目錄摘要 緒論1.1什么是智能溫室在現代農業(yè)發(fā)展進程中，溫室大棚扮演著不可或缺的角色。它通過調節(jié)棚內溫濕度、光照強度等核心環(huán)境要素，為農作物生長打造適宜的生態(tài)環(huán)境，是提升農業(yè)生產效益與質量的重要基礎。溫室大棚可以使農作物不受季節(jié)、環(huán)境影響，滿足人們對新鮮、反季節(jié)農產品的需求，因此被廣泛應用于水果、蔬菜、花卉等農作物的生產中REF_Ref13854\r\h[1]。在農業(yè)科技持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的背景下，對于分散經營、自主管理的溫室使用者而言，設計一套貼合其個性化需求的農業(yè)大棚溫度智能調控系統(tǒng)，不僅有助于優(yōu)化農作物生長環(huán)境，更是現代農業(yè)精細化生產的必然要求。該系統(tǒng)需具備成本效益、廣泛的適用性、用戶友好的操作界面以及穩(wěn)定的性能，以滿足用戶在溫度管理方面的具體需求，從而有效提高溫室大棚的生產效率REF_Ref14138\r\h[2]。1.2智能溫室大棚監(jiān)控管理系統(tǒng)研究工作原理溫室智能控制系統(tǒng)通過無線或有線傳輸方式，通過專業(yè)設備對溫室內的土壤濕度、土壤溫度等參數進行實時感知與獲取，隨后將采集到的傳感器信號傳輸至數據轉換裝置。完成格式轉換后的監(jiān)測數據，最終在中央控制計算機上實現可視化展示，還會進行存儲。這些數據以圖表形式呈現，并與報警設定值進行比對。一旦監(jiān)測到的環(huán)境數據超出預先設置的范圍，數據顯示屏會直觀呈現異常情況，同時語音報警系統(tǒng)也會立即響應，發(fā)出警報。此時，控制中心會向現場控制器發(fā)送控制命令，現場控制器根據指令控制風力渦輪機、濕簾等設備，執(zhí)行冷卻、加濕等操作，以此保障溫室內作物的生長環(huán)境適宜。不僅如此，監(jiān)控中心支持遠程指令操控功能，工作人員能夠手動觸發(fā)報警程序，使現場的聲光報警裝置立即啟動。這種及時有效的預警方式，能夠迅速告知溫室管理人員對異常環(huán)境進行干預，進而維持溫室內各項環(huán)境指標的正常水平。在單棟溫室管理領域，企業(yè)能夠運用人工智能手段，依托無線傳感器網絡構建智能測控體系。借助分布在溫室各處的傳感器節(jié)點，可精準監(jiān)測基質濕度、PH值、溫濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境指標。系統(tǒng)基于數據分析模型，可自動完成環(huán)境調控和水肥管理操作，為植物生長打造科學、適宜的環(huán)境條件。1.3使用智能溫室有哪些優(yōu)點1.3.1幾乎沒有損失地種植莊稼與人工監(jiān)控相比，智能溫室的顯著優(yōu)勢在于能夠精準維持溫室內環(huán)境條件的穩(wěn)定。對于種植企業(yè)而言，這一特性可有效避免因人為因素導致的環(huán)境波動，從而減少因環(huán)境條件嚴苛或失控造成的生產損失。1.3.2迅速發(fā)展提升企業(yè)產量和質量智能溫室大棚生產的幫助是顯而易見的，使用這種智能化控制之后，保護環(huán)境，溫室比手動控制，大大提高了農作物的產量和質量。1.3.3節(jié)本增效對于具有一定規(guī)模的種植企業(yè)而言，若想持續(xù)提升農業(yè)種植效益，不僅要提高農作物的產量與品質，還需提升工作效率、降低運營成本。而智能溫室應用于大棚智能控制后，恰好能在這兩方面發(fā)揮作用。在實施智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)后，人員工作效率實現跨越式增長，人工成本支出呈現顯著下降趨勢。從財務視角分析，系統(tǒng)設備的前期投入與后續(xù)運維成本，能夠通過人力成本的節(jié)省實現全額覆蓋。此外，該系統(tǒng)所創(chuàng)造的經濟效益具備可持續(xù)性特征，隨著使用時長的不斷增加，人力成本的節(jié)約幅度將持續(xù)擴大。1.4使用智能溫室的意義是什么統(tǒng)計資料表明，當前全球溫室大棚總面積已達200萬公頃以上，而中國作為全球最大的溫室大棚生產國，其溫室大棚面積占據全球總量的40%以上，在該領域處于領先地位。溫室大棚種植的農產品也越來越受到市場的認可和青睞，例如草莓、番茄、黃瓜等高端蔬菜，在市場上擁有著更高的價格和更廣泛的銷售渠道。那么，溫室大棚究竟給農業(yè)帶來了哪些變革？我們不妨從以下幾個方面來看：1.4.1提高農產品品質相較于傳統(tǒng)露天種植易受天氣波動、病蟲害等因素干擾的問題，溫室大棚可通過精確控制溫濕度、光照強度等環(huán)境參數，為植物創(chuàng)造理想的生長條件。這種精細化的調控方式能有效減少外界不利因素影響，從根本上改善農產品的品質與風味。例如，位于河北省的安豐葡萄種植園，通過溫室大棚種植葡萄，不僅可以避免自然災害和氣候變化對葡萄生長帶來的影響，還能通過科學調控灌溉、施肥等方式，提高葡萄的糖度、酸度等指標，讓消費者品嘗到更加美味的葡萄。1.4.2增加農產品產量當智能管理系統(tǒng)應用于大棚生產時，其生產效能與產品品質較人工控制的農業(yè)大棚呈現出根本性提升。以高附加值農作物為例，生產效率最多可提高30%。依托機械化管理模式，2至3名工作人員即可負責2萬至3萬平方米的大棚運營，不僅顯著壓縮人工成本，更使生產效率獲得突破性增長。值得關注的是，智能溫室具備反季節(jié)栽培優(yōu)勢：傳統(tǒng)農業(yè)生產中，農戶在豐收后的11月至次年3月基本處于閑置狀態(tài)，而該時段恰好是智能溫室大棚透光性良好、作物產量攀升的關鍵時期。通過調節(jié)溫度、光照及二氧化碳含量等生長要素，可重塑作物生長環(huán)境，實現農產品的跨季節(jié)成熟，最終產出優(yōu)質、高效且符合綠色生態(tài)標準的農產品。REF_Ref14308\r\h[3]。1.4.3推動農業(yè)產業(yè)升級隨著溫室大棚技術的普及，一批具備規(guī)?；?、現代化特征的農業(yè)企業(yè)應運而生，成為引領農業(yè)產業(yè)升級的關鍵力量。據2021年統(tǒng)計數據，全國范圍內溫室大棚總面積已超過3000萬畝，相關產業(yè)年總產值突破1.5萬億元大關。這一數據的背后，反映了溫室大棚對農業(yè)產業(yè)升級所帶來的巨大推動作用。除了對產業(yè)的升級，溫室大棚還能在農業(yè)精準扶貧、農產品安全生產等方面發(fā)揮積極作用。例如，貴州省的一些貧困地區(qū)，通過發(fā)展溫室大棚產業(yè)，幫助當地貧困戶增加收入，實現脫貧致富。2智能溫室大棚系統(tǒng)整體設計2.1系統(tǒng)設計目標及要求智能溫室大棚系統(tǒng)的功能設計需以系統(tǒng)穩(wěn)定運行為基礎，著重突出功能的實用價值、操作便捷性及低成本優(yōu)勢。所設計的功能既要契合當下市場需求，亦要具備前瞻性布局，從而有效延長產品的使用周期。此外，需確保各功能模塊在協(xié)同工作時互不干擾，通過科學的架構設計實現功能間的高效配合與獨立運行。2.2設計實現功能系統(tǒng)整體架構主要由外圍輸入模塊、處理中樞模塊和輸出執(zhí)行模塊三部分組成，單片機在其中扮演核心控制角色，作為銜接輸入與輸出的關鍵樞紐，促使各獨立模塊間構建起特定的數據交互鏈路。從系統(tǒng)運行邏輯來看，任意環(huán)節(jié)的缺失都會導致功能失效：若沒有輸入信號的采集，系統(tǒng)將失去數據處理的基礎；若僅有輸入而缺乏輸出功能，系統(tǒng)則無法實現預期的控制目標，難以滿足產品的功能性要求。下圖是智能溫室大棚系統(tǒng)結構圖。圖1智能溫室大棚系統(tǒng)結構圖2.2.1系統(tǒng)軟件監(jiān)測設計該系統(tǒng)可以通過各傳感器模塊檢測環(huán)境狀態(tài)，并反饋給主機，通過與相對應的閾值進行比較后改變工作狀態(tài)。如:DHT11溫濕度檢測模塊可監(jiān)測環(huán)境的溫度以及濕度通過單總線協(xié)議與主機進行通信，主機讀取到DHT11發(fā)送過來的數據后在與設置的空氣溫濕度閾值進行比較（為空氣溫濕度）。DS18B20溫度傳感器模塊可監(jiān)測溫度，通過單總線協(xié)議與主機進行通信，主機讀取到DS18B20發(fā)送過來的數據后在與設置的土壤溫度閾值進行比較（為土壤溫度）。YL_69土壤濕度傳感器模塊可檢測土壤濕度，采用模擬電壓輸出的通信方式與主機進行通信，主機讀取到YL_69發(fā)送過來的數據后在與設置的土壤濕度閾值進行比較（為土壤濕度）。光敏電阻傳感器模塊可監(jiān)測環(huán)境光照強度，采用模擬電壓輸出的通信方式與主機進行通信，主機讀取到光敏電阻傳感器發(fā)送過來的數據后在與設置的光照強度閾值進行比較（為光照強度）。JW01二氧化碳傳感器模塊可監(jiān)測環(huán)境二氧化碳濃度，模塊采用串口通信方式與單片機進行通信，主機讀取到JW01發(fā)送過來的數據后在與設置的二氧化碳濃度閾值進行比較（為二氧化碳濃度）。2.2.2系統(tǒng)軟件控制設計若在自動模式下空氣溫度大于空氣溫度閾值或者空氣濕度大于空氣濕度閾值，則主機的PB12引腳會發(fā)出一個高電平，從而繼電器的銜鐵閉合形成回路讓風扇模塊開始工作；反之，則主機的PB12引腳會發(fā)出一個低電平，從而繼電器的銜鐵打開回路斷開讓風扇模塊停止工作。若在自動模式下土壤溫度大于土壤溫度閾值或者土壤濕度小于土壤濕度閾值，則主機的PB13引腳會發(fā)出一個高電平，從而繼電器的銜鐵閉合形成回路讓水泵模塊開始工作；反之，則主機的PB13引腳會發(fā)出一個低電平，從而繼電器的銜鐵打開回路斷開讓水泵模塊停止工作。若在自動模式下光照強度小于光照強度閾值，則主機的PB5引腳發(fā)出一個高電平，使發(fā)光二極管工作，并且主機的PA6引腳設置PWM的占比，使舵機轉動角度在0度（關閉遮陽傘）；反之，則主機的PB5引腳發(fā)出一個低電平，使發(fā)光二極管停止工作，并且主機的PA6引腳設置PWM的占比，使舵機轉動角度在90度（打開遮陽傘）。若在自動模式下環(huán)境二氧化碳濃度大于環(huán)境二氧化碳濃度閾值，則主機直接輸出GPIO電平序列，使28BYJ-48步進電機正轉動90度（打開窗戶）；反之，使28BYJ-48步進電機逆轉動90度（關閉窗戶）；若環(huán)境存在異常的情況，則主機的PA0引腳會發(fā)出一個低電平，使蜂鳴器工作（報警）；反之，則主機的PA0引腳會發(fā)出一個高電平，使蜂鳴器停止工作。每個傳感器模塊傳給主機的數據值都可以在OLED顯示屏上通過按鍵2進行實時查看監(jiān)測。并且按下按鍵1后，系統(tǒng)進入設置模式，可通過按鍵3（+）、按鍵4（-）對環(huán)境的各個閾值進行調節(jié)。在主界面下，按下按鍵3，可進行手自動模式切換；長按按鍵4，可進入機智云配網模式。機智云配網成功后，可以在APP端對環(huán)境進行實時監(jiān)測和閾值的調節(jié)，并且也可通過界面模式切換按鈕進行手自動模式切換，在手動模式下，可按用戶的意愿實時控制發(fā)光二極管、風扇、水泵、蜂鳴器、步進電機、舵機的工作狀態(tài)。2.2.4系統(tǒng)硬件設計在智能溫室控制系統(tǒng)的硬件設計中，本方案采用STM32F103C8T6單片機作為主控芯片，整合環(huán)境傳感器、無線通信模塊、繼電器驅動模塊及電源模塊等硬件組件，形成集數據采集、遠程通信與智能控制于一體的硬件系統(tǒng)，從而實現大棚環(huán)境的遠程監(jiān)控與自動化管理。系統(tǒng)顯示界面簡潔，操作便利REF_Ref14432\r\h[4]。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示，其中，傳感器主要包括溫度傳感器、空氣和土壤濕度傳感器、光照傳感器和CO2傳感器等REF_Ref14481\r\h[5]。圖2STM32F103C8T6最小系統(tǒng)電路圖在STM32F103C8T6單片機芯片中，大量GPIO引腳支持多功能復用特性，例如PA9和PA10引腳可通過軟件設置，在普通GPIO模式與串口功能之間進行切換。當配置為普通GPIO時，這兩個引腳可作為輸入或輸出端口使用，滿足不同場景的功能需求。程序中大致端口設置如表1。表1端口設置PA0Buzzer（蜂鳴器）PA11MOTOR_APA8DHT11（溫濕度傳感器）PA12MOTOR_BPA4DS18B20（土壤溫度傳感器）PB3MOTOR_CPA5LDR（光敏電阻）PA15MOTOR_DPA1YL69（土壤濕度傳感器）PB12Relay1（繼電器_風扇）PB1OLED_SCL（顯示屏_時鐘線）PB13Relay2（繼電器_水泵）PB0OLED_SDA（顯示屏_數據線）PA6PWM(舵機)PB5LED（照明燈）PA9USART1_TX(printf)PB4KEY1PA10USART1_RX（printf）PB6KEY2PA2USART2_TX(giz)PB7KEY3PA3USART2_RX(giz)PB8KEY4PB10USART3_TX(JW01)PB9KEY5PB11USART3_RX(JW01)3模塊介紹3.1STM32F103C8T6單片機芯片系統(tǒng)選擇型號為STM32F103C8T6的主控芯片，如圖3所示。該芯片被廣泛應用于工業(yè)自動化、醫(yī)療設備、智能家居和消費電子等多種領域，易于開發(fā)調試、功能強大、抗干擾能力強，可以根據不同應用場景和功能實現性能和功耗的平衡REF_Ref14572\r\h[6]。圖3STM32F103C8T6單片機模塊及芯片原理圖3.2溫濕度采集模塊本設計系統(tǒng)需要檢測環(huán)境溫濕度值，目前常用的溫濕度檢測傳感器有DHT11。采用數字式單總線溫濕度傳感器DHT11測量大棚內溫濕度，該傳感器可同時測量溫度和濕度，并以數字信號輸出，溫度測量范圍為0～+50℃，濕度測量范圍為20%RH～90%RHREF_Ref14644\r\h[7]。圖4溫濕度采集模塊及原理圖以下是DHT11溫濕度傳感器的參數：表2DHT11溫濕度傳感器的參數供電電壓DC:3.3-5.5V工作范圍(溫度)-0~+50°C量程范圍(濕度)20-90%RH溫度精度±2°C濕度精度±5%RH重復性溫度:±1°C；濕度:±1%RH遲滯(溫度)±0.3°C遲滯(濕度)±0.3%RH溫濕度傳感器傳輸時序：圖5DHT11溫濕度傳感器傳輸時序DHT11數據格式：圖6DHT11數據格式計算演練：(34)H+(01)H+(18)H+(8C)H=(D9)H在濕度數據處理中，高位8位整數部分為34H，低位8位小數部分為01H，經十進制轉換并組合后，得到實際濕度值為52.1%RH。對于溫度數據，當低8位的最高位（Bit7）為1時，表明數值為負值，例如圖6中通過該規(guī)則計算得出溫度為-24.12℃；若Bit7為0，則代表溫度為正值數據。3.3土壤濕度采集模塊YL-69土壤傳感器用于檢測土壤濕度，其表面經鍍鎳處理并加寬感應面積，不僅能增強導電性能，還可防止接觸土壤后生銹，進而延長使用壽命REF_Ref14749\r\h[8]。這款傳感器支持大范圍土壤濕度調控，通過電位器旋鈕可便捷設定濕度臨界值：當土壤濕度低于設定值時，DO端口輸出高電平；超過設定值時則輸出低電平。同時，小板的模擬信號輸出端AO可接入AD模塊，經AD轉換后能精準獲取土壤濕度數據。傳感器內部集成LM393芯片作為比較器核心元件，構建了穩(wěn)定可靠的信號處理機制，保障了長期運行的穩(wěn)定性。圖7YL-69土壤傳感器模塊及原理圖針對土壤濕度的測量，本設計采用YL-69傳感器作為檢測單元，其通過單一導線向單片機IO端口傳輸模擬電壓信號，該信號需經單片機內部A/D轉換模塊處理后才能得到土壤濕度值。在硬件連接上，將土壤檢測傳感器的模擬量輸出端AO與單片機PA0引腳（ADC通道）直接相連，通過模數轉換過程實現濕度數據的精確采集。單片機利用GPIO口對檢測模塊進行控制，并將轉換后的濕度值實時顯示在OLED屏幕上，為用戶提供直觀的監(jiān)測數據。3.4JW01-CO2檢測模塊這款用于檢測空氣中二氧化碳濃度的傳感器模塊，廣泛適用于室內空氣質量評估、智能家居系統(tǒng)集成以及溫室氣體監(jiān)測等場景。其核心技術基于非分散紅外（NDIR）原理，可對350~2000ppm濃度范圍內的CO?進行測量，具備測量精度高、響應速度快的顯著優(yōu)勢。在通信接口設計上，模塊采用串口通信方式，能夠與單片機或其他外部設備實現穩(wěn)定的數據通信與控制指令交互。注意：初次上電使用建議需預熱5-10分鐘以上進行測試。圖8CO2濃度檢測模塊以下是JW01二氧化碳\t"/qq_44016222/article/details/_blank"傳感器的參數：表3JW01二氧化碳\t"/qq_44016222/article/details/_blank"傳感器的參數參數詳情型號JW01-CO2-V2.2工作電壓5.0±0.2VDC工作電流≤80mA量程350-2000PPM工作溫度-10~40°C探測氣體二氧化碳預熱時間60s引腳原理介紹：表4JW01二氧化碳\t"/qq_44016222/article/details/_blank"傳感器引腳介紹接口定義（UART）端口名接口用途端口1接電源負極（-）端口2接電源正極（+）端口3A（RX）-接收數據端口4B（TX）-發(fā)送數據通訊協(xié)議參數詳情波特率9600bps數據位8位停止位1位校驗位無串口\t"/qq_44016222/article/details/_blank"數據流格式：表5JW01二氧化碳\t"/qq_44016222/article/details/_blank"傳感器串口\t"/qq_44016222/article/details/_blank"數據流格式B1B2B3B4B5B6含義模塊地址TVOC高TVOC低滿量程高滿量程低校驗和數值2Ch0XXh0XXh03h0FFh0XXhB1的內容(2C)H是模塊定地址。計算公式如式（1）、（2）：校驗和(B6)=uniC02氣體濃度值(PPM)=(C02濃度高(B2)?256+C02濃度低(B3))數據范例：以式（3）、（4）為例，當讀取到的十六進制數值依次為(2C)H、(01)H、(90)H、(03)H、(0FF)H、(BF)H時，可按既定算法得出如下計算結果：校驗和(BF)H=(2C)H+(01)H+(90)H+(03)H+(0FF)HC02數值:B2?256+B3=(使用STM32F103C8T6讀取JW01二氧化碳傳感器采集的數據，通過串口發(fā)送至電腦，將讀取得到信息數據同時在OLED上顯示。3.5GL5516光照強度檢測模塊光敏電阻式光線亮度傳感器模塊支持3針及4針兩種接口配置，采用高精度比較器實現信號輸出，具有波形質量優(yōu)、驅動能力強（≥15mA）的特點。其AO模擬信號輸出端與芯片AD引腳相連，通過AD轉換可精確獲取環(huán)境光照強度數據；DO數字信號輸出端遵循TTL電平標準，當環(huán)境光線未達到預設亮度閾值時，DO端輸出低電平信號。閾值調節(jié)功能通過電位器實現：順時針調節(jié)電位器，檢測亮度的觸發(fā)閾值增大；逆時針調節(jié)電位器，檢測亮度的觸發(fā)閾值減小。圖9光照強度檢測模塊GL5516光照強度檢測模塊軟件轉換光照強度部分代碼（含注釋）：//獲取平均的ADC值并轉換為電壓值。voltage=LDR_Average_Data();voltage=voltage/4096*3.3f;//根據電壓值計算光敏電阻的阻值。R=voltage/(3.3f-voltage)*10000;//根據光敏電阻的阻值計算光照強度（勒克斯，Lux）。*Lux=40000*pow(R,-0.6021);圖10光照強度檢測模塊原理圖引腳描述：圖11光照強度檢測模塊引腳說明3.6OLED顯示屏模塊針對通信方式的選擇，主要有8位并行通信和2線制I2C串行通信兩種技術路線?？紤]到系統(tǒng)對單片機I/O資源優(yōu)化利用及連接方式簡化的需求，本設計采用2線I2C串行連接方案。其顯著優(yōu)勢在于通過極簡的雙線硬件架構實現高效數據傳輸，在減少接口占用的同時，完美適配系統(tǒng)小型化、集成化的設計目標。顯示模塊方面，普通LCD顯示屏無法滿足產品對尺寸的嚴格要求，因此項目特別選用0.96寸OLED顯示屏作為顯示模塊。關于I2C數據傳輸原理，可通過時序圖清晰理解：當控制線保持高電平且數據線由高電平（1）跳轉為低電平（0）時，觸發(fā)開始信號，隨后傳輸的7位數據為從機地址，第8位用于標識數據傳輸方向（讀/寫），共同構成一個完整字節(jié)，以此確定目標設備及傳輸方向；當控制線為低電平且數據線由低電平（0）跳轉為高電平（1）時，觸發(fā)停止信號，結束本次數據傳輸。圖12OLED顯示屏模塊及原理圖引腳名稱描述VCC供給電壓3~5VSCLI2C總線時鐘線SDAI2C總線數據線GND電源地

以下是\t"/qq_44016222/article/details/_blank"OLED顯示屏的參數和引腳描述：表6\t"/qq_44016222/article/details/_blank"OLED顯示屏的參數 表7OLED顯示屏引腳描述項目詳情尺寸0.96寸模塊電壓DC:3~5V分辨率128×64驅動SSD1306管腳數4針接口IIC工作溫度-20°C~70°C3.7風扇模塊（直流5V）作為高效散熱組件，這款直流風扇以高轉速、大風量、低噪音、低能耗及低震動為核心優(yōu)勢，提供DC5V和DC12V兩種電壓規(guī)格型號，適配不同電力系統(tǒng)。產品尺寸涵蓋40~120mm，可靈活應用于對安裝體積有不同要求的場景。使用STM32F103C8T6通過控制繼電器模塊來控制5V風扇模塊完成開關的操作。圖13風扇模塊3.8水泵模塊（直流5V）水泵模塊（Pump）通常指液體輸送系統(tǒng)中負責提升和傳輸流體的功能組件，可將水或其他液體從低處泵送至高處，在建筑給排水、工業(yè)流程、農業(yè)灌溉及家用設備等領域具有廣泛應用。該模塊的核心部件涵蓋電動機、葉輪、泵殼、吸入閥（入口閥）及排出閥（出口閥）等，通過電動機驅動葉輪旋轉產生動力，配合泵殼與閥門結構實現流體的穩(wěn)定輸送。使用STM32F103C8T6通過控制繼電器模塊來控制5V水泵模塊完成開關的操作。圖14水泵模塊3.92路5V繼電器模塊

繼電器（電驛）屬于電子控制元件，包含輸入回路（控制系統(tǒng)）和輸出回路（被控制系統(tǒng)）兩大組成部分。作為自動控制電路中的關鍵部件，其核心功能是借助低電流信號操控高電流電路的通斷，相當于一個“電力開關”，在電路中可發(fā)揮自動調節(jié)參數、保障系統(tǒng)安全以及切換電路狀態(tài)等重要作用。圖152路繼電器模塊及原理圖工作原理介紹：基于電磁感應原理，繼電器線圈通電時，電磁鐵產生磁力吸引銜鐵，壓縮復位彈簧并使金屬觸點與常開端子連接；線圈斷電后，電磁吸力消失，銜鐵在彈簧彈力作用下復位，常閉觸點恢復導通。考慮到繼電器正常工作需約50mA驅動電流，而STM32單片機IO引腳輸出能力僅8mA，直接連接無法觸發(fā)繼電器動作。三極管在此充當電流控制開關，通過調節(jié)基極輸入電流，可使其工作在截止（斷開）或飽和導通（導通）狀態(tài)，進而利用三極管集電極的大電流驅動繼電器線圈，實現單片機低功耗控制信號對繼電器高功率回路的間接操控。3.10蜂鳴器模塊蜂鳴器作為報警單元，在檢測到大棚環(huán)境參數超過設定閾值時立即啟動報警功能，通過自動控制機制或人工干預方式，及時對大棚內的溫度、濕度等參數進行調節(jié)，保障作物生長環(huán)境的穩(wěn)定性REF_Ref15219\r\h[9]。如圖16報警系統(tǒng)模塊硬件電路圖所示。圖16蜂鳴器模塊及原理圖3.11DS18B20溫度傳感器模塊作為美國Dallas公司的典型產品，DS18B20單總線數字溫度傳感器REF_Ref15379\r\h[10]，以體積小、精度高、抗干擾能力強為顯著特征，具備低功耗運行與高性能數據采集能力，支持多傳感器組網實現多點測溫，可便捷適配各類微處理器。其工作電壓范圍為3.0-5.5VDC，分辨率可通過編程在9位至12位之間靈活調整，測溫范圍達-55℃~125℃，分辨率精度高達0.0625℃，適用于對溫度測量精度和穩(wěn)定性要求較高的應用場景REF_Ref15412\r\h[11]。圖17DS18B20溫度傳感器模塊及原理圖引腳描述：表8DS18B20溫度傳感器模塊引腳描述引腳名稱描述VCC供給電壓5VGND地線I/O數字信號線工作時序：單總線通信作為半雙工模式，在DS18B20傳感器的通信協(xié)議中定義了6類信號：復位脈沖、應答脈沖、寫0、寫1、讀0和讀1。除應答脈沖由從機（傳感器）在接收到復位信號后主動反饋外，其余信號均由主機（如單片機）發(fā)起并控制通信節(jié)奏。特別地，數據傳輸時遵循“低位先行”的規(guī)則，即每個字節(jié)的最低有效位（LSB）優(yōu)先發(fā)送，確保主機與傳感器之間的命令和數據按既定時序準確傳輸REF_Ref16300\r\h[12]。3.12WIFI模塊由ALIENTEK研發(fā)的ATK-ESP8266模塊是一款高性能UART轉WiFi解決方案，板載ai-thinker原廠ESP8266芯片，具備穩(wěn)定的無線通信能力。該模塊通過國際權威的FCC（美國聯邦通信委員會）和CE（歐盟符合性認證）認證，完全符合歐美市場的技術規(guī)范，可直接嵌入出口產品中實現全球化部署REF_Ref16610\r\h[13]。無線通信電路的核心功能是實現STM32單片機與手機APP的雙向數據交互，將大棚內的實時環(huán)境參數（包括溫度、濕度、光照強度等）實時同步至手機端，并支持用戶通過APP對大棚設備進行遠程手動調控。系統(tǒng)采用ESP8266高性價比WiFi模塊作為通信橋梁，其內置完整的TCP/IP協(xié)議棧，能夠穩(wěn)定實現設備端與移動端的網絡連接，為遠程監(jiān)控與控制提供可靠的通信支撐，具有STA模式、AP模式和STA+AP混合模式等3種工作模式。在STA模式下，ESP8266模塊通過路由器連接互聯網，手機或電腦通過互聯網實現對設備的遠程控制；在AP模式下，ESP8266模塊作為熱點，手機或電腦直接與模塊通信，實現局域網無線控制；在STA+AP模式下，2種模式共存REF_Ref16649\r\h[14]。在系統(tǒng)設計中，ESP8266WiFi模塊工作于STA（客戶端）模式，通過STM32的USART1串口建立通信連接，實現與單片機的數據交互。圖18所示的ESP8266串口燒入器（即程序下載工具），可通過串口對模塊進行固件燒錄及初始化配置，確保通信功能的穩(wěn)定運行。圖18ESP8266WIFI模塊以下是ESP8266-01S模塊的參數：表9ESP8266WIFI模塊參數項目詳情型號ESP8266-01S使用電壓3.0~3.6VWIFI模式STATION/AP/STATION+AP通信距離100M天線PCB板載天線SPIFLASH1MB天線標準802.11B/G/N原理圖：圖19ESP8266WIFI原理圖引腳描述：圖20ESP8266WIFI引腳描述表10ESP8266WIF引腳說明引腳名稱描述GNDGNDIO2通用IO內部已上拉IO0工作模式選擇RXD串口接收3V3電源正極3.3VRST復位EN使能TX串口發(fā)送ESP8266基礎\t"/qq_44016222/article/details/_blank"AT指令介紹：表11ESP8266WIFI基礎\t"/qq_44016222/article/details/_blank"AT指令指令說明發(fā)送示例返回結果AT測試AT是否OKATOKAT+GMR返回固件版本信息AT+GMRATVersion:...AT+RST軟重啟模組AT+RSTOKAT+CWMODE設置模塊WIFI模式AT+CWMODE=1設置為STA模式AT+CWMODE=2設置為AP模式AT+CWSAP設置模塊的AP參數AT+CWSAP="SSID","password",1,4賬號為SSID，密碼為password，通道號為1，加密方式為WPA_WPA2_PSKAT+CIPMUX開啟多連接AT+CIPMUX=1OKAT+CIPSERVER建立服務器AT+CIPSERVER=1,8086開啟SERVER模式，設置端口為80863.1328BYJ-48步進電機

步進電機（STEPMOTOR）作為自動控制領域的核心執(zhí)行機構，能夠將電脈沖信號轉換為精確的角位移，通過控制轉子轉動實現機械位置的精準調節(jié)，在自動化系統(tǒng)中扮演執(zhí)行器角色。其工作原理基于脈沖驅動特性：每當輸入一個電脈沖，電機即產生一個固定步距的轉動，故又稱脈沖電動機。該類電機憑借高精度控制優(yōu)勢，廣泛應用于數字計算機外設、打印機、繪圖儀、磁盤驅動器等設備中。以下是28BYJ48步進電機的技術參數說明：表1228BYJ48步進電機的參數項目參數型號28BYJ48工作電壓5V直徑28mm驅動方式ULN2003相電阻50±10%步進角度5.625°/64型號代表含義：28——最大外徑是28毫米B——表示是步進電機Y——表示是永磁式J——表示是減速型48——表示四相八拍工作原理介紹：步進電機的旋轉基于離散的脈沖驅動機制，每個輸入的電脈沖信號對應一個固定的轉動角度（即步距角）。其控制需通過步進驅動器實現：驅動器作為信號轉換橋梁，接收來自控制器（如單片機）的脈沖指令后，將其轉換為電機各相的激勵信號（相位信號），從而驅動電機按照預設的步距角完成精確轉動，滿足自動化系統(tǒng)對位置控制的高精度需求。圖2128BYJ-48步進電機內部結構圖ULN2003驅動模塊原理圖：圖22ULN2003驅動模塊原理圖引腳描述：表13ULN2003驅動模塊引腳名稱描述VCC供給電壓DC5VIN1驅動信號1IN2驅動信號2IN3驅動信號3IN4驅動信號4 3.14sg90舵機模塊表14sg90舵機模塊高電平持續(xù)時間與旋轉角度表14sg90舵機模塊高電平持續(xù)時間與旋轉角度高電平持續(xù)時間/ms舵機角度/°0.501451.59021352.5180 圖23sg90舵機模塊 舵機的控制原理基于伺服反饋機制：內部基準電壓與單片機輸入的PWM信號經比較器處理，生成誤差電壓信號，其正負值決定電機驅動芯片的轉向控制。電機通過減速齒輪組帶動電位器旋轉，電位器作為位置反饋元件，將輸出軸角度轉換為電壓信號并反饋至比較器，形成閉環(huán)調節(jié)。當PWM信號對應的目標角度與電位器反饋的實際角度一致時，誤差電壓歸零，電機停止轉動，從而實現輸出軸在指定角度的穩(wěn)定鎖定。REF_Ref17113\r\h[15]。引腳連接：sg90舵機的三根引腳定義如下：紅線（電源正，VCC）、棕線（電源地，GND）、橙線（控制信號線）。典型應用中使用5V電源供電，將信號線接入單片機的PWM功能引腳，由單片機向該引腳輸出脈寬調制信號，進而控制舵機的轉動角度?？刂品椒ǎ篠G90舵機的角度調節(jié)依賴于PWM信號的占空比變化。其控制信號周期固定為20ms，高電平持續(xù)時間需在0.5ms至2.5ms范圍內：當高電平持續(xù)0.5ms時，舵機轉向0°基準位置；持續(xù)2.5ms時，轉向180°極限位置（中間值對應線性角度變化）。通過單片機生成符合該時序的PWM波形，即可驅動舵機輸出軸旋轉至目標角度并保持定位。高電平持續(xù)時間與旋轉角度的對應關系如表14。要使用sg90，首先要配置定時器，產生PWM。上面說，控制sg90需要一個20ms左右的脈沖，也就是說PWM的周期為20ms左右。計算一下可以知道，配置定時器時，預分頻系數設置為71，自動重裝載值設置為1999。我們初始化TIM4的通道1來控制sg90。PWM引輸出腳映射到PA6。3.15機智云3.15.1創(chuàng)建設備（1）注冊登陸

請自行注冊賬號并登陸，這里不作展開。（2）創(chuàng)建產品進入開發(fā)者中心，點擊創(chuàng)建產品：以照明產品為例，創(chuàng)建一個自定義方案的燈，如下：圖24機智云創(chuàng)建產品填寫產品屬性定義信息：圖25機智云產品屬性定義信息創(chuàng)建之后，顯示如下：圖26建完成界面點擊“去編輯”，創(chuàng)建數據點，如下：以創(chuàng)建LED燈為例，由于LED燈只有開關2個狀態(tài)，因此是布爾型（bool），同時LED是可以控制開關的，因此是讀寫類型是“可寫”。圖27創(chuàng)建數據點（3）生成代碼產品創(chuàng)建完成后，點擊左右功能欄的“MCU開發(fā)”：圖28生成代碼操作步驟一選擇硬件平臺型號、ProductSecret，如下：圖29生成代碼操作步驟二圖30生成代碼操作步驟三生成代碼成功。（4）代碼驗證代碼驗證工作主要包括硬件條件搭建和代碼實測兩大步驟。在硬件準備階段，需完成STM32主控板與傳感器、繼電器、顯示屏等外設的電路連接調試，同時對WiFi模塊（如ESP8266）燒錄機智云物聯網平臺適配固件，確保模塊具備接入云端的通信能力，為后續(xù)代碼燒錄后的聯調做好準備。（5）WiFi模組燒錄由于機智云平臺的連接協(xié)議不是開放的，因此我們自行實現連接到云平臺，只能按照它的要求，燒錄其定制的固件到WiFi模塊，這樣才能正確連接。（6）硬件連接固件燒錄的WiFi模塊與串口模塊接線圖：圖31ESP8266與串口連接原理圖3.15.2固件燒錄打開燒錄工具：ESPFlashDownloadTool_v.exe在文件夾：安信可ESP8266系列模組資料\燒錄工具\FLASH_DOWNLOAD_TOOLS_V\打開后如圖：圖32固件燒錄一選擇ESP8266DownloadTool:圖33固件燒錄二燒錄文件選擇機智云提供的固件：GAgent_00ESP826_04020034_8MbitUser1_combine_201806091441.bin其他配置項如上圖所示。點擊START開始燒錄。等待完成即可。3.15.3連接云平臺（1）APP下載進入機智云官網，找到調試APP，可通過二維碼下載，如下：圖34機智云APP下載（2）APP給設備配網打開APP，先注冊登陸，登陸成功后，如圖35：點擊添加設備，如圖36：選擇一鍵配網點擊下一步，模組類型選擇“樂鑫”，進入以下界，如圖37：提示將設備調試到待連接狀態(tài)。此時將設備上電后，長按一下KEY4按鍵，再點擊“我已完成上述操作”。進入下一步的界面如下：連接上熱點后，再返回APP，可見正在搜索連接設備中，如圖38：圖35機智云APP注冊登陸圖36機智云APP配網一圖37機智云APP配網二圖38機智云APP配網三等待連接成功。但經常會出現提示配置超時，但實際上是成功的，此時可點擊取消，回到主界面看是否有添加到新設備，若有新設備則表示配網成功。4系統(tǒng)調試及實驗結果通過以上幾個章節(jié)的設計，最終完成智能大棚檢測控制系統(tǒng)，在對系統(tǒng)上電之前，首先應當檢查各模塊間接線是否良好，是否有短路、接觸不良等現象。檢查完畢后，便可以對各模塊上電工作。4.1各個硬件模塊功能測試用ST-LINK將工程代碼編譯后無報警無錯誤下載到最小系統(tǒng)板中，檢測各個模塊是否滿足功能。需要測試的模塊有：DTH11溫濕度采集模塊、YL-69土壤濕度采集模塊、DS18B20溫度檢測模塊、JW01-CO2檢測模塊、GL5516光照強度檢測模塊測試：測試是否能夠采集到數據，并且采集到的數據是否準確。OLED顯示屏模塊測試：是否能夠正常顯示文字和數字，刷新是否正常。2路5V繼電器模塊測試：電平變化時銜鐵是否能及時響應斷開閉合。28BYJ-48步進電機、sg90舵機模塊測試：是否能轉動設置的角度。蜂鳴器模塊測試：是否在異常情況能夠發(fā)出聲音。LED燈測試：是否可以點亮。供電模塊測試：使用萬用表測是否能夠正常提供各模塊的工作電壓。（8）ESP8266WIFI模塊測試：編寫好WIFI的串口代碼，使用手機機智云調試器軟件連接大棚的WIFI模塊，來測試WIFI是否能夠正常收發(fā)數據。4.2整體功能測試由前面每個模塊的功能測試，各個模塊都已經可以正常工作，接下來就是將全部模塊按分配好的引腳連接起來，根據系統(tǒng)功能的要求編寫好測試代碼，進行最終功能的測試。首先進行基礎版的測試，如圖48所示，通過按鍵調節(jié)各模塊參數的閾值，然后切換成自動模式后，觀察水泵、風扇、燈、步進電機、舵機、蜂鳴器是否按照需求工作。再打開機智云app，進入app后，將手機與大棚的WiFi模塊連接至同一個熱點，當檢測到系統(tǒng)為局域網在線時，如圖46，點擊進入，這個時候檢查頁面參數和閾值參數是否與OLED顯示屏對應，如圖49。檢查無誤后，在app控制頁面下對大棚系統(tǒng)進行控制操作，如圖47，觀察各模塊是否能做出響應。圖39大棚app入口 圖40app界面圖41調節(jié)參數 圖42參數對比圖5總結與展望5.1總結在自己的努力、同學的幫助以及老師的指導下，本次課程設計已全部完成。結果固然重要，但過程同樣珍貴——好的結果往往需要經歷艱辛的過程，而我從這一過程中收獲了寶貴的經驗與教訓。認真總結這些經歷，對自身能力將是一次質的提升?，F將此次課程設計的成果簡要匯報如下：（1）完成整個智能溫室大棚的系統(tǒng)設計（2）熟悉機智云平臺物聯網產品的搭建（3）掌握了WiFi模塊的使用（4）明白了各種傳感器的使用方法（5）對STM32的庫函數使用更加熟練，以及掌握內部資源的調用和IO口接外設使用。該智能溫室大棚系統(tǒng)以單片機作為主控制電路，用戶既能通過云平臺遠程監(jiān)控溫室環(huán)境，也能通過按鈕操控水泵、風扇、LED燈、步進電機等設備，以此調節(jié)溫室內的環(huán)境。依據設計方案，項目詳細闡釋了單片機的控制原理、各類傳感器的使用方式以及WiFi模塊的配置方法，并設計了對應的硬件電路和系統(tǒng)軟件。測試結果顯示，所設計的電路和軟件能夠實現基本的功能測試。5.2展望智能溫室大棚的環(huán)境參數檢測與控制是一項融合多領域技術的復雜工程，涉及傳感器技術、數據采集、傳輸、通信及測控等學科。本文設計的基于機智云云平臺的智能農業(yè)溫室大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)，雖實現了多傳感器數據采集與多執(zhí)行器控制，但受個人能力、時間等因素限制，控制算法仍需優(yōu)化。未來，系統(tǒng)可引入大數據分析模型，構建智慧農業(yè)綜合平臺，拓展更多類型傳感器與控制裝置，并推廣至更廣泛的智慧農業(yè)場景。當前大棚設計尚不完善，轉化為實際產品需持續(xù)努力，后續(xù)將針對系統(tǒng)開展進一步研究與優(yōu)化。本研究通過物聯網技術，為智慧農業(yè)大棚監(jiān)測提供了一套可行的解決方案。參考文獻祖一康,徐妙婧.基于嵌入式的溫室大棚環(huán)境智能控制系統(tǒng)設計[J].智能處理與應用,2024,26(12):107.王紅杰.智能控制溫室大棚實際應用探究[J].河北農業(yè),2023,(10):78-79.楊婧暄.我國農業(yè)大棚現狀及未來發(fā)展趨勢[J].種子科技,2023,(14):143.趙圓圓.基于STM32溫室大棚控制系統(tǒng)設計[J].智慧中國,2022,(2):74-75.張吉圭.基于STM32的大棚種植環(huán)境參數物網監(jiān)控系統(tǒng)[J].智慧農業(yè)導刊,2021,1(4):25.楊明川,劉懷強,孫長平.基于STM32單片機的智能大棚監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].自動化應用,2024,65(22):174.李志偉,東偉,黃雙成.基于DHT11的農業(yè)大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2021,(1):39-43.羅穎惠,杜曉婷,黃子露.可編程自動澆花系統(tǒng)設計與實現[J].無線互聯網科技,2020,(02):50.陳啟和,陶玲,唐艷.蔬菜大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].自動化應用,2024,65(7):192.劉海萍,蘇世彬.基于DS18B20的溫度采集系統(tǒng)設計[J].科技信息,2009,(11):26.張仲明,郭東偉,呂巍,張立明.基于DS18B20溫度傳感器的溫度測量系統(tǒng)設計[J].實驗技術與管理,2018,35(5):77.朱奕丹,倪浩如.基于單片機控制的高精度多點溫度檢測顯示系統(tǒng)[J].自動化儀表,2008,(8):59.于邵杰,張偉,莊欣,周凡雨夢,宋玉鑫.網絡對戰(zhàn)智能拳擊靶的設計[J].計算機科學與應用,2021,(1):95-100.曾當兵.基于物聯網的自動喂魚機設計[J].電子世界,2018,(2):36-37.杜永峰,林思潮,張善凌.基于單片機的智能停車場系統(tǒng)設計[J].電子測試,2020,(16):20-21.附錄部分源代碼（主函數）：intmain(void){ ADCX_Init(); Timer2_Init(9,14398); Uart2_Init(9600); Uart1_Init(115200); Uart3_Init(); IWDG_Init(); //初始化看門狗 LDR_Init(); YL69_Init(); OLED_Init(); DHT11_Init(); LED_Init(); Buzzer_Init(); Relay_Init(); MOTOR_Init(); Servo_Init(); HW_Init(); Key_Init(); Sensorthreshold.CO2Value=FLASH_R(FLASH_START_ADDR); //從指定頁的地址讀FLASH Sensorthreshold.luxValue=FLASH_R(FLASH_START_ADDR+2); //從指定頁的地址讀FLASH Sensorthreshold.tempValue=FLASH_R(FLASH_START_ADDR+4); //從指定頁的地址讀FLASH Sensorthreshold.humiValue=FLASH_R(FLASH_START_ADDR+6); //從指定頁的地址讀FLASH Sensorthreshold.soilTempValue=FLAS