instance = ADC2;
    11.     hadc2.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    12.     hadc2.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    13.     hadc2.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    14.     hadc2.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    15.     hadc2.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    16.     hadc2.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    17.     hadc2.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    18.     hadc2.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    19.     hadc2.Init.NbrOfConversion = 1;
    20.     hadc2.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    21.     hadc2.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    22.     HAL_ADC_Init(&hadc2);
    23.  
    24.     sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
    25.     sConfig.Rank = 1;
    26.     sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
    27.     HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc2, &sConfig);
    28. }
    29.  
    30. uint32_t Read_Light_Intensity(void) {
    31.     HAL_ADC_Start(&hadc2);
    32.     HAL_ADC_PollForConversion(&hadc2, HAL_MAX_DELAY);
    33.     return HAL_ADC_GetValue(&hadc2);
    34. }
    35.  
    36. int main(void) {
    37.     HAL_Init();
    38.     SystemClock_Config();
    39.     ADC2_Init();
    40.  
    41.     uint32_t light_intensity;
    42.  
    43.     while (1) {
    44.         light_intensity = Read_Light_Intensity();
    45.         HAL_Delay(1000);
    46.     }
    47. }
    配置CO2传感器

    使用STM32CubeMX配置UART接口：

    1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
    2. 在图形化界面中，找到需要配置的UART引脚，设置为UART模式。
    3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

    代码实现：

    1. #include "stm32f4xx_hal.h"
    2.  
    3. UART_HandleTypeDef huart1;
    4.  
    5. void UART1_Init(void) {
    6.     huart1.Instance = USART1;
    7.     huart1.Init.BaudRate = 9600;
    8.     huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    9.     huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    10.     huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    11.     huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    12.     huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    13.     huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    14.     HAL_UART_Init(&huart1);
    15. }
    16.  
    17. uint32_t Read_CO2_Level(void) {
    18.     uint8_t buffer[32];
    19.     HAL_UART_Receive(&huart1, buffer, 32, HAL_MAX_DELAY);
    20.     uint32_t co2_level = (buffer[2] << 8) | buffer[3];
    21.     return co2_level;
    22. }
    23.  
    24. int main(void) {
    25.     HAL_Init();
    26.     SystemClock_Config();
    27.     UART1_Init();
    28.  
    29.     uint32_t co2_level;
    30.  
    31.     while (1) {
    32.         co2_level = Read_CO2_Level();
    33.         HAL_Delay(1000);
    34.     }
    35. }

    4.2 数据处理与控制模块

    数据处理模块将传感器数据转换为可用于控制系统的数据，并进行必要的计算和分析。

    农业环境数据处理算法

    实现一个简单的农业环境数据处理算法，根据传感器数据控制水泵、风扇和遮阳帘：

    1. #define SOIL_MOISTURE_THRESHOLD 3000
    2. #define TEMP_THRESHOLD 30.0
    3. #define HUMIDITY_THRESHOLD 60.0
    4. #define LIGHT_INTENSITY_THRESHOLD 10000
    5. #define CO2_THRESHOLD 1000
    6.  
    7. void Process_Agriculture_Data(uint32_t soil_moisture, float temperature, float humidity, uint32_t light_intensity, uint32_t co2_level) {
    8.     if (soil_moisture < SOIL_MOISTURE_THRESHOLD) {
    9.         // 打开水泵
    10.         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
    11.     } else {
    12.         // 关闭水泵
    13.         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
    14.     }
    15.  
    16.     if (temperature > TEMP_THRESHOLD) {
    17.         // 打开风扇
    18.         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
    19.     } else {
    20.         // 关闭风扇
    21.         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
    22.     }
    23.  
    24.     if (light_intensity > LIGHT_INTENSITY_THRESHOLD) {
    25.         // 打开遮阳帘
    26.         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
    27.     } else {
    28.         // 关闭遮阳帘
    29.         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
    30.     }
    31.  
    32.     if (co2_level > CO2_THRESHOLD) {
    33.         // 打开通风系统
    34.         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET);
    35.     } else {
    36.         // 关闭通风系统
    37.         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET);
    38.     }
    39. }
    40.  
    41. void GPIOB_Init(void) {
    42.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    43.  
    44.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    45.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3;
    46.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    47.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    48.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    49.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    50. }
    51.  
    52. int main(void) {
    53.     HAL_Init();
    54.     SystemClock_Config();
    55.     GPIOB_Init();
    56.     ADC_Init();
    57.     ADC2_Init();
    58.     UART1_Init();
    59.     I2C1_Init();
    60.     DHT22_Init();
    61.  
    62.     uint32_t soil_moisture, light_intensity, co2_level;
    63.     float temperature, humidity;
    64.  
    65.     while (1) {
    66.         soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
    67.         Read_Temperature_Humidity(&temperature, &humidity);
    68.         light_intensity = Read_Light_Intensity();
    69.         co2_level = Read_CO2_Level();
    70.  
    71.         Process_Agriculture_Data(soil_moisture, temperature, humidity, light_intensity, co2_level);
    72.  
    73.         HAL_Delay(1000);
    74.     }
    75. }

    4.3 通信与网络系统实现

    配置Wi-Fi模块

    使用STM32CubeMX配置UART接口：

    1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
    2. 在图形化界面中，找到需要配置的UART引脚，设置为UART模式。
    3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

    代码实现：

    1. #include "stm32f4xx_hal.h"
    2. #include "usart.h"
    3. #include "wifi_module.h"
    4.  
    5. UART_HandleTypeDef huart2;
    6.  
    7. void UART2_Init(void) {
    8.     huart2.Instance = USART2;
    9.     huart2.Init.BaudRate = 115200;
    10.     huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    11.     huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    12.     huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    13.     huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    14.     huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    15.     huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    16.     HAL_UART_Init(&huart2);
    17. }
    18.  
    19. void Send_Agriculture_Data_To_Server(uint32_t soil_moisture, float temperature, float humidity, uint32_t light_intensity, uint32_t co2_level) {
    20.     char buffer[128];
    21.     sprintf(buffer, "Soil Moisture: %lu, Temp: %.2f, Humidity: %.2f, Light: %lu, CO2: %lu",
    22.             soil_moisture, temperature, humidity, light_intensity, co2_level);
    23.     HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buffer, strlen(buffer), HAL_MAX_DELAY);
    24. }
    25.  
    26. int main(void) {
    27.     HAL_Init();
    28.     SystemClock_Config();
    29.     UART2_Init();
    30.     GPIOB_Init();
    31.     ADC_Init();
    32.     ADC2_Init();
    33.     UART1_Init();
    34.     I2C1_Init();
    35.     DHT22_Init();
    36.  
    37.     uint32_t soil_moisture, light_intensity, co2_level;
    38.     float temperature, humidity;
    39.  
    40.     while (1) {
    41.         soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
    42.         Read_Temperature_Humidity(&temperature, &humidity);
    43.         light_intensity = Read_Light_Intensity();
    44.         co2_level = Read_CO2_Level();
    45.  
    46.         Send_Agriculture_Data_To_Server(soil_moisture, temperature, humidity, light_intensity, co2_level);
    47.  
    48.         HAL_Delay(1000);
    49.     }
    50. }

    4.4 用户界面与数据可视化

    配置OLED显示屏

    使用STM32CubeMX配置I2C接口：

    1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
    2. 在图形化界面中，找到需要配置的I2C引脚，设置为I2C模式。
    3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

    代码实现：

    首先，初始化OLED显示屏：

    1. #include "stm32f4xx_hal.h"
    2. #include "i2c.h"
    3. #include "oled.h"
    4.  
    5. void Display_Init(void) {
    6.     OLED_Init();
    7. }

    然后实现数据展示函数，将农业环境数据展示在OLED屏幕上：

    1. void Display_Data(uint32_t soil_moisture, float temperature, float humidity, uint32_t light_intensity, uint32_t co2_level) {
    2.     char buffer[32];
    3.     sprintf(buffer, "Soil Moisture: %lu", soil_moisture);
    4.     OLED_ShowString(0, 0, buffer);
    5.     sprintf(buffer, "Temp: %.2f C", temperature);
    6.     OLED_ShowString(0, 1, buffer);
    7.     sprintf(buffer, "Humidity: %.2f %%", humidity);
    8.     OLED_ShowString(0, 2, buffer);
    9.     sprintf(buffer, "Light: %lu", light_intensity);
    10.     OLED_ShowString(0, 3, buffer);
    11.     sprintf(buffer, "CO2: %lu", co2_level);
    12.     OLED_ShowString(0, 4, buffer);
    13. }
    14.  
    15. int main(void) {
    16.     HAL_Init();
    17.     SystemClock_Config();
    18.     I2C1_Init();
    19.     Display_Init();
    20.     GPIOB_Init();
    21.     ADC_Init();
    22.     ADC2_Init();
    23.     UART1_Init();
    24.     I2C1_Init();
    25.     DHT22_Init();
    26.  
    27.     uint32_t soil_moisture, light_intensity, co2_level;
    28.     float temperature, humidity;
    29.  
    30.     while (1) {
    31.         soil_moisture = Read_Soil_Moisture();
    32.         Read_Temperature_Humidity(&temperature, &humidity);
    33.         light_intensity = Read_Light_Intensity();
    34.         co2_level = Read_CO2_Level();
    35.  
    36.         // 显示农业环境数据
    37.         Display_Data(soil_moisture, temperature, humidity, light_intensity, co2_level);
    38.  
    39.         HAL_Delay(1000);
    40.     }
    41. }

    5. 应用场景：农业监测与管理

    智能温室

    智能农业监测系统可以用于智能温室的环境监测，通过实时采集环境数据，实现自动控制，提高农业生产效率和质量。

    大田农业

    在大田农业中，智能农业监测系统可以实现对农田环境的实时监控和自动管理，确保农作物的健康生长。

    农业科研

    智能农业监测系统可以用于农业科研，通过数据采集和分析，为农业技术的研究和开发提供科学依据。

    智能灌溉

    智能农业监测系统可以用于智能灌溉系统，通过自动化控制和数据分析，提高灌溉的效率和精准度。

    ⬇帮大家整理了单片机的资料

    包括stm32的项目合集【源码+开发文档】

    点击下方蓝字即可领取，感谢支持！⬇

    点击领取更多嵌入式详细资料

    问题讨论，stm32的资料领取可以私信！

    6. 问题解决方案与优化

    常见问题及解决方案

    传感器数据不准确

    确保传感器与STM32的连接稳定，定期校准传感器以获取准确数据。

    解决方案：检查传感器与STM32之间的连接是否牢固，必要时重新焊接或更换连接线。同时，定期对传感器进行校准，确保数据准确。

    农业环境数据处理不稳定

    优化处理算法和硬件配置，减少数据处理的不稳定性，提高系统反应速度。

    解决方案：优化处理算法，调整参数，减少振荡和超调。使用高精度传感器，提高数据采集的精度和稳定性。选择更高效的执行器，提高数据处理的响应速度。

    数据传输失败

    确保Wi-Fi模块与STM32的连接稳定，优化通信协议，提高数据传输的可靠性。

    解决方案：检查Wi-Fi模块与STM32之间的连接是否牢固，必要时重新焊接或更换连接线。优化通信协议，减少数据传输的延迟和丢包率。选择更稳定的通信模块，提升数据传输的可靠性。

    显示屏显示异常

    检查I2C通信线路，确保显示屏与MCU之间的通信正常，避免由于线路问题导致的显示异常。

    解决方案：检查I2C引脚的连接是否正确，确保电源供电稳定。使用示波器检测I2C总线信号，确认通信是否正常。如有必要，更换显示屏或MCU。

    优化建议

    数据集成与分析

    集成更多类型的传感器数据，使用数据分析技术进行农业环境状态的预测和优化。

    建议：增加更多监测传感器，如土壤养分传感器、气象传感器等。使用云端平台进行数据分析和存储，提供更全面的农业环境监测和管理服务。

    用户交互优化

    改进用户界面设计，提供更直观的数据展示和更简洁的操作界面，增强用户体验。

    建议：使用高分辨率彩色显示屏，提供更丰富的视觉体验。设计简洁易懂的用户界面，让用户更容易操作。提供图形化的数据展示，如实时农业环境参数图表、历史记录等。

    智能化控制提升

    增加智能决策支持系统，根据历史数据和实时数据自动调整农业管理策略，实现更高效的农业环境控制和管理。

    建议：使用数据分析技术分析农业环境数据，提供个性化的农业管理建议。结合历史数据，预测可能的问题和需求，提前优化控制策略。

    7. 收尾与总结

    本教程详细介绍了如何在STM32嵌入式系统中实现智能农业监测系统，从硬件选择、软件实现到系统配置和应用场景都进行了全面的阐述。通过合理的技术选择和系统设计，可以构建一个高效且功能强大的智能农业监测系统。

     

  • 相关阅读:
    创建数据库表及修改删除数据表字段
    Windows配置python（anaconda+vscode方案）的主要步骤及注意事项
    大学生HTML个人网页作业作品：基于html css实现围棋网页（带报告4800字）
    VOSviewer使用方法（详细便捷）附下载网址
    傻瓜式制作产品图册，一秒就能学会
    【华为OD机试真题 python】单词接龙【2022 Q4 | 100分】
    vmware16安装macOS
    SwiftUI 动态岛开发教程之 04 如何设计动态岛Dynamic Island 的现场活动 Live Activity
    小程序意见反馈界面（简洁版代码）
    SSM+医院移动收费运维平台 毕业设计-附源码161045
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/stm32d1219/article/details/140448341