基于STM32单片机的智能温室控制报警系统设计_电路方案

1 系统功能介绍

本设计是一套基于 STM32 单片机 的智能温室控制报警系统，主要实现温湿度实时监测、超限报警、远程控制风扇等功能。该系统综合了温湿度采集、液晶显示、蓝牙通信、风扇驱动和蜂鸣器报警等模块，能够对温室的环境状态进行智能化管理，具有实时性高、可远程控制、报警灵敏的特点，适用于农业大棚、植物培养室等需要环境控制的场景。

系统的主要功能包括：

温湿度实时检测与显示
系统使用温湿度传感器实时采集温度与湿度数据，通过 1602 液晶 在本地显示，同时将数据通过蓝牙发送至手机 APP 实时查看。
湿度超限报警
当湿度超过 75% 时，系统通过蓝牙向 APP 发送报警信息，提示用户注意空气湿度过高。
远程风扇控制
用户可通过 APP 发送控制命令：
- 发送 "O"：风扇启动。
- 发送 "C"：风扇关闭。
温度超限蜂鸣器报警
当温度超过设定阈值（可在程序中预设，例如 30℃），蜂鸣器会自动发出声响报警，提示用户温室温度过高。

2 系统电路设计

本系统硬件部分主要由 STM32 单片机最小系统电路、温湿度传感器电路、1602 液晶显示电路、蓝牙模块电路、风扇驱动电路、蜂鸣器驱动电路、电源电路 组成。

2.1 STM32 单片机最小系统电路

核心器件：STM32F103C8T6（Cortex-M3 内核，主频 72MHz，内置丰富的外设接口）。
时钟电路：采用外部 8MHz 晶振，经内部 PLL 倍频至 72MHz，提高运算与通信速度。
复位电路：上电自动复位，同时配备独立复位按键，方便调试与维护。
I/O 分配：
- GPIO 控制蜂鸣器、风扇开关信号。
- I²C 或单总线接口连接温湿度传感器。
- 并行接口连接 1602 液晶显示模块。
- 串口 USART 连接蓝牙模块，实现与 APP 的无线通信。

2.2 温湿度传感器电路

传感器型号：DHT11 或 DHT22（可根据精度要求选择）。
工作原理：传感器通过单总线与 STM32 通信，周期性发送温湿度数据。
供电电压：3.3V 或 5V，数据端配有上拉电阻以保证信号稳定。
作用：为系统提供温室内温湿度的实时数据基础。

2.3 1602 液晶显示电路

显示功能：两行字符显示，第一行显示温度，第二行显示湿度。
接口方式：4 位并行数据接口，节省 STM32 I/O 口。
供电与对比度：使用 5V 供电，通过可调电位器调节对比度，确保不同光照环境下的可读性。

2.4 蓝牙模块电路

模块型号：HC-05 或 HC-06（串口蓝牙模块）。
通信方式：UART 接口与 STM32 连接，波特率常设为 9600bps。
作用：
1. 将 STM32 采集的温湿度数据实时传输到手机 APP。
2. 接收来自 APP 的控制指令，实现风扇启停控制。
3. 湿度超过阈值时发送报警信息。

2.5 风扇驱动电路

控制原理：使用 NPN 三极管或 MOSFET 驱动直流风扇，通过 GPIO 控制导通与关断。
供电：风扇由独立 12V 或 5V 电源供电，驱动电路与控制端进行隔离。
作用：降低温度或调节空气湿度。

2.6 蜂鸣器驱动电路

类型：有源蜂鸣器。
驱动方式：由 STM32 GPIO 控制电平实现鸣叫。
作用：温度超限时发出声响报警，提醒用户及时处理。

2.7 电源电路

供电方式：统一 DC 12V 输入，经降压模块提供 5V，再由 LDO 提供 3.3V。
稳压与滤波：采用电解电容与陶瓷电容组合滤波，保证系统运行稳定，避免因电源波动导致传感器或通信异常。

3 程序设计

系统软件部分主要包括 初始化模块、温湿度采集模块、LCD 显示模块、蓝牙通信模块、风扇控制模块、蜂鸣器报警模块、主循环逻辑模块。

3.1 主程序框架

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd1602.h"
#include "dht11.h"
#include "bluetooth.h"
#include "fan.h"
#include "buzzer.h"

float temperature = 0;
float humidity = 0;
float temp_threshold = 30.0;
float hum_threshold = 75.0;

int main(void) {
    System_Init();
    while(1) {
        DHT11_ReadData(&temperature, &humidity);
        LCD_Update(temperature, humidity);
        Bluetooth_SendData(temperature, humidity);
        Check_Alarms();
        Bluetooth_ReceiveCommand();
    }
}

3.2 系统初始化模块

void System_Init(void) {
    LCD_Init();
    DHT11_Init();
    Bluetooth_Init(9600);
    Fan_Off();
    Buzzer_Off();
}

初始化 LCD、传感器、蓝牙模块、风扇、蜂鸣器等硬件。
设定初始状态为风扇关闭、蜂鸣器关闭。

3.3 温湿度采集模块

void DHT11_ReadData(float *temp, float *hum) {
    // 从DHT11读取温湿度数据
    // 存储到 temp 和 hum 指针指向的变量
}

周期性读取传感器数据。
通过软件延时或定时器中断实现固定周期采样（例如 1s 一次）。

3.4 LCD 显示模块

void LCD_Update(float temp, float hum) {
    char buffer[16];
    sprintf(buffer, "T:%.1fC", temp);
    LCD_ShowString(0, 0, buffer);
    sprintf(buffer, "H:%.1f%%", hum);
    LCD_ShowString(0, 1, buffer);
}

第一行显示温度，第二行显示湿度。
数据实时刷新，便于本地监控。

3.5 蓝牙通信模块

void Bluetooth_SendData(float temp, float hum) {
    char msg[32];
    sprintf(msg, "T=%.1fC H=%.1f%%n", temp, hum);
    UART_SendString(msg);
}

void Bluetooth_ReceiveCommand(void) {
    char cmd = UART_ReadByte();
    if(cmd == 'O') Fan_On();
    else if(cmd == 'C') Fan_Off();
}

发送数据：将温湿度信息通过串口发送到 APP。
接收指令：根据接收到的命令控制风扇。

3.6 风扇控制模块

void Fan_On(void) {
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
}

void Fan_Off(void) {
    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
}

使用 GPIO 控制 MOSFET 驱动端实现风扇启停。

3.7 蜂鸣器报警模块

void Check_Alarms(void) {
    if(temperature > temp_threshold) {
        Buzzer_On();
    } else {
        Buzzer_Off();
    }
    if(humidity > hum_threshold) {
        Bluetooth_SendString("Humidity High!n");
    }
}

当温度超过设定阈值时蜂鸣器响。
湿度超限时发送蓝牙报警信息到 APP。

3.8 软件设计特点

模块化设计：各功能独立封装，便于维护与扩展。
实时性高：传感器数据采集与显示刷新周期短，满足温室实时监测需求。
人机交互方便：既能本地查看数据，也能通过 APP 实时监控和控制设备。
报警灵敏：温湿度超限均能快速响应并提示用户。

基于STM32单片机的智能温室控制报警系统设计