智慧大棚温湿度监测系统设计与实现

目录TOC\o"1-2"\h\z\u\f摘要 IAbstract II第1章 引言 51.1 选题背景与研究意义 51.2 国内外研究现状 51.3 本文的研究内容与主要工作 71.4 本文的论文结构与章节安排 8第2章 系统方案设计 102.1 系统需求分析 102.2 智慧大棚温湿度监测系统总统方案设计 112.3 系统可行性分析 112.4 无线通信技术 122.5 本章小结 14第3章 系统硬件设计 153.1 系统结构与框图 153.2 STM32单片机选型与接口设计 163.3 传感器模块设计 183.4 显示与指示模块设计 203.5 电源管理与供电设计 213.6 WIFI模块ESP8266 233.7 本章小结 24第4章 智慧大棚温湿度监测系统软件设计 254.1 系统软件设计 254.2 嵌入式软件设计 254.3 手机APP界面及功能设置 294.4 本章小结 30第5章 系统的实验与调试 315.1 硬件调试 315.2 系统的功能测试 335.3 本章小结 35第6章 总结与展望 366.1工作总结 366.2研究展望 36参考文献 38致谢 39随着物联网技术的迅速发展和广泛应用，其在农业领域的应用也呈现出巨大的潜力和前景。随着全球气候变化和农业生产方式的转变，温室大棚作为现代农业生产的重要设施，其内部环境的稳定对农作物的生长至关重要。温度和湿度是植物生长的决定性因素，因此，在大棚中实时监测和调节它们是很重要的。同时，物联网技术的快速发展为这一目标的实现提供了有力的技术支持。温湿度大棚监测系统不仅有助于提高农作物的产量和质量，还具有重要的实际应用价值和理论意义。该系统实时监测和调节大棚内的温度和湿度，为植物创造最佳的生长环境，提高产量和质量。物联网技术的应用还可以实现大棚的自动化和智能管理，从而减少人工干预，提高农业生产效率。此外，该系统的研究和应用还可以促进农业物联网技术的进一步发展和改进，为农业生产提供更高效、更智能的服务。最后，通过精确管理大棚环境，可以减少水、化肥和其他资源的浪费。这将降低农业生产成本，提高效率，促进农业的可持续发展。国内外对温室智慧大棚的研究有所不同。国外的工业化国家很早就开始使用计算机和信息技术，智能农业的研究已经进行了很长时间，农业现代化以多种方式进行。在美国，农业已经采用了智能、机械化和大规模农业的发展模式。在日本，重点是资源节约型和科技密集型的集约化农业。在欧盟国家，综合生产和机械技术已经融合成一种独特的混合农业模式[2]。在美国，物联网技术广泛应用于农业，尤其是玉米、大豆和甜菜等作物的种植。农业物联网系统实时监控农作物的生长环境，包括土壤条件、二氧化碳浓度、空气温度和湿度，通过共享数据，农民可以做出科学的决策。此外，农民还可利用农业卫星和生物量测绘系统及时发现并解决作物生长问题。这确保了植物的健康生长。法国等欧盟国家已经建立了智能农业管理系统，这些系统实时监测气象数据，并通过气象卫星将其发送到监测站。该系统结合了信息融合和决策技术，对气候灾害提供早期预警，预测病虫害和疾病，并提供预防和控制方案[2]。此外，该系统还收集和分析耕地生态因素的信息，以优化植物的生长条件。日本的温室栽培技术在亚洲也取得了重大进步。与荷兰的温室花卉技术类似，日本对环境因素进行监测、上传和分析，并通过计算机控制系统进行处理，从而实现光照补充、温度控制和加湿等操作的自动化。这些技术不仅提高了农业生产效率，也为农民带来了巨大的经济效益。由于中国地域多样，南北气候差异显著，农业机械和温室大棚控制系统需要利用适合当地条件的栽培和种植技术来提高作物产量。中国是目前世界上最大的温室大棚国家，占全球温室大棚面积的2/5。在中国南方，塑料大棚主要用于花卉苗木生产，而在北方，日光温室主要用于蔬菜种植，有些温室也用于育苗。中国温室大棚的发展经历了几个重要阶段。20世纪70年代，塑料温室大棚开始出现，温室大棚的种植逐渐开始。上世纪80年代，中国在全国范围内开展了广泛的温室大棚管理系统研究。然而，由于当时的技术限制，只能控制一种环境因素。20世纪90年代，中国开始将计算机技术融入温室大棚控制系统，以显著提高控制效果。政府还建立了许多高科技园区，以促进温室大棚管理技术的发展。随着时间的推移，国内科学家和机构对温室大棚控制体系进行了补充和完善，逐渐形成了具有中国特色的温室控制体系[7]。近年来，学者们在这一领域取得了显著进展。例如，2020年，邹斌开发了一种基于ZigBee和NB-IoT网络的温室大棚无线监控系统，实现了远程监测和控制功能[11]。2021年，王凯、刘子杰等人开发了一种以nRF24L01芯片为通信核心的温室智能大棚监测系统，解决了传统大棚温湿度检测的问题，提高了检测效率[1]。2022年，刘小滨、刘寅、沈文浩等人设计了一种利用ESP8266Wi-Fi模块和手机APP连接的温室大棚监测系统，实现了远程、快速、实时的监控[6]。虽然中国温室大棚的发展取得了显著的进展，但仍有许多方面需要改进。与发达国家相比，中国温室大棚的科学技术水平还有待提高。专业人员相对较少，温室大棚的功能也相对简单。此外，中国温室大棚控制系统的传感器精度不足，标准不统一，这导致了生产效率低下。与此同时，对智能控制系统的投资不足，国内相关企业数量有限，技术水平一般不高,这给智能控制的实施带来了一定的困难。为了解决这些问题，我国自主研发了智能监控系统，并取得了一定的进展。但与先进国家相比，还存在一定的差距。温室智能控制系统涉及硬件和软件的开发，硬件设备以测量空气温度、湿度、土壤温度、土壤湿度和二氧化碳传感器为主。高精度的传感器大多依靠进口，增加了系统维护的成本。因此，我国温室智能控制系统在性价比、智能化程度、控制方法和研究方向等方面仍有待提高。智慧大棚温湿度控制系统基于手机应用程序，模拟温室的使用。传统的温室种植技术已经过时，需要人工干预来保持温度，在夏天打开和关闭通风口，在冬天燃烧木炭或天然气。这是一种消耗人力和物力资源的方法，减少了能源的使用，但也造成了环境污染。与此同时，与在温室中配置智能环境控制系统相比，种植蔬菜的成本、经济投资和效果之间存在很大差异。目前，生活的各个领域都在朝着国际化的方向发展，因此，按照国际标准进行农业技术改造势在必行。该硬件设备使用ST的ARM-STM32F103C8T6作为基于Cortex-M3架构的核心控制器。它包括一个电源模块、一个DHT11温度和湿度传感器模块、一个加热功能模块、一个ESP8266网络模块[4]。ESP8266网络模块将收集到的数据上传到手机应用程序，并实时显示各种环境数据。用户不需要进入温室来观察和操作它，他们可以直接通过手机上的应用程序远程控制设备，根据收集到的数据，来改变温湿度。本文共分为6章，章节内容安排如下：第1章引言。本章介绍了智慧大棚温湿度监测系统的研究背景和研究意义，以及国内外农业物联网和农业温室的研究现状，和研究的内容。第2章系统的方案设计。通过分析系统的整体功能，比较市场上三种常见的无线通信技术，确定使用WIFI技术并研究其可行性，提出了总体设计方案并确定了系统设计。第3章系统硬件的设计。详细阐述了温度控制系统的总体设计思路和硬件结构，然后详细介绍了主控模块、电源模块、传感器模块、光强检测模块、WIFI模块等主要部件。第4章系统软件的设计。介绍了系统的主要功能和主要组件的驱动程序。第5章系统的实验和调试。本文详尽地描述了系统的测试手段，并对功能进行测试。第6章总结与展望。总结了整个系统的设计、测试和其他工作，指出了现有系统的优缺点，并提出了进一步发展和改进的方向。智慧大棚温湿度监测系统是自上而下开发的。首先，必须确定和分析温室用户的实际需求，并在需求分析的基础上研究和设计系统的总体概念。系统的整体设计必须考虑系统实施的可行性，只有通过可行性分析才能最终确定系统的整体设计方案。智慧大棚温湿度监测系统主要用于监控大棚内的环境数据，当环境数据异常时可自动或手动进行调整。为实现上述目标，系统必须具备以下功能。收集大棚内的环境数据。为了实时了解植物的生长环境，我们重点关注对植物生长有重大影响的空气温度、湿度和光照强度等环境因素。通过使用空气温湿度传感器或光照强度传感器收集相关环境数据，这种方法取代了传统的人工测量方法，不仅降低了人工成本，提高了工作效率，还为实现自动化奠定了坚实的基础。传输环境数据。为了应对大棚管理的挑战，系统需要传输采集到的环境数据，以便用户通过互联网随时随地了解植物的生长状况。为实现数据采集和传输功能，我们采用了ESP8266WiFi数据传输模块，不仅实现了无人值守操作，还大大提高了用户管理大棚的效率。为了直观地向用户展示大棚内的各种环境数据，我们需要实现远程监控平台的功能。通过手机应用程序，我们可以远程控制设备，在手机应用程序中，我们可以设置远程控制设备的功能。用户可以通过手机app控制设备的开关、温湿度设置等功能。调节大棚环境参数的功能。如果大棚内的环境数据出现异常，系统会在自动控制模式下自动调整大棚内的环境，而用户也可以进行手动调整，确保植物在适宜的环境中生长，有效降低生产风险。系统的整体架构基于物联网的三层结构。采集层主要任务是收集大棚中的环境数据，并通过控制执行器的状态来调整大棚中的环境数据。传输层主要由ESP8266WiFi模块和服务器端接收器组成。ESP8266WiFi模块负责接收并上传传感器层采集的环境数据和服务器端接收器发出的控制指令，服务器端接收器负责接收ESP8266WiFi模块上传的环境数据和上层发出的控制指令。应用层：主要由一个远程监测平台组成，该平台负责大棚环境数据的可视化。这三层的相互作用，成功地满足了大棚监测系统的功能要求。在硬件可行性分析方面，目前市场上的传感器、微处理器和无线传输设备都具有精度高、性能可靠和价格低廉的特点。这些设备的质量已通过严格的市场测试得到保证，因此，本系统使用的硬件完全符合设计标准，从硬件角度看完全可以实现。在技术可行性分析方面，本研究中设计的智慧大棚温湿度监测系统将主要基于物联网技术。物联网技术现在我们的日常生活中无处不在，通过对物联网技术的深入分析，采集层使用不同的传感器在大棚中收集环境数据，而传输层通过ESP8266WiFi模块传输这些数据。最后，使用移动应用程序来可视化数据并控制温湿度。从技术的角度来看，这种设计解决方案是完全可行的。伴随着科技的不断发展，人们的日常生活变得更为便利，各式各样的无线通讯工具也逐渐进入了众多家庭。随着短程无线通讯技术的不断进步，物联网设备在我们的日常生活中得到了广泛应用，这包括了智能家居、农业和智能汽车等多个领域。蓝牙技术，起源于1994年爱立信公司的创意，旨在构建固定与移动设备间的短距离无线通信环境。如今，它已成为移动设备间数据交换的重要手段，尤其在智能手机领域应用广泛，如蓝牙耳机、手环和音箱等。蓝牙设备在2.4-2.4835GHz的频率范围内运行，其数据传输的距离大约是2-30米。每一台设备最多可以与７台其他的蓝牙设备连接，其数据传输的速度可以达到惊人的1Mbps。蓝牙技术的主要优势包括便捷的连接、低功耗以及高安全性。其采用即插即用方式，设备间可迅速建立连接，仅需数毫秒。蓝牙具备多种工作模式，特别是蓝牙4.0的低能耗技术，显著提升了设备续航能力。此外，蓝牙技术利用认证、加密和密钥管理确保安全，用户通过PIN码验证建立连接，确保数据传输的安全性。蓝牙技术的局限性包括：服务范围有限，通常在7米内通信效果良好，超过此范围会出现断点；传输速率虽在提升，但相较于WIFI等技术仍显不足；协议复杂，兼容性不高，尤其是蓝牙4.0的低能耗技术与部分老式设备不兼容。ZigBee技术是一种专为嵌入式设备设计的、成本低廉且功耗低的近距离无线通讯方法，该设备的工作频率主要集中在2.4GHz。在没有主要障碍物的情况下，有效范围为30至100米，传输速度可达250kbit/s。Zigbee技术的一大优点是其低能耗、成本低廉以及出色的网络构建能力。由于其较低的传输速度和休眠特性，该设备的功耗非常低，普通的两节5号电池能够持续工作12-24个月。同时，简单的协议和免费的ISM频段降低了成本。此外，Zigbee网络具备自组织和自愈能力，通信可靠，尤其适用于移动设备。ZigBee技术的局限性包括传输速率较慢，仅适用于低速率要求的系统，对于大量数据传输可能无法满足需求。此外，其信号穿墙能力较弱，易受到障碍物如隔板、门等的影响。基于IEEE802.11的标准，WIFI技术被认为是最普遍采用的无线通讯手段。这种技术通常是通过路由器来完成的，而移动设备则利用无线适配器将数据转化为无线电波，并通过天线进行传输。这些信号被无线路由器捕获后，会被转化为数据，并进一步传送至手机的APP上。用户只需在可以接收路由器信号的位置输入WIFI密码，便可以轻松接入互联网。 WIFI技术的显著优势包括：1、高速数据传输能力：速度高达300Mbps，确保实时、流畅的网络体验，满足现代生活和工作需求。2、广泛覆盖：直线传输距离达100-300米，移动性强，网络覆盖广泛，方便随时接入。3、高度兼容：WIFI已成为最普及的无线通信技术，广泛应用于各类场所，未来还将更加普及。WIFI技术存在安全性隐患，因为其采用射频技术，通过无线电波传输数据信号很容易被外部探测和接收。虽然数据可以加密，但如果数据包数量较多，仍有可能被解密。考虑到WIFI技术的广泛覆盖、高速传输和强大的障碍物穿透能力，以及本文研究的系统对安全性要求相对较低，同时WIFI技术具有良好的发展前景，能够适应物联网时代的需求，因此本文选择了WIFI技术作为短距离无线传输方案。本章分析了系统的需求，确定了智慧大棚温湿度监测系统的总体设计方案，阐述了系统的工作原理和流程，分析了系统的可行性，最后介绍了三种短距离无线通信技术，并根据本文的要求选择了WIFI通信技术。上一章包括系统需求分析、可行性分析和整个系统的设计。本章主要介绍系统的硬件，首先是总体硬件结构，然后详细介绍系统的主控制模块、传感器模块和WIFI模块。系统结构的设计在温室大棚智能控制系统中扮演着至关重要的角色。一个合理的系统结构不仅能够提高系统的稳定性和可靠性，还能够实现更加精准和高效的控制。智慧大棚温湿度监测系统的系统架构基于嵌入式系统设计原则和物联网技术构建。系统的主要组成部分包括以下几个方面：（1）STM32微控制器：作为主控单元，负责整个系统的控制和数据处理。（2）传感器模块：包括DHT11温湿度传感器、GL5506光敏电阻和ADC0832模块，用于检测环境参数。（3）显示和指示模块：包括LCD1602显示模块和LED指示模块，用于显示环境数据和系统状态。（4）ESP8266WiFi模块：用于无线数据传输和与手机APP通信。（5）电源管理单元：其主要功能是确保供电的稳定性并对系统电源进行管理。系统架构的设计旨在实现数据采集、处理、传输、远程控制和报警功能，以满足用户的需求。系统框图展示了各个硬件组件之间的连接和交互关系，如图3-1。在系统框图中，可以看到各个模块之间的连接。传感器模块通过适当的接口与STM32单片机连接，将温湿度和光照度数据传输给STM32单片机。STM32单片机负责数据处理和控制外部设备，如风扇、水泵。同时，LCD1602显示模块用于显示实时环境数据，LED指示灯模块提供系统状态指示。WIFI模块ESP8266通过无线连接与手机APP通信，实现远程监测和控制。这个系统框图清晰地展示了系统各个部分之间的联系，有助于理解系统的整体工作原理。图3-1系统框图在设计智慧大棚温湿度监测系统时，我们选定了STM32F103C8T6单片机作为主要的控制模块。该单片机型号具有一系列适用于嵌入式系统的特点，满足了系统性能和外设支持的需求。STM32F103C8T6单片机的主要特点和原理图如下：图3-2STM32F103C8T6单片机原理图（1）Cortex-M3内核：该单片机搭载了Cortex-M3内核，提供了足够的计算能力和性能，适用于本系统的要求。（2）闪存和RAM：单片机内置了64KB闪存和20KB静态RAM，可用于存储程序代码和运行时数据。（3）外设接口：它提供了多个通用I/O引脚、串口、SPI、I2C、PWM和ADC等外设接口，方便与传感器模块和其他硬件组件连接。（4）低功耗特性：STM32F103C8T6单片机支持多种低功耗模式，有助于系统的节能设计，延长设备的使用寿命。（5）丰富多样的中断与定时器：该设备配备了多个中断通道和定时器，以便于实现系统的高级控制功能。为了与其他硬件模块连接和通信，我们设计了适当的接口。以下是主要的接口设计方面：（1）GPIO接口：用于连接LED指示灯模块，以便显示系统状态。（2）UART接口的功能是连接WiFi模块ESP8266，从而实现与手机APP之间的通讯。（3）I2C接口的主要功能是：连接DHT11温湿度传感器与LCD1602显示模块，从而实现温湿度数据的采集和控制显示功能。（4）ADC接口的功能是：连接ADC0832模块，并将模拟传感器的数据转化为数字格式，供单片机进行处理。这些接口的设计考虑了数据传输速度、可靠性和电气兼容性，以确保与其他硬件模块的稳定连接。通过选择STM32F103C8T6单片机，并设计适当的接口，我们确保了系统的高性能和稳定性，为后续的硬件系统设计奠定了坚实的基础。传感器的选择对于温室大棚智能控制系统的准确性和可靠性具有决定性的影响。温度与湿度都是决定植物生长的核心环境要素，并且它们之间有着紧密的互动关系。在对大棚环境数据进行测量的过程中，温度和湿度的波动应被同步考虑。为了增强测量的精确度和高效性，我们建议采用集成的温湿度传感器。为了达成这个目标，我们选择了DHT11温湿度传感器，DHT11具有出色的集成能力，可以同时监测环境温度和湿度，并快速将模拟数据转换为数字输出。此外，DHT11与控制器之间的连接非常简单，DATA引脚连接到控制器的GPIO引脚，并通过控制器的电源电路提供VCC和GND即可。图3-3显示了记录温度和湿度数据的电路。DHT11是一个配备了经过校准的数字信号输出的温湿度传感器，该传感器由一个电阻型感湿部件和一个NTC温度测量部件组成。DHT11具有3.5-5V的工作电压区间和0-50°C的温度测量范围，其整体误差大约是2°C；传感器能够测量的湿度范围是20%-90%RH，而其测量误差大约是5%RH。图3-3DHT11原理图光敏电阻GL5506是一种直径为5mm的光电检测元件，具有响应速度快、结构简单、成本低、有良好的密封性和耐环境性能、高可靠性、灵敏度高、光普特性好的特点。GL5506光敏电阻的工作原理是基于光致电导效应。当光照射到光敏电阻上时，光子能量激发了光敏材料中的电子，使其跃迁到导带中，导致电阻值发生变化。光敏电阻的电阻值与光照强度成反比关系，光照越强，电阻值越小;光照越弱，电阻值越大。光敏电阻的电路如图3.5所示。图3-5GL5506光敏电阻电路图在智能环境监测与控制系统中，显示与指示模块起着重要的作用，用于提供实时环境数据的显示和系统状态的指示。在本节中，我们将详细介绍LCD1602显示模块和LED指示灯模块的设计和功能。LCD1602显示模块是系统的重要组成部分，用于在设备上显示实时环境数据，包括温度、湿度和光照度信息。以下是LCD1602显示模块的设计和功能特点：图3-6LCD1602显示模块原理图设计亮点:LCD型号：采用16x2字符的LCD，能够展示两行文字以及每行16个字符。展示的内容包括：温度、湿度、光照度的相关数据，以及对应的单位表示。数据更新：利用STM32单片机的I2C接口来控制LCD，并周期性地更新显示的数据。用户友善：它提供了直观的数据展示，使得用户能够轻松掌握环境的各项参数。LED指示灯模块用于指示系统的工作状态和报警状态，为用户提供可视化的反馈。以下是LED指示灯模块的设计和功能特点：图3-7LED指示灯模块原理图设计特点：（1）关于工作状态的指示：系统的工作状态可以通过不同颜色的LED指示灯来表示，例如，绿色指示系统处于正常工作状态，而红色则代表报警状态。（2）警告提示：当环境的温度和湿度超过了预定的界限，红色的LED指示灯会开始闪烁并触发警报。（3）用户提醒：LED指示灯模块通过可视化方式提醒用户关于系统的状态和警报情况。通过LCD1602显示模块和LED指示灯模块的设计，我们能够提供用户友好的界面，显示实时环境数据，并及时反馈系统的状态。这些模块的设计有助于用户更好地理解环境状况，并采取相应的措施以实现智能环境监测与控制。电源管理和供电设计在智能环境监测与控制系统中至关重要，它影响着系统的稳定性和可靠性。在本节中，我们将介绍电源管理模块的选型和供电设计方案。为了满足系统的电源需求，我们选择了一款适用于嵌入式系统的电源管理模块。以下是电源管理模块的选型特点：图3-8电源模块原理图选型特点：（1）输入电压范围：支持广泛的输入电压范围，以适应不同的电源来源。（2）输出电压稳定性：提供稳定的输出电压，确保系统各个模块的正常工作。（3）过压保护：具备过压保护功能，防止电源过载或过压情况。（4）低功耗：电源管理模块本身具有低功耗特性，有助于节能设计。系统的供电设计考虑了以下方面的需求和因素：（1）STM32单片机供电：STM32F103C8T6单片机需要稳定的电源供应。我们采用了电源管理模块来提供稳定的工作电压。（2）传感器模块供电：DHT11温湿度传感器、光敏电阻GL5506和ADC0832模块需要适当的电源供应。我们通过电源管理模块为它们提供所需的电源。（3）显示与指示模块供电：LCD1602显示模块和LED指示灯模块也需要电源供应。同样，电源管理模块确保它们正常工作。（4）WiFi模块供电：WiFi模块ESP8266需要电源供应以支持其通信功能。电源管理模块为其提供必要的电力。供电设计采用了合适的电源电压和电流参数，以满足各个模块的需求，并确保系统的稳定性和可靠性。通过精心选型的电源管理模块和供电设计，我们确保了智能环境监测与控制系统的正常运行，为用户提供了可靠的环境监测和控制功能。本系统的WIFI模块采用价格相对低廉的ESP8266芯片。WIFI模块配备了一个32位CPU作为协议和应用处理器，兼容80MHz和160MHz的主频。ESP8266中还集成了缓存存储器，不仅可以缓存数据，还可以间接增加内存空间，从而显著提高系统的运行效率。ESP8266原理图如下图3-9所示：图3-9ESP8266模块原理图ESP8266有三种模式：STA模式、AP模式和STA+AP模式，即ESP8266模块可以作为热点与其他设备连接，它也可以连接到其他网络接收数据[4]。1、STA：也称为客户端模式，在这种模式下，系统中的模块是一个接收设备，连接到路由器，接收来自网络的数据。2、AP：这种模式是将ESP8266作为热点，具有网络功能的设备可以直接与模块通信，实现局域网无线控制。在这种模式下，ESP8266相当于一个发送WIFI信号的路由器。3、STA+AP：通过结合以上两种形式，既可以接收来自网络平台的控制命令，也可以向网络平台发送数据。在本章中，首先确定系统的硬件结构，然后确定系统硬件模块的选择和电路的设计。这包括用于记录环境数据的单个传感器、无线传输模块、电路图和性能参数分析，最终确定系统硬件结构。本章主要完成智慧大棚温湿度监测系统相应的软件设计，主要包括主程序的设计、传感器程序的设计、WIFI模块程序的设计和手机APP的设计。这主要涉及到单片机的嵌入式软件开发和Android手机APP的软件开发。该系统的软件开发包括两个核心领域：微控制器的嵌入式技术和手机的应用程序开发。在嵌入式软件开发阶段，我们制定了外部驱动程序、通信协议和主程序代码，从而成功实现了数据采集和无线电传输功能。在手机应用软件开发阶段，我们成功完成了用户界面设计和程序执行，用户可以通过应用软件接收和显示传感器数据，然后向微控制器发送指令记录这些数据。图4-1显示了系统的完整软件设计。系统开启后，微控制器和手机APP都进入初始状态，然后所有模块进入正常工作模式。用户可以通过APP操作微控制器，控制传感器收集当前环境的温度和湿度数据。这些数据通过WIFI模块实时传输到手机上，并在APP界面上显示相关的温湿度数据和动态图形。如果环境温度和湿度超过预先设定的阈值，系统就会启动报警机制。嵌入式程序的设计重点在于实现温室大棚智能控制系统的核心功能和算法。图4-1系统总体软件设计流程图主程序负责初始化系统各模块，实时检测环境温湿度，判断其是否超过预设阈值，并建立单片机与手机之间的WIFI连接。同时，主程序还保持等待状态，以便响应上位机发出的指令并执行相应操作。这些功能共同确保了系统的稳定运行和有效响应。初始化程序如下。intmain(void){ADC1_Init();USART1_Configuration(); //串口初始化WiFi模块通过串口传输数据，写了串口的就是蓝牙的程序TIM2_Int_Init(499,7199);//每50ms中断一次GPIO_Configuration(); //GPIO初始化DHT11_Init(); //温湿度传感器初始化LCD1602_Init();//液晶初始化Init_flas(); //存储初始化Init_ESP8266();//WiFi模块初始化，链接热点和服务器while(1){ if(flag_shoudong==0) clock_h_l();//报警函数if(flag_key==1) //设置按键 { flag_key=0; flag_show++; if(flag_show>5) { flag_show=0; write_flas(); } Show_set(); } { flag_aa=0; if(flag_show==0)//主界面显示 Show_1(); if(flag_show!=0)//设置界面显示 Show_set(); } if(flag_1s==1) { ESP8266_Register(send); flag_1s=0; } send_set(); Key(); //按键检测}}单片机读取温湿度传感器数据的原理在于通过调控和监测DATA引脚上的电平变化来实现。首先，单片机需要按照DHT11温湿度模块的要求设置DATA引脚的连接时序，以确保与传感器建立稳定的通信。随后，单片机从DATA引脚接收返回的数字信号，并将这些信号转换成相应的温湿度数值，这些数值随后被存储在单片机的RAM中。最后，当其他程序需要这些数据时，可以直接从RAM中读取和使用[6]。上位机是一款专为Android操作系统设计的手机应用程序，其核心功能是利用ESP8266WIFI无线模块与单片机进行连接。WIFI模块的主要职责是发送WIFI信号，进而构建单片机与手机APP之间的通讯连接。该设备不仅可以接收手机发送的命令，还可以将这些命令转化为单片机可以理解和执行的语言。这使得手机有能力实时地读取和展示温度和湿度的数据，并在APP界面上进行相应的展示和图形绘制。以下是ESP8266WIFI无线传输模块的编程代码。voidESP8266_Register(u8*da){ SendString("AT+CIPSEND=20\r\n"); SendString(da);}手机APP作为温室大棚智能控制系统的重要组成部分，其界面设计和功能设置直接影响到用户的使用体验和系统的易用性。用户界面设计在智能环境监测与控制系统中是至关重要的，它直接影响用户的体验和操作便捷性。我们设计了直观、易用的用户交互界面，包括手机APP（仅支持安卓平台）和Web界面，以提供以下功能：1.实时数据展示：用户可以在界面上实时查看当前的温度、湿度和光照度数据，以及各个外部设备的状态信息。2.远程控制：用户可以通过界面手动控制外部设备的开关状态，例如，打开或关闭风扇、加热片或照明设备。3.数据分析与曲线图：系统会生成温湿度和光照度的曲线图，用户可以选择不同时间范围来查看历史数据，帮助他们更好地了解环境变化趋势。4.报警管理：用户可以设置温湿度报警阈值，并查看历史报警记录。当报警触发时，界面会显示报警信息。5.用户管理：支持多用户管理，用户可以注册、登录、修改密码，并根据权限进行操作。为了提供良好的用户体验，我们采取以下用户界面优化策略：1.响应式设计：该界面具备自适应各种尺寸安卓设备屏幕的能力，以确保在各种不同的设备上都能实现正常的显示和操作。2.直观操作：设计界面元素和操作流程时考虑用户习惯，使用户能够轻松理解和使用系统。3.即时反馈：提供即时反馈，例如按钮点击后的状态变化或数据加载时的进度提示，以增强用户交互感。4.在安全方面的考量：我们采纳了最优的安全策略，这包括对数据进行加密、验证用户的身份以及进行权限管理，旨在确保用户数据和整个系统的安全性。为了支持安卓用户方便地访问系统，我们专门开发了安卓手机APP，具有以下特点：1.安卓平台：应用仅支持安卓操作系统，为安卓设备用户提供了方便的访问方式。2.用户友好界面：应用提供与Web界面相似的功能，以确保用户在安卓手机上也能够轻松使用系统。3.实时通知：应用可以接收系统发出的报警通知，及时提醒用户环境参数异常。通过精心设计的用户界面和安卓手机APP，我们确保安卓用户可以方便地使用智能环境监测与控制系统，随时随地监测环境数据并进行操作。本章的核心内容是详细介绍智慧大棚温湿度监测系统的软件设计，包括单片机的主要编程、DHT11温湿度传感器的编程、ESP8266WIFI模块的编程以及手机APP的设计。在完成上述章节中各模块的设计之后，我们有必要对整个系统进行全面的测试。这个测试过程可以分为两个主要步骤来执行：首先是硬件部分的测试，其次是系统功能的测试。硬件调试是确保温室大棚智能控制系统正常运行的关键环节。硬件系统集成包括以下主要步骤：1.元器件组装：首先，将选定的元器件按照PCB设计的布局组装到PCB板上。确保焊接连接牢固。2.电源连接：连接电源模块，确保各个硬件模块获得正确的电源供应。3.信号链接：连接各硬件模块，涵盖了传感器模块、显示模块、单片机以及通信模块等组件。4.外部接口：确保外部接口（如WIFI模块连接至互联网）正确连接并配置。5.硬件调试：对系统进行硬件级别的调试，包括检查连接是否正确、测量电压和信号波形等。6.烧录固件：将系统固件烧录到STM32微控制器中，以确保微控制器能够正常运行。硬件系统测试是确保系统功能正常的关键步骤。测试应包括以下方面：1.功能评估：首先要对系统