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基于STM32单片机的OneNet物联网云平台农业土壤湿度控制系统

news 2025/9/1 11:41:24

1 系统功能介绍

本设计为 基于STM32单片机的OneNet物联网云平台农业土壤湿度控制系统。系统以STM32F103C8T6单片机作为核心控制器，结合土壤湿度传感器、OLED液晶显示模块、WiFi模块、继电器驱动电路以及按键电路，实现了土壤湿度的实时采集、显示与远程控制。系统不仅能在本地自动或手动控制水泵，还能通过OneNet物联网平台实现远程监控与控制，具备较强的智能化和实用性。

系统主要功能如下：

实时数据采集与上传：利用土壤湿度传感器采集数据，并通过WiFi模块上传至中国移动OneNet云平台。
模式切换：系统支持自动模式和手动模式。
- 自动模式：根据用户设置的湿度上下阈值进行自动灌溉控制。
- 手动模式：可通过按键或云平台远程命令控制水泵开关。
远程控制：用户可通过云平台下发指令控制系统：
- auto：自动模式
- manual：手动模式
- open：开启水泵
- close：关闭水泵
本地显示：OLED液晶显示实时土壤湿度、模式状态以及水泵运行情况。
安全可靠：通过继电器控制水泵，保证电气隔离和安全运行。

该系统结合了物联网与农业智能控制的应用，能够显著提升农业灌溉的智能化程度，减少人力投入并提高水资源利用率。

2 系统电路设计

本系统电路主要由 STM32最小系统电路、土壤湿度检测电路、OLED显示电路、WiFi通信电路、继电器控制电路、按键电路、电源电路 组成。

2.1 STM32单片机最小系统

核心芯片：STM32F103C8T6，基于ARM Cortex-M3内核，主频72MHz，资源丰富，适合实时控制与通信任务。
晶振电路：外部8MHz晶振提供系统时钟，确保系统运行稳定。
复位电路：上电复位与按键复位结合，保证系统在异常情况下能正常重启。
供电电路：系统供电为3.3V，通过稳压电路由5V电源转换而来。

2.2 土壤湿度检测电路

传感器：采用电容式土壤湿度传感器，输出模拟电压信号，避免了电极腐蚀问题。
接口：传感器信号通过ADC接口接入STM32，单片机对采样数据进行处理。
校准与转换：通过软件将采集到的电压值转换为百分比湿度值（0%~100%）。

2.3 OLED显示电路

屏幕规格：0.96英寸OLED，分辨率128×64，通信接口为I2C。
显示内容：土壤湿度数值、模式状态（水泵开关状态）、报警信息等。
电路接口：SCL、SDA分别连接到STM32的I2C引脚。

2.4 WiFi通信电路

模块选择：ESP8266 WiFi模块，串口通信方式与STM32连接。
功能实现：
1. 建立与OneNet物联网平台的MQTT连接。
2. 定时上传湿度数据。
3. 接收平台下发的远程控制命令。

2.5 继电器控制电路

继电器模块：通过光耦隔离，输入信号由STM32的GPIO输出控制。
负载控制：继电器输出端可直接控制水泵的开关。
安全设计：继电器电路与单片机电路电气隔离，保证系统运行安全。

2.6 按键电路

按键功能：
1. 模式切换键：在自动与手动模式间切换。
2. 水泵开关键：手动模式下，直接控制水泵开关。
消抖处理：通过软件延时消抖，提高可靠性。

2.7 电源电路

电源模块：系统统一采用5V电源，STM32与传感器模块使用3.3V稳压供电，继电器与OLED使用5V供电。
电源滤波：在关键电源引脚加入电容滤波，防止电源波动影响系统运行。

3 程序设计

系统软件部分采用C语言编程，基于STM32标准外设库开发。程序结构主要包括 初始化模块、湿度检测模块、OLED显示模块、WiFi通信模块、模式控制模块、继电器驱动模块、按键处理模块、主控程序。

3.1 系统初始化

#include "stm32f10x.h"
#include "oled.h"
#include "usart.h"
#include "adc.h"
#include "relay.h"
#include "key.h"
#include "wifi.h"uint16_t humidity = 0;   // 湿度值
uint8_t mode = 0;        // 0-手动模式 1-自动模式
uint8_t pumpState = 0;   // 水泵状态 0-关闭 1-打开void System_Init(void){OLED_Init();         // 初始化OLEDUSART1_Init(115200); // 串口初始化，连接WiFi模块ADC_Init_Config();   // 初始化ADC，用于湿度采集Relay_Init();        // 初始化继电器控制IOKey_Init();          // 初始化按键Wifi_Init();         // 初始化WiFi模块OLED_ShowString(0,0,"Soil Humidity:");
}

3.2 湿度检测模块

uint16_t Get_Humidity(void){uint16_t adc_value = ADC_GetValue(ADC_Channel_1); uint16_t humidity = (adc_value * 100) / 4095; // 转换为百分比return humidity;
}

3.3 OLED显示模块

void Display_Data(void){OLED_ShowNum(0,2,humidity,3,16);   // 显示湿度值if(mode == 0){OLED_ShowString(0,4,"Mode:Manual");} else {OLED_ShowString(0,4,"Mode:Auto  ");}if(pumpState == 1){OLED_ShowString(0,6,"Pump:ON ");} else {OLED_ShowString(0,6,"Pump:OFF");}
}

3.4 WiFi通信模块

void Wifi_Process(void){char recvCmd[20];if(Wifi_ReceiveCmd(recvCmd)){if(strcmp(recvCmd,"auto") == 0) mode = 1;else if(strcmp(recvCmd,"manual") == 0) mode = 0;else if(strcmp(recvCmd,"open") == 0) pumpState = 1;else if(strcmp(recvCmd,"close") == 0) pumpState = 0;}Wifi_SendData(humidity); // 上传湿度数据
}

3.5 自动控制模块

#define HUMIDITY_MIN 40
#define HUMIDITY_MAX 70void Auto_Control(void){if(mode == 1){if(humidity < HUMIDITY_MIN){pumpState = 1;  // 开启水泵} else if(humidity > HUMIDITY_MAX){pumpState = 0;  // 关闭水泵}}
}

3.6 继电器驱动模块

void Pump_Control(void){if(pumpState == 1) Relay_ON();else Relay_OFF();
}

3.7 按键处理模块

void Key_Process(void){if(Key_Scan() == KEY1_PRES){   // 模式切换mode = !mode;}if(Key_Scan() == KEY2_PRES && mode == 0){ // 手动控制pumpState = !pumpState;}
}

3.8 主控程序

int main(void){System_Init();while(1){humidity = Get_Humidity();   // 采集湿度Key_Process();               // 按键处理Wifi_Process();              // 处理云平台数据Auto_Control();              // 自动模式控制Pump_Control();              // 控制继电器Display_Data();              // OLED显示delay_ms(500);               // 延时}
}